浅析公路桥梁设计中应注意的要点

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摘要：公路桥梁设计是公路设计的重中之重，公路桥梁设计在不同的地形条件下其设计与施工均存在差异性，本文中将重点介绍公路桥梁设计过程中应注意的一些重要的要点问题，并提出一些相应的解决措施。

关键词：公路桥梁；设计；要点

Abstract: the design of highway bridge is the key of the highway design, the design of highway Bridges in different terrain conditions, its design and construction of all existence difference, this article will focus on highway bridge design should pay attention to some important points in the process of problems, and puts forward some corresponding solving measures.

Key words: highway Bridges; Design; The point.

中图分类号：TU2文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

随着交通事业的迅猛发展，公路建设也进入快车道。随着公路总里程的增加，公路建设逐步由干线网高交通量路段向省际连接段和加密线方向发展，地形条件也逐渐由平原微丘向山岭重丘发展，水文地质条件及施工条件越来越恶劣，设计施工的难度越来越大，这些都对公路桥梁设计的技术、安全、环保等方面提出了越来越高的要求。，这就需要我们加强对公路桥梁设计的研究，这样才能更好的保证我国交通事业的发展。

一．桥梁设计与环境配合的注意要点

桥梁设计从一开始就应考虑桥梁的安全及桥梁建成后对地质、环保、造价等各方面的影响，在此基础上，选择合理的桥梁基础型式。这里特别需要注意的两个问题是：

1.随着桥梁桩基础在公路桥梁的广泛应用，桩基成孔技术和手段越来越丰富，工程成本越来越小，工程质量越来越高，特别是在强度高且不透水的地质条件下，挖孔桩已被广泛应用。扩大基础施工工期长、费用高，基坑开挖量工程量大，对地面破坏大，从受力条件看多可用嵌岩桩结合挖孔施工代替，因此梁式桥梁选择基础方案时慎用扩大基础。

2.在山区桥梁的建设中尤其要注意与环境的配合。在山区由于横、纵断面变化较大且地质条件复杂，往往造成开挖面很大，严重破坏地表，因此使用上应更灵活一些，将基础根据实际地形作变化灵活的设计，可减小开挖面。还有就是山区桥梁在能够保证施工必须的场地和便道条件以及桥梁结构安全时，尽量不要砍伐征地范围内的树木。

二．桥梁设计中安全性和耐久性的注意要点

1.满足结构混凝土耐久性的基本要求，重视桥梁的耐久性方案设计

提高混凝土自身的耐久性是解决桥梁结构耐久性的前提和基础。除此之外，要从结构和设计的角度及如何以设计和施工人员易于接受和操作的方式来改善桥梁耐久性。

2.加大钢筋的混凝土保护层厚度，加强构造配筋，防止和控制混凝土裂缝

加大钢筋的混凝土保护层厚度，是保护钢筋免于锈蚀，提高混凝土结构耐久性的最重要的措施之一。控制混凝土的裂缝，除按规范要求控制正常使用极限状态的工作裂缝以外，更重要的是要采取构造措施，控制混凝土施工及使用过程大量出现的非工作裂缝。

3.加强桥面铺装层的防水设计

桥面铺装层应采用密实性较好的C30以上等级的混凝土，混凝土铺装层内应设置钢筋网，防止混凝土开裂。采用复合纤维混凝土和在混凝土中掺入水泥基渗透结晶材料，都能收到较好的防水效果。桥面铺装层顶面应设置防水层，特别是连续梁(或悬臂梁)的负弯矩段更应十分重视防水层设计。此外，还需加强泄水管设计，应特别注意泄水管周边的构造细节处，加强伸缩缝处的排水设计，防止水分从伸缩缝处渗入梁内。

4.充分重视桥梁的超载问题

桥梁的超载一方面可能引发疲劳的问题。超载会使桥梁疲劳应力幅度加大，损伤加剧，甚至会出现一些超载引发的结构破坏事故。另一方面，由于超载造成的桥梁内部损伤不能恢复，将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化，从而可能危害桥梁的安全性和耐久性。

三．桥梁防撞设计的注意要点

在设计桥梁时必须要认真的考察桥梁所在的地理位置以及地理环境，比如当地的降雨量、风力等等，要依据这些信息选择适当的设计方案。比如说，如果我们选择防撞设计，就要认真的分析桥梁所在位置的各种环境，这样才能确保桥梁质量。现在主要有两种防撞主设施，即主动防撞设施和被动防撞设施。其中，被动防撞设施又分成两种，即直接构造和间接构造。接下来我们就对这个问题进行详细的研究。

1．主动防撞设施

红白相间标志，桥梁下弦标高警示；雾天黄灯；雷达；远红外监视高频甚高频电话声讯提醒；激光(或红外)测距声光报警；GPS卫星导航区域系统等。它们投资较少，但须设立监控系统、监控柜或监控室等，进行日常维护管理。

2．被动防撞措施

防撞设施投资较大，尤其是其中的间接构造，间接构造需要将可能发生的船撞力全部在墩外承受，其设施费用往往比桥墩还贵。其优点是：“御敌于国门之外”。由于它会带来对环境的破坏，甚至是危及子孙的不可修复破坏，因此一般仅在具备自然条件，可使对自然的改变(或破坏)较少时，才使用这种方式。

（1）直接构造(有人称作缓冲设施)的力学原理巧妙一些，它通过消减船撞力和加强桥墩等措施，利用桥墩水平抵抗力，便能够抵受住船舶的撞击，不需另行构筑“墩外墩”或只建设较少的工程构造，因而节省投资。由于消减了船撞力，可以在保护桥的同时也保护船，因此也保护了环境，促进社会和谐。

（2）间接构造：墩外墩的原理是：船在撞向桥墩时，先撞到“桥墩外的防撞墩”，防撞墩吸收船舶的一部分或全部动能。如果是吸收了全部动能则船停住了，不再撞向桥墩；如果防撞墩仅吸收一部分动能，则船舶减速或转向，转向后不撞向桥墩或带有剩余动能的船撞向桥墩时不致撞塌桥墩，也是设计成功。但是墩外墩的设置需要自然条件，即水不太深，墩的建造成本就不会太高，否则在墩外建设一个水平抗力大于桥墩，宽度还需大于桥墩的墩外墩，其造价是很高的。

3.减少桥梁共振效应

在自然界存在一种现象叫共振，这种现象是在外力的影响下，导致某一物体与原物体振动一致，如果产生了这种现象，很容易造成桥梁坍塌。

我们必须要在桥中安装减震器，这样才能防止共振效应。其作用是干扰共振波。干扰共振波可有效地防止振动波的不断加强，不管振动持续多长的时间或是何种振源。减震技术通常与惯性有关。例如，如果桥梁采用实心道路，共振波可以很容易地传遍整个桥长。而如果桥的道路由不同的截面构成并采用叠放的板相连，那么一个截面的运动会通过连接板传到另一截面，但由于是叠放而成，因而会产生一定的摩擦。诀窍就在于产生足够的摩擦以改变共振波的频率。改变频率会防止振动波累积。有效地改变波频会产生两种不同的波，二者不会彼此累积成破坏性的力量。

4．用科学的眼光和可持续发展的观点审视公路桥梁的安全

要用科学的眼光和可持续发展的观点审视公路桥梁的安全耐久性问题，提高桥梁结构的使用寿命，加强监测力度，及时对桥梁进行养护维修，桥梁的设计中要充分体现以桥梁全寿命期内的综合费用评价桥梁的经济性和社会效益。

桥梁设计方面，设计中位要采用高度发展的计算机辅助手段精心设计，进行有效的快速优化和仿真分析，运用智能化制造系统在工厂生产部件，利用GPS和遥控技术控制桥梁施工。要克服设计、施工周期短，中标价格低等不利因索，全力打造精品工程。建设质量方面，建设中要对整个工程进行总体规划，做到有的放矢。不要采取低价中标的方法，要给施工企业生存空间。要知道，低价中标的施工企业如果要生存，只能通过变更设计来减少亏损，那样就无法保证施工质量安全和进度。施工过程中，建设中要为设计、施工、监理单位服好务，让他们全心全意地工作，确保质量安全。

四.桩基设计的注意要点

桥梁上部结构荷载通常较大，后期质量稳定、承载能力高的钻孔灌注桩往往成为绝大多数桥梁工程首选的基础形式。桥梁桩基的设计是否得当，对工程造价、质量、工期及使用影响很大。

1.正确区分端承桩和摩擦桩等桩基类型

端承桩和摩擦桩的区分，不能单纯从是否嵌岩来区分，要考虑上覆土层的性质和厚度、桩长径比、嵌入基岩性质、嵌岩深径比和桩底沉渣厚度等因素。

2.科学计算桩基承载力

工程试验证明，当岩面较平整，桩的嵌岩深度h>2 d时，桩侧嵌固力约占总荷载50％以上。随着嵌固深度增加，承载力也随之增大。但嵌固深度h>3 d时，承载力增长不大。《公路桥涵地基与基础设计规范》中计算单桩轴向受压容许承载力的公式中没有对桩嵌入基岩深度规定限值，也没有随嵌入深度值增大而设定相关的折减系数。因此，在桩基设计实践中，当桩基承载力需要通过较大的嵌岩深度来提高时，不妨考虑加大桩径。

3.准确确定嵌岩深度及桩端持力层厚度

桥梁工程桩基设计中，经常会遇到两软弱岩层之间穿越强度很高的一定厚度的岩层(夹层)，或者有些地区溶洞比较发育。如果这种夹层厚度不够承载厚度要求，钻孔桩就需要穿越夹层，以达到持力层，这对施工机械和施工进度都是极大的考验。为使桩基设计经济合理，应根据经验值和试算数值相结合的方法来确定嵌岩深度及桩端持力层厚度。

4.采取合理的桩基配筋布置

在设计中通常有两种钢筋布置方式。一种是根据最大弯矩处进行配筋。另一种是将基桩主筋一半部分一直伸到桩底。从桩体受力和节省工程费用以及发生事故处理的难度来看，前一种更合理。这是因为：由于桩基较长一段不设钢筋，比后者节省了部分钢筋；底部断桩时，钢筋笼拔出后，可原孔再钻，减少扁担桩发生机率。但是，第二种配筋方式可以减小施工难度，桩基灌注混凝土时，钢筋笼的定位是十分重要的，钢筋布置到桩底，易于固定钢筋笼。

五.弯梁桥设计的注意要点

直梁桥主要受“弯、剪”的共同作用，然而弯梁桥处于“弯、剪、扭”的复合受力状态，是一种“弯扭耦合”的共同作用，故上、下部结构必须构成有利于抵抗“弯扭耦合”的措施。弯梁桥的弯扭刚度比对结构的受力状态和变形状态有着直接的关系。弯扭刚度比越大，由曲率因素而导致的扭转弯形越大，因此，对于弯梁桥而言在满足竖向变形的前提下，应采取必要的方法尽可能减小抗弯刚度、增大主梁的抗扭刚度。因此综合考虑各种因素，在曲线桥梁设计过程中，应主要考虑以下几点：

1.弯梁桥跨径布置每联的长度不宜过长，由于曲线梁桥具有“弯扭耦合”的特性，故扭转跨径不宜过大，这样有利于预应力钢束的布置，方便设计与施工。弯梁桥每跨跨径的大小，与平面曲线半径和梁的支撑约束有着很大的关系：平面曲线半径大时，跨径可适当加大；当平面曲线半径较小时，应适当减小跨径，减少扭矩引起的内力。桥跨径在30M以下时，宜采用钢筋混凝土结构；跨径大于30M时，宜采用预应力钢筋混凝土结构，每联长度宜小于150M。在跨径确定时，也应考虑采用何种结构形式。

2.对于弯梁桥而言在满足竖向变形的前提下，应尽可能减小抗弯刚度、增大抗扭刚度。所以在曲线梁桥中，宜选用低高度梁和抗扭惯矩较大的箱形截面。同时，在进行配筋设计时要充分考虑扭矩效应，弯梁应在腹板侧面布置较多受力钢筋，其截面上下缘钢筋也比同等跨径的直桥多，且应配置较多的抗扭箍筋。为了达到扭矩重分布的目的，可利用适当的预偏心距、利用支点反力所产生的反扭矩以平衡一部分由外荷载产生的作用扭矩。

3.弯梁桥下部结构通常设计为轻型桥台、柱式桥墩。跨越主道或桥梁半径较小时，桥墩常设计为独柱墩，采用独柱墩有利于桥梁的墩位布置，占地范围小，有利于桥下空间的视野开阔及桥型的美观，建在水中的独柱墩还有阻水小的优点。但独柱墩抗扭性能极差，对采用分联的多跨连续梁，在联与联之间的连接处须采用抗扭性能好的柱墩或板式墩。

结语

公路桥梁设计在不同的地形条件下其设计与施工均存在差异性，应综合考虑结构安全性、行车舒适性、经济合理性、施工便利性、环境协调性等各种因素。本文就公路桥梁设计提出一些建议和对一些问题进行了探讨，以期引起有关桥梁设计单位的重视，从而避免由于设计考虑不周而造成施工的麻烦和行车的不适。

参考文献：

[1]付小军．浅谈弯桥的设计与施工[J]．黑龙江科技与信息，2008(11)：37—38．

[2]沈建章，俞勤仙．公路桥梁桩基设计应注意的问题[J]．现代商贸工业，2008，(2)．