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關鍵詞:橋墩設計;要點;分析
【分類號】:U445.57
目前,我國正大力推進各項基礎設施的建設,在此背景下,橋梁建設活動愈加頻繁。值得一提的是,對于鐵路專線而言,橋梁是不可或缺的組成部分,橋梁總長大約為線路總長的三分之一。隨著橋梁建設的持續升溫,橋梁橋墩設計也引起了業內人士的普遍關注。橋梁橋墩設計是橋梁建設活動的關鍵組成部分,下文將針對其要點展開分析和思考。
1.工程概況
某城際軌道,其正線采用雙線設計(間距4.5m),最高允許時速200km/h,其橋梁部分的信息如下:一,應用了大量的、32m跨徑的雙箱單室簡支梁;二,橋墩被設計成花瓶式,另外,在橋墩外側留置了一道10cm深的裝飾槽[1]。
在實際施工中,考慮到橋墩結構尺寸相對較小,所以,應該對該橋墩的整體受力情況展開深入的分析和思考,從而確保橋梁的使用性和安全性,最終保證整條軌道的正常運營。
2.設計原則
2.1荷載設計
對荷載進行設計的過程中,不僅要考慮荷載類型,還應考慮車輛制式。具體設計環節,雙線列車荷載按照百分之百進行計算,不采取相關的折減處理;至于制動力部分,則按照列車豎向靜活載的百分之十五進行計算,另外,如果考慮離心力的影響時,則需要按照列車豎向靜活載的百分之十進行計算。
2.2位移控制
對橋墩進行設計時,其剛度設計一直以來都是研究的重點。當橋墩的剛度設計超過標準時,則會導致造價偏高的問題;當橋墩的剛度設計低于標準時,則會帶來不夠舒適,甚至不夠安全的問題。在剛度設計過程中,尋求一個平衡點便顯得尤為重要了。在設計過程中,做好墩頂彈性水平位移的有效控制能夠很好地解決橋墩剛度設計的問題[2]。
3.橋墩設計要點
3.1景觀設計
隨著社會經濟水平的不斷提高,人們對橋梁建設提出了更高的要求,要求橋墩設計,一方面滿足經濟實用的原則,另一方面能和所處環境保持高度的協調一致。所以,在確定橋墩造型的過程中,應結合保護自然環境的考量,盡量做到少些破壞,多些和諧,具體應考慮以下幾點:一,和梁部保持高度協調;二,造型具有一定的藝術性;三,便于施工;四,實用性較強;五,養護簡單、維修方便。
對橋墩造型展開相關的優化計算,設計出最佳的橋墩斷面形式,與此同時,對橋梁結構的大小進行嚴格控制,使其在允許的范圍內盡量小,如此一來,便實現了對周邊自然環境的有效保護。實例中,橋墩被設計成花瓶式,且呈流線型,在截面拐點相較部位應用了圓弧狀的連接,凸顯了橋墩外形所具有的曲線美感。 橋墩的這種設計,實現了中西文化的有機交融,散發出了濃郁的時代氣息,給人一種良好的視覺感受[3]。
3.2動力分析
動力分析主要包括三大內容:第一,對花瓶式橋墩展開仿真分析;第二,對雙線簡支梁橋的動力特性展開方針分析;第三,對列車走行性展開仿真分析。
按照相關鑒定方法以及評定標準的要求,決定采用兩大指標(一是脫軌系數,二是輪重減載率)以實現對列車運行安全性進行有效判斷,與此同時,運用Sperling指標以實現對列車舒適性的客觀評價。
由表2可知,在乘坐舒適度方面,以上四種情況全部符合良好的標準,由此可見,本文所設計的花瓶式橋墩以及整個橋梁,既符合動力特性的相關標準,又符合列車走行性的相關標準,還符合安全性以及舒適性的相關標準。
3.3結構設計
3.3.1墩頂水平線剛度
為了達到實際受力的相關要求,應做好墩頂縱向水平線剛度的有效控制。如果保證其擁有足夠的橫向剛度,那么橫向振動問題便得到了有效解決,橋梁的穩定性便得到了有效保證,如此一來,列車的安全性以及舒適性便得到了大幅提升,另外,還有助于養護維修工作強度的降低以及相關費用的減少。根據相關標準,對簡支梁連續梁墩頂最小縱向水平線剛度進行設計的過程中,應保證其最小值符合表1的要求[5]。
表1 墩頂最小水平線剛度限值
3.3.2三種不同類型橋墩的縱向水平力分配問題
固定墩墩頂縱向水平力——所有縱向力;非固定墩墩頂縱向水平力——支座摩阻力;聯間墩墩頂縱向水平力——墩頂縱向兩排支座摩阻力之差。
3.3.3橋墩各部的構造
為有效解決頂梁維修問題以及支座更換問題,通常采用以下三種方法:一,對支承墊石帽以及托盤的截面進行加高處理;二,對矩形截面四周進行抹圓角處理;三,在頂帽上進行排水坡的合理設置。
梁底、墩頂之間的距離通常設計為60cm。對墩身截面進行設計時,應堅持三大原則,一是和梁部相協調,二是施工簡單,三是養護方便,除此之外,還應該結合具體情況進行截面形狀的有效選取(矩形或者圓端形)。
為橋墩結構增加某些附屬設施,其目的在于方便梁部與支座這兩大部位的相關檢查以及維修工作,如在墩頂吊籃設計,又或者在墩頂凹槽設計。吊籃一般由角鋼支架制作而成,拆卸或者更換都極為方便,至于吊籃的人行布板通常由鋼板充當。值得一提的是,可在墩頂凹槽部位設計一個爬梯以實現與梁端部底板的有效相連,其能夠為檢修工作提供極大的便利,大多數情況下,將其設置在活動支座的一方,如此一來,充分體現了以人為本的原則。
4.耐久性設計
對橋梁進行設計的過程中,應充分關注橋墩的耐久性設計。相關橋梁設計規范給橋梁結構的使用年限提出了具體的要求,即以一百年為目標。值得一提的是,在客運專線的橋梁及橋墩設計中,普遍存在鋼筋的設置,所以,在設計過程中,更要充分體現其耐久性。對于鋼筋混凝土結構而言,影響其耐久性的因素通常包括以下幾個方面:一,材料的性能;二,結構的構造;三,施工質量;四,維修養護等。對橋墩進行設計的過程中,為保證其具有足夠的耐久性,應對以下幾個問題予以重點考慮:一,所采用的混凝土應具有較高性能,不管是均勻性,還是密實性,又或者抗裂性均應符合設計標準;二,應該根據實際情況,采取針對性的構造措施;三,在設計環節,應做好骨料質量的有效控制,對其展開成分分析以及堿活性試驗,避免堿骨料反應的出現;四,在進行預埋件的施工時,應做好防腐工作;五,應為橋墩設置必要的附屬構件,如吊籃或者檢查梯,以便于運營期間保養、維修工作的開展[6]。
5.結語
就我國目前情況而言,由于橋墩設計規范標準剛剛推行不久,所以,相關設計存在很大的難度。作為橋墩設計人員,應該將相關技術標準落到實處,不僅要保證工程的質量,而且要控制工程造價,還要加快施工進度。在實際設計環節,應充分考慮實際需求,如提高或保證列車運行的安全性、平穩性以及舒適性等。只有對橋墩設計經驗進行不斷總結,才能促使橋墩設計水平的進一步提高。
參考文獻:
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[2] 張建軍. 橋墩沉降及加固方法分析[J]. 低溫建筑技術. 2012(01).
[3] 張天明. 奴格沙大橋橋墩水毀加固處治[J]. 公路交通技術. 2011(04).
[4] 陳密,高巖,曾凡勤. 武廣客運專線某特大橋橋墩裂縫成因分析[J]. 鐵道建筑. 2009(03).
關鍵詞:道路橋梁;結構設計;要點
中圖分類號:K928文獻標識碼: A
路橋在我國現階段對交通運輸上發揮著重要的作用,但是同時也存在著路橋設計理論、設計結構、耐久性、疲勞損壞等各種問題,如何對以上問題進行有效的解決,是我國路橋能夠大幅度增加路橋壽命的重要手段,只有這樣我們才能更一步的提高我國路橋設施的結構,在為人民的生活提供有力的保障的同時,大大保證路橋的質量,只有這樣才能讓企業在激烈的市場競爭中有一個更長遠的發展。
一、道路橋梁結構設計要點
(一)道路橋梁設計方案的選擇原則
1、經濟性。這里主要是指設計中所涉及的建筑施工成本以及工期過程中所需的經費,一般情況下我們都清楚的知道,道路施工建設工期長且使用的建筑材料都是預測很難估算的,有很多道路施工中會臨時變更設計,這就導致材料的不斷更新,此時就要充分考慮材料在市場價格中的變動情況,道路橋梁施工設計不能任意去更改,加大其經濟費用的使用,這很容易導致建筑施工資金壓力過大,進而要延期或者停工現象的出現,
2、技術性。在進行道路橋梁設計時,我們鼓勵要不斷的引進新的技術與理念,但是這種新技術、新理念必須完全適應我國道路橋梁建設的發展,與實際相結合,這樣才能提升我國道路橋梁設計以及施工的水平,但是往往在施工設計過程中,設計人員在設計中往往采用的新技術很難適應時代社會發展的需要,這在某種程度上不但沒有推進道路橋梁建設的發展,相反還起到了一定的阻礙作用,
3、適用性。道路橋梁的建設其最終目的就是供人們使用,為其當地經濟貿易的發展起到一定的促進發展作用,然而道路橋梁如果其承受能力遠遠超過一個地區的經濟建設發展,這樣反而不會給人們帶來經濟效益的提高,更會加重其當地經濟建設發展的負擔,進而起不到良好的推動。
(二)道路橋梁設計方案的選擇
道路橋梁設計方案的基礎就是具體問題具體分析,針對道路橋梁設計的具體施工方案進行合理的調查與現場勘查,充分考慮影響道路橋梁設計的各種施工因素,設計過程中要以實事求是為原則,從具體實際出發,這樣設計的施工方案在施工過程中才能達到預期的效果與目的,為此,在設計前要對其影響因素進行全面細致的考察,選擇最佳的施工優化方案進行設計,以便在施工中充分發揮設計的作用。
(三)主梁設計要點
簡支梁結構依據設計要點的不同分為裝配式以及整體式,裝配式的主要特點是可以將預定的相關主梁配件分開進行運送,施工時再進行裝配成梁,該支梁在設計過程就能使用自動化以及機械化的工程技術,減輕了勞動強度并有效減少材料浪費,使工程的施工效率大大提升,而且減少季節對工程施工的影響力,這些都是人們選用裝配式簡支梁的原因,為了滿足橋梁上部承重要求,主梁結構人們一般選用的造型有:形和箱型兩類,箱型僅在混凝土結構主梁中被使用,該類主梁在設計時要注意保持一定的間距和片數,間距和片數呈反函數關系,梁高以及細部尺寸的確定需要進行一定的荷載計算,如主梁分布呈對稱形式,則荷載分布也呈對稱形式,選用杠桿法計算主梁的荷載量,反之則選用偏心受壓法來計算,兩種計算方法的共同之處是均選用最大的內力值來進行荷載標設計。
(四)下部結構設計要點
下部構造設計主要指橋梁墩臺的設計,對于常見高度的橋墩,即墩高小于40m的橋墩多采用柱式墩或Y型薄壁墩,其中又以柱式墩最常用。柱式墩分圓柱和方柱。圓柱施工時外觀質量易控制,且與樁基銜接方便,平原地區使用較多。但從美觀角度來說,方柱棱角分明,與上構梁體協調,有一定的視線誘導性,較美觀。Y型墩施工較復雜,在墩高較矮時,從工程造價上考慮不經濟。
1、橋臺設計要點。橋臺結構的設計應主要注重于型式的選擇。裝配式簡支橋梁有三種常用橋臺,輕型橋臺和鋼筋混凝土澆筑的薄壁橋臺以及埋置式橋臺。輕型橋臺結構型式具有體積小的特點,其設計應用可作為一種擋土的翼墻結構。鋼筋混凝土薄壁橋臺在設計時臺身可被掩藏在橋梁護坡內部,僅以設計的視角看,既能消弱小橋臺處的荷載力,又能在橋臺處留下充足的空間,但是,混凝土結構的橋梁護坡主要作用是保護橋梁表面,因此其一旦被洪水沖垮將導致橋臺外露,因此,設計橋梁護坡時務必要檢測其強度以及穩定性能。
2、橋墩型式選擇。裝配式簡支橋梁結構設計中普遍采用雙柱式墩,十字墩或矩形薄壁墩等型式,其中單幅雙柱式橋墩結構型式應用較為普遍。考慮到以往在道路橋梁結構設計中出現的問題,筆者希望在今后的設計工作中應注意對于橋墩結構型式的選擇要極為謹慎,如在巖溶性地帶、樁基礎施工困難地段應根據實地情況避免過多地設計樁基,單柱單樁的設計為宜;而擬建施工現場位于河谷或受到滾石威脅時,則應考慮設計增強橋墩結構的整體抗撞擊能力,亦須單柱單樁設計為宜;對于高位墩柱長橋的情況,則應考慮到橋梁上部結構荷載累積變位的問題,采用雙幅兩柱整體下部構造設計為宜。
(五)上部結構設計
1、二道防水層。橋梁防水設計中,有的只采用有隔水功能的混凝土進行隔水。但該類混凝土打造的防水層性能較剛,一旦出現裂縫其防水功能便大受影響。
2、伸縮性縫隙。在設計橋體主梁時要注意將其的伸縮變化考慮進去,避免因主梁型號問題,使得主梁端口在最高溫或最低溫時出現被損傷的情況。設計伸縮縫時既要注意滿足主梁橫縱伸縮要求,也要注意其的防水工功能。在選擇伸縮縫時,橋體兩端處要注意選擇有翹頭的,將橋體的伸縮縫整合在一起最后成為具有閉合功能的U型槽,這樣可防止分聯梁端以及分聯墩蓋上出現積水沿伸縮縫隙侵入的情況。
二、結語
綜上所述,在我國的道路橋梁結構設計工作中,受到傳統道路橋梁設計思想、理念的影響,對橋梁的安全性與長久性并沒有真正重視起來,所以,在道路橋梁結構設計中,既要保證道路橋梁的美觀性,繼承我國的優良傳統,但同時還要保證道路橋梁的安全性與耐久性,保證完工后的道路橋梁實用、耐久,減少和杜絕橋梁安全事故的發生,保證國家、人民的生命財產安全。
參考文獻:
關鍵詞:公路橋梁設計要點
隨著我國交通系統的迅猛發展,我國修建的橋梁日益增多,因而對橋梁設計方法的研究具有重要的現實意義。那么,公路橋梁設計應注意哪些要點呢?筆者結合自身的實踐經驗淺談如下自己的看法與觀點,供大家參考:
一、我國道路橋梁設計的現狀
隨著國家經濟的日益發展,我國在公路工程方面的建設規模也逐漸的擴大,因此,公路工程建設和規劃就占據了重要的位置。在日益發展的今天,公路橋梁工程建設質量的好壞已成為人們逐漸關注的話題。據資料現實,近年來橋梁坍塌事件屢見不鮮,追究其原因,與道路橋梁設計的安全性,耐久性等相關問題是分不開的。此外,還應須知,環境不同、使用條件不同、設計對象不同,設計要求也就不同,橋梁結構體系的布局和構造等方面也要隨之進行調整。因此,利學合理的道路橋梁結構設計除必須滿足橋梁設計規范基木要求之外,還要求橋梁設計人員具有較高的專業素質、豐富的設計經驗和正確的實踐判斷能力。下面就道路橋梁設計中常出現的問題進行剖析:
1.道橋設計的安全性:
道橋設計的不規范或在施工的過程中不注意控制質量,都會成為道橋坍塌的導火索。在施工過程中,施工者為了追求利益而降低施工的成本,偷工減料,把本該用到建筑上的優質材料換成低廉,質量查的蒙混過關的材料。
2.道橋設計的耐久性:
各種各樣的事物都有自己的壽命,就如道橋一樣,如果不加以維護,就會大大縮短道橋的使用壽命。但在現實生活中,道橋的耐久性往往被忽視,隱藏著巨大的安全隱患。
二、因地制宜的橋梁防撞設計
無論任何一個橋梁設計,首先都應根據所在的地理位置和地里環境及本地的一些自然環境,例如風力,降雨量等等,因地制宜的給出設計方案。例如就防撞的設計這一方面就應根據實際情況具體分析。
防撞主設施要分為主動防撞設施和被動防撞設施兩種,其中被動防撞又包括直接構造和間接構造:
1.主動防撞設施:
紅白相間標志,橋梁下弦標高警示;霧天黃燈;雷達;遠紅外監視高頻甚高頻電話聲訊提醒;激光(或紅外)測距聲光報警;GPS衛星導航區域系統等。它們投資較少,但須設立監控系統、監控柜或監控室等,進行日常維護管理。
2.被動防撞措施:
防撞設施投資較大,尤其是其中的間接構造,間接構造需要將可能發生的船撞力全部在墩外承受,其設施費用往往比橋墩還貴。其優點是:“御敵于國門之外”。由于它會帶來對環境的破壞,甚至是危及子孫的不可修復破壞,因此一般僅在具備自然條件,可使對自然的改變(或破壞)較少時,才使用這種方式。
1)直接構造(有人稱作緩沖設施)的力學原理巧妙一些,它通過消減船撞力和加強橋墩等措施,利用橋墩水平抵抗力,便能夠抵受住船舶的撞擊,不需另行構筑“墩外墩”或只建設較少的工程構造,因而節省投資。由于消減了船撞力,可以在保護橋的同時也保護船,因此也保護了環境,促進社會和諧。
2)間接構造:墩外墩的原理是:船在撞向橋墩時,先撞到“橋墩外的防撞墩”,防撞墩吸收船舶的一部分或全部動能。如果是吸收了全部動能則船停住了,不再撞向橋墩;如果防撞墩僅吸收一部分動能,則船舶減速或轉向,轉向后不撞向橋墩或帶有剩余動能的船撞向橋墩時不致撞塌橋墩,也是設計成功。但是墩外墩的設置需要自然條件,即水不太深,墩的建造成本就不會太高,否則在墩外建設一個水平抗力大于橋墩,寬度還需大于橋墩的墩外墩,其造價是很高的。
三、減少橋梁共振效應
共振是自然界存在的一種現象,它是由外力導致的某物體的振動與原物體的自然振動相一致,如果這樣產生的力如未加以抑制,可對橋梁帶來毀滅性的后果。
為了減輕橋梁的共振效應,在橋中設立減震器非常重要,其作用是干擾共振波。干擾共振波可有效地防止振動波的不斷加強,不管振動持續多長的時間或是何種振源。減震技術通常與慣性有關。例如,如果橋梁采用實心道路,共振波可以很容易地傳遍整個橋長。而如果橋的道路由不同的截面構成并采用疊放的板相連,那么一個截面的運動會通過連接板傳到另一截面,但由于是疊放而成,因而會產生一定的摩擦。訣竅就在于產生足夠的摩擦以改變共振波的頻率。改變頻率會防止振動波累積。有效地改變波頻會產生兩種不同的波,二者不會彼此累積成破壞性的力量。
四、用科學的眼光和可持續發展的觀點審視道路橋梁的安全
要用科學的眼光和可持續發展的觀點審視道路橋梁的安全耐久性問題,提高橋梁結構的使用壽命,加強監測力度,及時對橋梁進行養護維修,橋梁的設計中要充分體現以橋梁全壽命期內的綜合費用評價橋梁的經濟性和社會效益。橋梁設計方面,設計中位要采用高度發展的計算機輔助手段精心設計,進行有效的快速優化和仿真分析,運用智能化制造系統在工廠生產部件,利用GPS和遙控技術控制橋梁施工。要克服設計、施工周期短,中標價格低等不利因索,全力打造精品工程。建設質量方面,建設中位要對整個工程進行總體規劃,做到有的放矢。不要采取低價中標的方法,要給施工企業生存空間。要知道,低價中標的施工企業如果要生存,只能通過變更設計來減少虧損,那樣就無法保證施工質量安全和進度。施工過程中,建設中位要為設計、施工、監理單位服好務,讓他們全心全意地工作,確保質量安全。
五、抗震設計原則
關鍵詞:高速公路橋梁設計橋位選擇
中圖分類號:U412.36+6 文獻標識碼:A 文章編號:
一、 橋位的選擇
高速公路的橋位選擇,總的原則是:中小橋嚴格服從路線布設,大橋、特大橋等大型工程應做多方案同深度的橋位比選,并以其為控制點,總體上達到與路線走向一致,做到路、橋綜合考慮,合理銜接。同時,還應該注意保護名勝古跡,少干擾學校和居民村落,少占耕地。這些原則和平原區基本上相同,山區橋位的選擇更重要的是要凸現對地質的重視。
1、跨越巖溶地區
巖溶在山區不可避免要遇到,在遇到強巖溶地區時,橋位應以繞避為主,并盡量選在弱巖溶地區,若必須在強巖溶地區設橋時,則應選擇在巖層比較完整,洞穴頂板厚度尺寸足夠處;橋位遇到構造破碎帶時,應使橋位垂直或以較小的斜交角通過;巖溶塌陷區的橋位應選在覆蓋層較厚、土層穩固、洞穴和地下水位穩定處,如塌陷范圍小,可選擇單跨跨越。(如新屋場2#大橋、榨尾灣1#大橋)
2、跨越滑坡體
盡管在方案選擇、路線指標的運用、構造物和線位的布設等方面做了很大的努力,由于所處的地質環境特殊,巖土工程性質差,路線無法完全避開山體滑坡,滑坡體對橋梁基礎穩定性造成潛在威脅,應首先考慮對滑坡體采取工程措施進行處置,保證橋基安全。
彎橋的設計
1、彎橋直梁的可行性
高速公路線性條件有限,橋梁大部分位于曲線段內,但考慮到施工工期和施工難度的影響,一般在曲線半徑R≥ 200米時仍然可以采用曲梁直作的方案。根據日本曲線梁橋的規定,當曲線角φ≤5度可用直梁布置,因此,可在相應的曲線半徑內采用相應的跨徑來滿足這個要求,如:R=200m,L≤20m;R=300m,L≤25m;R=350m,L≤30m;R=500m,L≤40m;這些情況按直梁布設,完全能滿足結構設計的要求,只需將翼緣板和防撞墻部分現澆處理為曲線,即可符合彎橋布設的要求。
2、彎橋的梁(板)布設
裝配式梁(板)橋,橋型的平面布置一般采用各墩臺平行布置或者徑向布置。平行布置時因為各墩臺與路線交角均不相同,各墩臺蓋梁上支座的位置也不一樣,幾何及下部構造較為復雜,所以只是在曲線半徑大、橋長較短時采用,其優點是能保持預制梁長一致,但由于梁端角度不同,各墩臺長度不一致,使得設計和施工相對較為復雜;在這里主要介紹徑向布置的方法,徑向布置分為等梁長和變梁長兩種方法。
① 等梁長徑向布置:利用改變墩頂現澆段的寬度來保證預制梁長一致,但曲線段橋墩蓋梁的寬度不宜超過220cm,否則施工中的偏心荷載對墩身的安全造成影響,這時的現澆段平面為扇面狀,需要單獨設計。此方法的優勢在于能保證預制梁長一致,節省模板。缺點在于現澆段的設計較麻煩,而且橋墩蓋梁寬度普遍太大,不美觀。
② 變梁長徑向布置:梁長變化,以保證現澆段的寬度不變。優點在于蓋梁寬度能保持一致,且不用加寬,現澆段設計簡單。缺點在于預制梁長不一致,施工時必須調整模板尺寸來改變梁長,稍微麻煩。我省十漫高速公路橋梁設計多采用此方法。
采用徑向布置時,橋墩臺存在錯幅的問題,可將左右幅橋中心附近的橋墩對齊,然后兩幅橋各自以其曲線內側弧長為標準梁長為基準向兩岸布孔,這樣將全橋范圍內的左右幅差值均衡地分配到橋兩端,不影響視覺上的美觀效果。
曲線梁橋布孔時,考慮到曲線弦弧矢高的影響,預制梁的外邊緣必須做成曲線才能滿足防撞墻(護欄)的澆注空間要求,因此,可以在預制內外邊梁時稍微調整模板,使翼緣板做成折線狀,來達到預期的目的。
坡橋的設計
1、橋梁的縱坡問題
《公路工程技術標準》(JTJ001-97)規定,二、三、四級公路上的特、大、中橋橋上縱坡不宜大于4%,橋頭引道縱坡不宜大于5%;位于市鎮混合交通繁忙處,橋上縱坡和橋頭引道縱坡均不得大于3%。此規定的主要因素是因為縱坡過大,非機動車爬行越困難,對通行的干擾越大,為防止堵車和發生事故,橋上及橋頭引道的縱坡不宜過大。山區高速公路上的橋梁,由于受地形及路線線性的限制,考慮到高速公路的行車條件,故在路線縱坡設計時橋上縱坡可以大于4%,但在橋梁上下部結構的構造措施、安全防護等方面應進行綜合考慮。
2、梁(板)橋橋墩水平力問題
① 恒載作用下的橋墩受力:設計時,保證支座墊石和支座處于水平狀態,使橋墩理論上僅受到豎向力的作用。
② 制動力作用下的橋墩受力:在制動力作用下,橋墩承受的力為制動力的水平分力和豎向分力,考慮到豎向分力較小,水平分力比制動力略小,故設計時,對制動力可不進行分解,而將制動力看作是水平作用力。
③ 溫度變化引起的墩頂水平力:因溫度變化,上部結構產生收縮,導致橋墩墩頂產生水平位移,此時橋墩所受的水平力與墩頂的水平位移成正比,與橋面縱坡無關,故溫度變化引起的墩頂水平力與橋面縱坡無關。
綜上所述,位于路線縱坡較大處的梁(板)橋,在恒載、活載、制動力及溫度變化影響力的共同作用下,橋墩墩頂所受的水平力與橋梁的縱坡關系不大,一般情況下,下部構造可按平坡橋進行結構分析。但縱坡較大的橋梁在施工運梁、安裝時容易出現滑移,設計、施工時應采取相應的安全措施。
橋墩、臺設計
1、橋墩、臺型式的選擇
在同一座橋里,橋墩的型式應盡量統一。對于跨河橋與墩高<30m的橋墩,采用受力明確的雙柱式墩。墩高<20m,僅在地面附近設一道系梁,線條簡潔、美觀;墩高≥20m,在墩身中間附近,加設一道系梁,使雙柱共同變形和受力。
柱式墩和方墩在景觀方面的效果差不多,在截面積相等時,方墩的截面剛度大于圓墩,通過調整厚度,可以調整方墩的截面剛度;圓墩在施工中外觀質量容易控制,且與樁基礎銜接方便,對于彎、斜橋來講,圓墩的景觀協調性要好。
墩高≥30m時,可采用薄壁墩,高墩的穩定(尤其是施工階段)與安全均得到改善,從橋梁的整體外觀看,線條簡潔美觀,隨著墩高與內力的變化,通過調整薄壁墩的厚度以改變墩身的剛度,使結構受力更加合理。
當地形橫向陡峭時,若采用雙柱墩,墩身高差大,因此墩身的剛度相差也大,為了使橋墩的受力均衡,可以保證相同高程處墩柱截面尺寸一致,其余部分加大截面尺寸和樁基統一;還可以考慮采用獨柱墩,不僅解決了結構受力的問題,同時景觀更加協調,減少了施工的工作面,經濟而且合理。
在選用橋墩的型式時,一定要注意同一聯內橋墩剛度比的協調,剛度相差不宜太大,否則各墩內力相差也很大,一般來說矮墩取較小的截面,高墩則采用相對大的截面。
山區高速公路多采用U臺、雙柱式臺和肋板式橋臺,但應注意以下幾個問題:
① 地面橫坡較陡,則橋臺錐坡范圍很大,防護工程面積也大,這時可以考慮臺后接矮擋墻進入挖方路段;
② U臺臺高一般控制在9m以內,地面橫坡較陡,地質情況比較好時,采用臺階式基礎以避免挖方量太大,地質情況不好時,可以考慮采用樁基礎U臺。
③ 有些橋臺處地表巖土風化嚴重,雖有表層有天然植被,但施工時不宜大開大挖,以免破壞了山體的穩定,此時可以選擇柱式臺或者肋板式橋臺,臺高≤5m,采用柱式臺,5m<臺高<10m,采用肋板式橋臺。
2、高墩的設計
山區高速公路一個重要特點就是橋多墩高,高墩的設計對于橋梁的結構安全至關重要,高墩設計時可采取如下措施:
① 采用合理的橋梁結構,在最高墩的位置采用連續-剛構組合體系的橋型方案,利用高墩的柔度,使結構受力合理;
② 處于小半徑上的連續T梁,充分利用地形條件合理劃分聯數,由較矮的橋墩承受大部分的水平力,使得高墩的設計更加合理;
③ 選擇合理的下部結構,下部構造結合墩高,配合不同的上部結構,如連續-剛構采用空心墩,連續T梁采用柱式墩或薄壁墩。
關鍵詞:高速公路;橋梁設計;設計要點
中圖分類號:U412.36 文獻標識碼:A
一、概述
近年來我國交通基礎設施建設取得了重大的成績,在十三五規劃中,高速公路的建設同樣擺在非常重要的地位。目前我國高速公路里程數已經成為全球第二,公路建設也逐步有干線交通網絡過度到省際連接段以及加密交通線等方向發展。地形條件也逐步從平原微丘向山嶺重丘段發展,也就是說高速公路的施工環境和地質條件越來越惡劣,設計及施工的難度也越來越大,特別是高速公路的橋梁設計和安全以及環保等要求越來越高,正是基于這樣的背景,本文通過論述橋梁設計的要點,從而為高速公路橋梁設計水平的提升給出一定的技術參考。
二、高速公路橋梁設計的要點分析
(一)橋梁設計需要和選位環境相融合
橋梁設計從一開始就需要和選位環境進行融合,重返考慮橋梁建設成功者會后對地質以及當地環保的影響,并且考慮選擇合適的橋梁基礎型式,從而提升高速公路橋梁的設計水平。對此可以從下面兩個方面來完善。
第一,根據環境要求盡可能的選擇樁基成孔技術,取代傳統的擴大型的基礎施工。因為樁基成孔技術近年來不斷完善,而且實現的方法也越來越豐富,在地質強度高且不透水的條件下,挖孔樁能夠有效縮短工期,而且工程質量高,對環境影響小。要比傳統的擴大基礎施工要具有明顯的優勢。另外從受力條件來看,也應該選擇嵌巖樁結合挖孔技術,從而讓橋梁設計更好的和環境得到有效融合。第二,對于山嶺重丘等地區的高速公路橋梁建設就更需要和環境進行融合。由于山區丘陵地區縱斷面和橫斷面變化大,而且地質條件更為復雜,所以開挖基面較大,容易對地表產生更大破壞,所以在設計上要根據具體的地形變化進行靈活設計,盡可能的減少開挖面。另外在設計時,要盡可能的避免征伐附近的樹木,避免對環境的影響。
(二)高速公路橋梁設計的基本原則
高度公路橋梁設計的原則需要從上下兩個部分進行論述,其中上部設計主要涉及到主梁、伸縮縫以及搭板等部分,而下部設計則主要涉及到橋墩和橋臺的設計。其中上部設計主要包括下面兩個方面。
第一,主梁設計。從施工的復雜程度及價值標準考量,如果主線橋梁單孔跨徑≤10m,就可以采用普通鋼筋混凝土結構。而其他跨徑的橋梁則應該使用預應力混凝土結構。如果橋梁整長小于100m或者是單孔跨徑小于等于20m,可以使用簡支體系空心板結構。如果橋梁整長大于100m,且跨徑大于20m以上,則應該使用連續結構。不過由于跨河大橋的支架澆筑難度大,所以可以使用先簡支后連續的結構。另外在山區建設的特大型橋,同樣也會受到地形影響,現澆難度大,所以也要使用預制的先簡支后連續結構。
第二,伸縮縫的設計。從道路的平穩角度來看,橋梁上應該盡可能的減少伸縮縫。對于跨徑小于等于16m的單孔橋梁只需要設置一個伸縮縫,而另一端采用橋面連續的設計方案。如果橋梁有兩跨,且單孔跨徑小于等于16m,那么伸縮縫可以設計在橋墩處,兩側橋臺部位則可以使用橋面連續結果,這樣就能夠有效提升行車的舒適度。
而對于下部的設計則需要從下面幾個方面來重點考量:第一是橋墩的設計。對于普通的橋梁結構英才采用柱式墩,且上置蓋梁的框架式體系。下面則以30。為分界點,超過30。就需要采用3柱式橋墩,而小于30。則采用雙柱式橋墩。第二就是橋臺的設計。為了有效規避填土高度對施工造成的影響,需要控制填土高度。在軟土路段臺后填土的高度應該控制在6m之下。而一般路段的臺后填土高度則控制在10m之下。如果橋臺使用擴大基礎進行施工,臺身主要使用重力式,并選擇合理的受力,降低臺身尺寸節約成本。如果臺高在8m以上,那么臺身敲墻需要設置10:1的前傾斜坡。
(三)設計的一些細節要點分析
在高速公路的橋梁設計方面,除了注重設計準則和環境融合之外,還需要注重橋梁的一些細節設計方面,只有如此才能夠有效提升橋梁設計水平,而這些細節主要體現在下面兩點:
第一,為了規避施工和運營階段主梁沿著支座方向產生不可逆的側向以及縱向移位,在設計過程中需要強調支座安置的水平。在施工過程中也要保障支座頂地面的安置和受力要保持在水平面上。具體的操作細節體現在下面幾點:首先要墊石頂水平,然后支座也要水平放置。接著就是梁底和支座的接觸面保持水平,其中梁底要采用貼楔形鋼板忙活著在梁底預制時,就可以在支座頂面斷面之處設立可調整縱向角度或者是橫向角度的專用模板。另外楔形鋼板的加工要保障精度高,并和梁底預埋鋼板進行焊接時,需要精細的焊接工藝,從而避免主梁沿著支座方向進行位移的問題。第二,對于單跨徑在20m到40m之間的特大型橋梁,設計時大多采用150到200為一聯的連續性結構,并以160型伸縮縫進行設計,從當前的使用效果來看,80型的伸縮縫設計在行車時基本上沒有跳車和噪音。而160型伸縮縫大多存在噪音。從經濟效益上來看,一道160型伸縮縫主要受到支座性能的限制,所以在設計上并沒有使用最大的伸縮量,而且造價一般是80型伸縮縫的兩倍。而且使用80型的伸縮縫還可以減少澆筑接頭和橋墩帽梁的施工數量。而且使用160型的伸縮縫在維修過程中,還需要半幅橋梁完全封閉,但是一般特大型橋梁中間并沒有設置分隔帶缺口,這樣就容易出現半幅橋梁雙向行車,給安全帶來隱患。同樣也會影響到高速行車質量。所以針對當前特大型橋梁的160型伸縮縫設計,應該重新修正為80型伸縮縫設計,橋臺所在的聯按照100到150m進行粉戀,而其他聯則可以控制在80到100m。
結語
總而言之,高速公路橋梁的設計需要遵循環境原則,根據地質條件的不同進行相應的調整,同時還要綜合考慮橋梁結構的安全性和行車的舒適性以及經濟效益。還包括了施工的便捷性以及環境的協調性等諸多元素,只有如此才能夠充分發掘在橋梁設計過程中可能忽視的細節問題,進而提升高速公路橋梁設計水平。
關鍵詞: 道路橋梁擋土墻設計施工要點
中圖分類號:U448文獻標識碼: A
一、擋土墻的設計基本原則
為保證擋土墻的安全正常使用,必須滿足承載力極限狀態和正常使用極限狀態的設計要求,對其需進行如下計算:
1、擋土墻承載能力極限狀態的計算,其內容有整體穩定性計算和抗傾覆穩定驗算。
2、擋土墻的正常使用極限狀態計算,是對其變形、抗裂度及裂縫寬度進行計算。
設計時應認真分析地形、地質、填土性質、荷載條件,當地的材料供應及現場地區技術經濟各種條件,確定擋土墻結構類型及截面尺寸。應保證擋土墻結構設計符合相應規范、條例的要求。在設計中應使擋土墻與環境協調,滿足環保要求。
3、土壓力的基本概念
1)靜止土壓力
若擋土墻具有足夠的剛度,且建立在堅實的地基上(如基巖),墻體在墻后土體的推力作用下,不產生任何移動或轉動,則墻后土體處于彈性平衡狀態。這時作用在墻背上的土壓力成為靜止土壓力。
2)主動土壓力
若墻基可以變形,墻在土壓力作用下向背離填土方向移動或繞墻根轉動時,墻后土體因側面所受限制的放松而有下滑的趨勢。為阻止其下滑,土體潛在滑動面上剪應力增加,從而使作用在墻背上的土壓力減少。當墻的移動或轉動達到某一數量時,滑動面上的剪應力等于土的抗剪強度,墻后土體達到主動極限狀態,形成滑動面,這時作用在墻上的推力達到最小值,稱為主動土壓力。
3)被動土壓力
當墻在外力作用下向著填土方向移動或轉動時(如橋臺),墻后土體受到擠壓,有向墻后移動的趨勢。為阻止其向后滑移,土體內剪應力反向增加,作用在墻背上的土壓力增大。直到墻的移動量足夠大時,滑動面上的剪應力又等于抗剪強度,墻后土體達到被動極限狀態,土體發生向上滑動。
二、擋土墻的設計分析
在擋土墻的設計中一個非常重要的部分就是擋土墻的設置,最常見的設置就是將擋土墻設置在路基橋基的橫斷面。在設置擋土墻之前,要進行現場的核對,對墻址進行測量,收集墻址附近的水文的資料以及地質的資料。選擇位置、設置橫向、設置縱向以及設置平面等方面都是擋土墻設置的內容。
1、墻址
擋土墻一般設置在邊溝的附近,在可靠的基礎上設置山坡的擋土墻,墻體的高度要滿足擋土墻設置之后墻頂上面的土體穩定的要求。 當擋土墻設置在路肩時,要將坡腳進行適當的收縮,減少占地以及填方,節約成本。當擋土墻設置在路肩與設置在路堤的情況相近時,要將路肩的擋土墻進行優先的考慮。如果基礎是可靠的,設置在路堤的擋土墻在圬工的數量以及高度的方面要遠遠的低于設置在路肩的擋土墻,這時要使用路堤的擋土墻。在進行位置的確定時,要從經濟的方面以及技術的方面進行對比。 在設置橋梁的擋土墻時,要在研究地質的情況、水文的情況以及河道情況的基礎上進行設置,保障擋土墻設置之后,水流能夠通暢,不會使水流對墻體產生沖刷。
2、設置縱向
要在墻址的縱向斷面圖中對擋土墻進行縱向的設置,在進行設置之后將擋土墻的正面圖進行繪制,對擋土墻的縱向進行設置包括以下幾點
1)將擋土墻的長度以及起點進行確定,擋土墻中的結構物要合理的進行連接。
2)將擋土墻的沉降縫以及伸縮縫進行確定。
3)將擋土墻的滲水孔進行合理的設置,要注意滲水孔的尺寸以及滲水孔之間的間隔。同時,要在圖紙上對各種水位線進行標注,如沖刷的線以及冰凍的線等等。
4)在對擋土墻的各段進行基礎的布置時,如果在墻址的附近存在縱坡,要將擋土墻基底設置成縱坡的 5%。如果地基的土體是巖石,要盡量做到不挖掘,可以在縱向的方面設置臺階,依據縱坡設置臺階的尺寸。
3、設置橫向
在擋土墻的高度或者是擋土墻的墻身出現變異時,要在擋土墻的橫向斷面圖中對擋土墻進行橫向的設置。將擋土墻的墻身、排水的設施、基礎的形式等方面進行確定,依據擋土墻的高度、擋土墻的型、擋土墻的地基以及填土的力學指標等繪制擋土墻的橫向斷面圖。
4、設置平面
對于一些較為復雜的擋土墻,除去縱向的設置以及橫向的設置,還需要對平面進行設置,繪制擋土墻的平面圖,將擋土墻附近的地貌以及建筑物進行標明,橋梁的擋土墻還需要將水流的方向以及河道等行標明。此外,還有對擋土墻的方案、結構等方面進行簡要的說明。
三、道路橋梁擋土墻施工技術要點
1、防水以及排水的技術措施
擋土墻進行排水的作用是防止地表的水下滲造成積水,能夠有效的避免墻體受到額外的水的壓力,減小冰凍時節的冰的壓力,減少粘性的土被水浸泡之后產生膨脹的壓力等。擋土墻的防水以及排水的系統是由地面的防水以及排水與墻體的防水以及排水這兩部分構成,地面的防水以及排水的措施包括:
1)在地面設置排水溝,將地表的水進行有效的截引。
2)對地表的松土以及回填的土進行夯實,防止地表的水以及雨水下滲,必要是可以設置堆砌層。
3)對邊溝運用鋪砌的方式進行適當的加固,防止邊溝中的水滲到擋土墻中。墻身的排水是為了將擋土墻后面的積水進行排除,通常采用的方法是在擋土墻適當的高度增加泄水孔。 如果擋土墻后面的填土排水性較差或者是填土發生凍脹的可能性大,為了將擋土墻后面的水進行排除,要在擋土墻的泄水孔最低的位置到墻頂下面 45cm 左右的高度,進行滲水材料的填筑作為排水層,一般包括無砂的混凝土、土工纖維或者是砂礫石,而且這些材料的厚度要大于 35cm。當擋土墻需要進行涵洞的設置時,要對擋土墻的基礎以及墻身進行防水的處理以及補強,同時采取有效的措施保障排水的暢通以及防止涵洞發生滲漏。
2、伸縮縫以及沉降縫
每一種類型的擋土墻在設計時,要依據構造的特點,將構件收縮、沉降以及膨脹的變形縫進行合理的設置。在設置擋土墻的沉降縫時,要依據地基的地質條件、水文的條件以及擋土墻的高度、擋土墻的斷面變化的情況進行設置,防止擋土墻因為地基的變化而使擋土墻出現裂縫。當擋土墻周圍的地質條件是圓形或者是曲線形時,在設置擋土墻時可以采取折線的形式,在擋土墻轉折的地方要防止擋土墻的沉降縫斷裂。擋土墻的伸縮縫是防止溫度的變化而使擋土墻出現裂縫,擋土墻在與其他的建筑連接時,要將擋土墻的伸縮縫設置在連接的地方。在道路中設置的擋土墻一般的情況是在道路路線的方向,間隔 10m 左右設置擋土墻的伸縮縫以及防裂縫,這兩者也可以合并在一起進行設置,巖石的地基最好是控制在 20m 之內。 加筋土的擋土墻在進行設置時,長度可以適量的加大,但是最好是控制在 25m 之內。加筋土的擋土墻在設置沉降縫以及伸縮縫時,寬度可以設置為 2cm 左右,從擋土墻的頂部一直到擋土墻的基底。在一級的公路、高速公路或者是凍害較為嚴重、滲水量較大的地區,擋土墻的沉降縫以及伸縮縫中使用的材料大多是具有彈性的瀝青的木板或者是瀝青的麻筋,在二級及二級以下的公路中,擋土墻的沉降縫以及伸縮縫中使用的材料大部分是膠泥。
在凍害不是那么嚴重的地區中,可以不進行填充,當擋土墻的背面為填石的路堤或者是巖石的路塹時,擋土墻可以不設置沉降縫以及伸縮縫。 在建設鋼筋混凝土的擋土墻時,要在擋土墻的表面設置 V 形的垂直槽,這些垂直槽之間的距離要控制在 10m 之內,為了防止擋土墻出現細小的裂縫,擋土墻的沉降縫以及伸縮縫應當設置為企口式。當擋土墻的高度較低,擋土墻的地基相對穩定時,可以在擋土墻的前面以及后面設置槽口縫。需要注意的是,槽口縫以及 V 形槽在鋼筋的構造圖上與 3V 形的槽之間的區別,也就是不要截斷 V 形槽處的鋼筋,但是要截斷槽口縫處的水平鋼筋。
3、擋土墻背的回填
在擋土墻的建設中,墻背的回填材料是非常重要的,回填的材料能夠保障擋土墻使用的正常。在進行回填時,通常是選擇排水容易、 行車的效果。近年來隨著修建混凝土路面的增多,其重要性逐漸被人認識。填縫要及時,在混凝土養護期后立即進行。填縫時應將縫隙吹干凈,縫隙內要干燥,以促進縫料與縫壁面結合緊密不滲水。
結束語:選擇擋土墻的形式,做好擋土墻的優化設計,落實施工要求是道路橋梁建設的首要任務,對工程的安全、經濟、合理、美觀意義深遠。一方面,在工程建筑中不僅要考慮邊坡的穩定性,而且在擋土墻的選型上還要進行各種擋土墻方案比較,分析其技術的可行性、經濟的合理性;另一方面,應按照國家技術規范組織工程的實施,確保擋土墻工程優質、適用、經濟、安全,使之在建筑道路橋梁工程中充分發揮應有作用。
參考文獻:
[1]孫永祥.關于擋土墻的設計與施工淺析[J].城市建設理論研究,2011.12.
【關鍵詞】橋梁施工;耐久性設計
引言
隨著城鄉建設的不斷發展,城市橋梁和公路橋梁的負荷越來越重,造成混凝土結構橋梁的不同程度的損壞;在設計和施工過程中不注重細部結構的設計也是造成橋梁耐久性的一個很重要的因素,這些問題的存在嚴重影響了橋梁的使用壽命,因而從多方面對混凝土結構的耐久性設計的分析和研究是非常必要的。
1 提高鋼筋混凝土橋梁耐久性的措施
國內外的研究和實踐都表明,結構耐久性對于橋梁的安全運營和經濟性起著決定性作用。
1.1 鋼筋混凝土橋梁結構防水應著眼于“自身防護”,應用高性能混凝土
自20世紀80年代以來,工程建設領域以提高耐久性為目標,廣泛采用高性能混凝土。高性能混凝土不同于普通混凝土,它加入了比水泥顆粒小約100倍的膠凝材料如微硅粉、優質粉煤灰,并采用高效減水劑使混凝土可以采用較低的水灰比以及良好的養護條件。其結果是減小了骨料與膠凝材料間的間隙,使其粘結強度提高,在混凝土整體強度提高的同時,密實度增加,混凝土自身抗滲性提高,從而可大大提高混凝土的耐久性,這已在世界各地引起人們的廣泛重視。
1.2 鋼筋阻銹劑的應用
對于鋼筋防護而言,在任何情況下混凝土質量都是最重要的。如果混凝土材料或施工質量不好,或設計有缺陷等都會加速病害的發生和發展速度。在高質量混凝土的基礎上摻加鋼筋阻銹劑,被認為是長期保護鋼筋延緩腐蝕破壞、實現設計壽命的最簡單、最經濟和有效的技術措施。
加入鋼筋阻銹劑能起到兩方面的作用:一方面推遲了鋼筋開始生銹的時間,另一方面,減緩了鋼筋腐蝕發展的速度。
1.3 增加混凝土保護層厚度
混凝土保護層的主要作用是使梁板內鋼筋免遭銹蝕,尤其應注意與周圍環境相聯系,與混凝土的操作工藝相聯系,以保證結構在應有的使用壽命期內,其功能完好。目前國際的總趨勢宜使保護層適當加厚,以延緩因碳化引起的鋼筋銹蝕,從而使結構物的耐久性得到增加,縱向受力鋼筋的混凝土保護層最小厚度,應根據環境類別及混凝土強度來確定。
1.4 橋面防水設計
目前不少設計人員對橋梁防水設計重視不夠,對防水材料,特別是對一些新型防水材料缺乏系統的了解,因而在設計圖紙上無細化的防水設計、無選材說明,往往造成施工單位選材不當,降低了設計標準,影響橋梁使用壽命和耐久性。
整體防水設計實際上就是將各個關鍵的細部防水處理進行匯總。它們之間既相對獨立,又相互協防。設計的前提條件是防水效果好,選材符合橋梁的特殊性,防水層耐久,易于維護且經濟合理,盡量不能有遺漏,同時,所用的處理方法應該是最適宜的。
1.4.1 橋面防水層
對于橋面防水層,不能像以往一樣簡單地在設計圖上表示出設置防水層即可,也不是由施工人員或業主方就能夠確定這些需要計算的參數,而是必須要有設計人員進行仔細計算,在充分了解防水材料性能的基礎上,根據結構受力特性和橋面鋪裝材料性能及施工特點來確定防水設置方案。橋梁為承受振動荷載的結構,橋面防水層宜采用柔性的涂料與卷材防水材料,防水涂料與防水卷材,應根據結構形式、施工環境等綜合因素來考慮。
1.4.2 橋梁防水的細部設計
設計單位應將防水層的設計在全橋范圍內進行整體考慮.特別是在伸縮縫處、泄水管處、防撞墻與分隔帶邊緣,等特殊部位做到防水層的連續性,使其防水層的設置更趨于合理。同時與結構設計統籌考慮,如:預制的鋼筋混凝土梁橋和預應力混凝土梁橋的橫向鉸縫處,應保證其在運營過程中有足夠的剛度,減小其變形、使鋪裝層的受力與主梁的受力相協調、保證防水層正常工作。
1.4.3 外翼緣板的防水
過去設計人員對橋梁外側翼板防水重視不夠,致使許多城市立交橋在經過雨水、雪水,特別是冬季的融雪鹽堿水沖洗后,留下許多白色沉積物,既不美觀又可能造成對翼緣板的腐蝕。設計人員通過改變外側翼緣板結構外形即可阻斷各種水對翼緣板的浸蝕,起到防水作用
1.4.4 泄水管及周邊防水
橋面防水的設計理念應該是“防排結合,以排為主”。這是因為再好的防水層,如果長期浸泡在水中,加之動荷載的作用,就會加大其破壞的程度,縮短使用周期,同時,凍脹作用會使橋面隆起,加速橋面鋪裝的破壞。橋面的縱坡、橫坡必須符合設計要求,瀉水管的布置合理,使橋面排水通暢,另外在橋面鋪裝層設計和瀉水管的構造上應考慮瀝青混凝土層間水的排放。
1.4.5 預制梁接縫處防水
由于工期緊張,設計上經常采用預制T型梁橋的做法,由于濕接頭的存在,在混凝土收縮作用下,新舊混凝土截面勢必開裂。由于T型梁安裝后,相鄰翼板的高差可能達到2—3cm,為下一步工序施做,必須鋪設找平層,且不與T型梁頂面連接,從而形成一大塊薄板(6—8cm),在車輛荷載長期作用下,易產生碎裂造成漏水。因此,建議找平層與濕接頭混凝土一起澆筑,使預制梁接縫和橋面找平層成為一體,共同參加工作,這樣可以大大提高接縫處抗拉強度。
1.4.6 中央隔離帶處防水
實際施工中,中央隔離帶有兩種做法,一是不做防水處理,這種情況多用于跨河橋或橋下無人、車通過的情況;二是進行簡單防水處理,一般城市立交橋梁多采用此種作法。特別注意的是,此處的防水層上一般為輕體材料或種植土,極易吸附水體,長期浸泡會使防水層出現脫粘現象,因此,防水基底的(縱)坡度必須按照要求做好,以利于池內的水能夠迅速排走。
1.5 橋梁結構防水設計
橋面設計良好暢通的排水系統,是保持橋梁結構不受或較少受水蝕的條件,但考慮水侵蝕的影響,除主梁外還會涉及蓋梁、墩柱、橋臺等,這些部位的防水設計也十分重要。比如蓋梁頂的排水坡、水中橋墩(特別水位變動區)等特殊部位。
橋梁的防撞系統,是冬季除冰鹽水最易危害的部位,對這部分結構的細致的耐久性設計是十分必要的,這不僅涉及防撞系統自身的耐久性,如前面提到的,它還涉及到與其相連接的主體結構的耐久性。防撞護欄與主體結構的連接應采用整體現澆,避免采用預制安裝的形式,防止安裝過程對橋面防水層的破壞以及預制塊導致的橋面至主體混凝土結構的水通道。防撞護欄的自身抵抗氮離子侵蝕的考慮也是非常必要的。
1.6 混凝土表面封閉處理
密封劑和涂裝材料的功能主要是減少鋼筋混凝土結構中的電解液,從而減緩電化學銹蝕反應的進程。另外,密封劑和涂裝材料還可以防止化冰鹽、二氧化碳和氧氣等對結構的侵入從而減緩鋼筋的銹蝕,這類保護還可以降低凍融循環對結構的破壞,提高結構抗凍融循環的能力。使用滲透型密封劑保護鋼筋混凝土橋梁不受水、化冰鹽和酸雨的侵蝕已經是常規的做法了。相對低廉的成本和易于施工是這類材料的主要優點。
關鍵詞:城市橋梁,防水系統,設計要點,施工技術,技術規程
Abstract: at present, the engineering city bridge faces more quality defects in waterproof project water damage problems, not only against the stability of bridge structure and durability, also make the maintenance cost greatly improved. To change the situation, the construction is the first-class do sacrifice the bridge deck waterproof engineering technology city rules "detailed provisions of the bridge deck waterproof system design, select material, construction inspection, and other key link control points, to improve the waterproof design and regulating the bridge construction technology plays an important role in guiding the.
Keywords: city bridges, water system, key points of the design, construction technology, technical procedures
中圖分類號:S611文獻標識碼:A文章編號:
1 城市橋梁橋面防水工程的重要作用
城市橋梁建設的工程量大、投資成本高、設計使用年限長,其安全性和耐久性直接影響著城市交通的順暢程度。研究顯示,在眾多影響因素中,水是造成橋梁損害的關鍵之一,水及水中雜質的持續作用可能引起以下幾種形式的破壞:(1)硬化后混凝土中Ca(OH)2等水泥水化產物不斷發生溶析并被水帶走,水泥石內部逐步被破壞,混凝土的密度和強度持續降低,最終將引起橋梁整體結構的損毀。(2)過度的開發使城市大氣污染日益嚴重,極易形成酸雨,而酸雨中含有高濃度的SO42-離子,常與Ca(OH)2作用產生CaSO4,并結晶析出;CaSO4能與水泥石中的固態水化鋁酸鈣作用,生成含大量結晶水的水化硫鋁酸鈣晶體,反應中晶體的體積膨脹為原來的2.5倍,使水泥石內部產生了很大的內應力,從而對混凝土的結構強度造成了破壞。同時,降水中含有較多的溶解性CO時,也可與水泥石中的Ca(OH)2反應生成可溶性的Ca(HCO3)2,對橋梁的整體穩定性造成影響。(3)一些城市在冬季會采取撒鹽融冰的方法,使大量鎂鹽附著于橋面并與其中的Ca(OH)2引起置換作用,生產Mg(OH)2,這也將導致水泥石中的強度組分發生水解破壞。
可見,橋面防水工程對降低結構病害,延長橋梁壽命具有著重要作用。為進一步提高防水工程的設計施工水平,建設部于2010年7月1日頒布了新的《城市橋梁橋面防水工程技術規程》,并逐步廢除了舊的《城市橋梁設計準則》。與舊準則相比,新的技術規程將“混凝土橋面鋪裝內應設防水層”、“橋面系應有完善的防水和排水系統”作為強制性條文寫入規程,對城市橋梁橋面防水系統的設計、選材、施工驗收等各個環節都作了詳細的規定,并根據城市橋梁的類別、道路等級和環境類別等,將橋梁橋面防水等級劃分為兩個級別,并針對不同的防水級別規定了具體的防水層使用年限,即Ⅰ級橋梁橋面防水使用年限應≥15年,Ⅱ級橋梁橋面防水使用年限應≥10年。城市橋梁防水工程等級的明確規定,為橋梁的防水設計和施工指明了方向。
2 新規程下城市橋梁橋面防水工程的設計施工要點分析
2.1 防水卷材和涂料的選擇與運用
柔性防水涂層技術只能用于橋面鋪裝層為瀝青混凝土的橋梁,如攤鋪式瀝青混凝土或者澆筑式瀝青混凝土。由于水泥混凝土為剛性面層,若在其下設置一層柔性防水卷材,猶如在剛性面層下形成一個夾層,在使用荷載的反復作用下,水泥混凝土鋪裝容易遭到破壞,因此水泥混凝土鋪裝層不可以使用防水卷材。目前,改性瀝青防水卷材是我國城市橋梁防水工程中使用最為廣泛的一種防水卷材。改性瀝青防水卷材的施工方式一般有自粘施工、熱熔施工或熱熔膠施工等類型。SBS改性瀝青自粘防水卷材是以SBS為改性劑,且具有整體自粘性的改性瀝青卷材。而以熱熔或熱熔膠為主要施工方法的防水卷材有SBS改性瀝青防水卷材和APP改性瀝青防水卷材等,其中APP改性瀝青防水卷材又可根據橋梁橋面瀝青鋪裝層的不同形式分為Ⅰ型和Ⅱ型。具體選用何種防水卷材,要根據城市橋梁所處環境條件、橋梁橋面鋪裝形式、防水等級、施工工藝以及施工工期等多種因素進行綜合考慮。如APP改性瀝青防水卷材不適用于嚴寒條件,而SBS改性瀝青自粘防水卷材則僅適用于攤鋪式薄型瀝青混凝土橋面的鋪裝中。
涂料防水是指在城市橋梁混凝土橋面板(或混凝土鋪裝層)表面涂刷防水涂料,使其固化后形成防水層的技術。涂料防水技術可應用于攤鋪式瀝青混凝土及水泥混凝土鋪裝層。城市橋梁防水常用的防水涂料一般包括:聚合物改性瀝青防水涂料、聚氨酯防水涂料以及聚合物水泥防水涂料等。其中聚合物改性瀝青防水涂料按使用方式分為水冷施工(L型)、熱熔施工(R型)兩種;按性能分則可以分為Ⅰ型和Ⅱ型兩類。與防水卷材一樣,城市橋梁用防水涂料在選用時,亦需根據城市橋梁所處環境條件、橋梁橋面鋪裝形式、防水等級、施工工藝及施工工期等多種因素進行綜合考慮。
2.2 橋面防水涂層的施工要點
噴涂前,應首先保證橋面板表面平整、堅實、無浮漿,并對特殊部位進行處理。噴涂時應將涂料攪拌均勻后再啟動噴涂設備。第一層實干后方可噴涂第二層,噴涂前,須先吹除第一層涂層上的浮塵,并保證每層噴涂的顏色均勻,表面不流淌、無堆積。每次噴涂時,須將兩側護欄用塑料布覆蓋,以防止污染。防水涂層未實干固化前,任何人員、機械車輛均不得在其上通行。防水層養護結束后、橋面瀝青鋪裝前,行駛車輛不得在其上急轉彎或緊急制動,以免搓傷防水層。
2.3 防水細部設計施工中應注意的幾個問題
(1)緣石或護欄部位。橋面上的水廠通過橫坡匯集于緣石或護欄邊,因此為避免水從此處滲入橋面鋪裝層內,緣石或防撞護欄與橋面鋪裝交角處的防水卷材應直抵相交結構立面而不能上翻,且與基面密貼,使用防水密封材料將防水卷材端部與結構立面的凹角處填滿密封。(2)伸縮縫部位。為避免水經伸縮縫滲入混凝土內,應在伸縮縫兩側的防水層端部用防水密封材料進行密封。橋梁縱坡較大時,應在橋梁伸縮縫旁橋梁縱坡中較高的一側,沿橫坡的坡底處設置滲水漏管。(3)泄水孔部位。橋梁橋面泄水孔與水接觸最為頻繁,因此,瀉水孔裝置中的滲水洞下緣應低于防水層,同時應在滲水洞處增設一層土工布,橋面防水層與泄水孔裝置周邊接觸部位,還應使用防水密封材料進行封閉。
3 結語
防水工程在避免城市橋梁水損害方面具有重要作用,是延長橋梁使用壽命的關鍵之一,然而長期以來,由于設計施工人員的專業能力不足,防水工程的質量保證體系尚未完善等問題,大部分城市橋梁都存在著滲水、漏水等質量缺陷,嚴重威脅著城市交通的安全與運行穩定。為改變這一局面,相關人員應以新的《城市橋梁橋面防水工程技術規程》為中心,提高設計方案的科學性,并對工程選材和施工工藝進行嚴格控制,使橋梁防水、排水系統不斷趨向合理,以確保我國城市橋梁的建設質量。
參考文獻
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【關鍵詞】 橋梁建設;剛構橋;施工;技術要點
在我國橋梁建設技術的發展過程中,剛構橋作為一種經濟實用的橋型,在已建成和正在建設的橋梁中所占比重越來越大。橋梁建設對人們生命財產的安全和社會的經濟發展有著重要的意義和影響,施工技術則是建設過程中最關鍵因素,隨著科學的進步發展,剛構橋建設技術也在不斷的創新和完善。就其施工技術要點簡單闡述如下。
一、剛構橋的施工技術
按照施工特點的不同,剛架橋施工技術分為支架法施工和懸臂法施工。而按照施工工序的不同剛構橋施工技術通常分為:零號橋段施工、1號橋段施工、邊跨合攏段與現澆段施工、中跨合攏段施工、孔道壓漿以及預應力張拉、線形控制。本文將按上述分類對橋梁建設中剛構橋的施工技術要點進行分析。
(一)支架施工法
早期的剛構橋多采用這種施工技術,方法就是在支架上澆筑混凝土,特別適用于橋墩矮,特別是橋墩處于旱地的橋梁工程建設。不足之處在于工期長、施工時需要大量的腳手架,周轉材占用時間較長。
(二)懸臂施工法
懸臂施工法是目前較為常用的剛構橋施工方法,懸臂施工法分類較多,總體來說其操作方法是由墩頂開始向兩邊逐節段建設上部梁體,形成一個“T”形的雙懸臂結構,按設計預定的順序合攏,合攏的實現需要經歷較長的施工過程和體系轉換過程,形成最終體系。合攏段的施工是懸臂施工法非常重要的工序之一,也是橋梁體系轉換的必經之路。在實現真正的合攏期間,混凝土從澆筑到施加預應力的這一過程中,影響因素非常多,比如晝夜溫差、新澆混凝土早期收縮等,所以必須采取恰當的措施,保證這一階段混凝土不開裂或者壓碎,使其可以順利合攏。
(三)零號橋段的施工
在橋墩完成后,要在預埋的牛腿上拼裝一個托架。在澆筑前,一定要注意施工當地的天氣變化,因為該工序中的部分技術和所用的材料受氣象條件影響很大。例如:想要事先推算出連續梁的伸縮量,保證零號橋段的預留偏移量,就必須關注天氣變化,然后推測出合攏段的施工氣溫與零號橋段的施工氣溫之間的差值,繼而推算出連續梁的伸縮量,避免因收縮差異導致混凝土開裂。因為零號橋段的受力和結構比較復雜,預應力比較集中,鋼筋密集,混凝土方量大,為了避免混凝土出現裂縫、保障橋梁的內堅外美,需做好水灰比的控制,使其對混凝土影響程度減至最小。澆筑時,通過合理分層和采用串筒、溜槽等方式,減少施工難度,以便更好的控制質量。澆筑完成后,可以通過內外澆水、頂板預留天窗的方法通風降溫,有效避免內外的溫差大而導致混凝土早期開裂的現象。此外,零號橋段的施工完成后,應注意頂面的清掃,為后續工作做好場地準備工作。
(四)1號橋段的施工
這一施工過程需要對邊跨施工程序及澆筑橋段預拱度進行重點驗算。參照實際參數,利用水泥漿比例1:2的混凝土鋪設掛籃的軌道,掛籃一定要有足夠的剛度,避免變形,以保證橋梁面的質量,并定期做負載實驗,了解橋面的受力情況。一號橋段的混凝土對稱施工期間,需對其進行不少于7天的灑水保養。在預應力管道以及鋼筋安裝完成后,復測并調整上下高程以及中線坐標,保證它們與設計坐標的誤差在允許范圍內。兩橋段強度達到張拉要求后,應該做到左右對稱,張拉力控制過程為10%~50%~80%~105%。
(五)邊跨合攏段與現澆段的施工
以往的現澆段往往采用膺架法施工,導致成本增加,故而近來很多橋梁建設采用零號橋段技術進行施工,以節省人力、財力和物力。相對于零號橋段施工,在這一工序中,搭建和設置托架時應該考慮到交界墩的偏受壓,必要的時候,采取反拉配重。邊跨的合攏段應該采用吊架進行施工,利用掛籃的底模作為合攏段的底模,掛籃的模板作為外側模,合攏段的前后橋梁段應設置預留孔。合攏時,在梁段上布置相當于合攏段一半重量的水箱作為平衡,邊澆筑邊減載,保證合攏段負荷不變的情況下完成混凝土的澆筑。在混凝土澆筑完成后,需要7天的保養期,保證達到90%的強度后,應該及時地張拉邊跨的合攏束。剛構橋此工序中張拉至設計應力的50%,經一晝夜的溫差, 觀察無異常后方可澆筑合攏段混凝土。邊跨合攏后,體系轉換成單懸臂。
(六)中跨合攏段的施工
該工序是在上個合攏段施工完成后進行,中跨合攏段的施工采用一端掛籃合攏,一端掛籃拆除,但同時保證“T” 結構的平衡的方式。中跨合攏段混凝土澆筑前,在“T”結構兩端加水箱保證合攏段混凝土的平衡,在混凝土的澆筑過程中,同時泄掉水箱內的水,監測并保證澆筑時合攏斷面受力在合理范圍內。進行這一工序是,要選擇最低氣溫的實踐,以減少單懸臂的冷熱變化所帶來的位移差距,避免對合攏段造成影響。混凝土施工之前,必須要計算張拉力進行計算,合攏段混凝土的強度要比懸臂梁整整高出一個等級,并適當添加一些膨脹劑,避免混凝土收縮后, 梁段的結合處產生裂縫。中跨合攏完成以后,要實現從單懸臂到連續的鋼結構體系的轉換。
(七)孔道壓漿以及預應力張拉
預應力的張拉時還要遵循兩同步、三同心原則。兩同步原則是指:(1)兩邊對稱并且實現同步張拉的原則,(2)伸長量與應力雙雙控制的原則。三同心原則是指:(1)預應力的管道與鋪墊板同心,(2)錨具與鋪墊板同心,(3)千斤頂與錨具同心。掛籃前移后,進行預應力管道的壓漿,壓漿工藝現多采用真空設備輔助。壓漿所采用的混凝土應為52.5級普通硅酸鹽水泥,水灰比例在0.4~0.45,并添加高效膨脹劑和減水劑,壓漿的最大壓力宜為0.5~0.7Mpa。為保壓漿質量,在豎彎管道以及較長管道上,每30至40米處應在管道的最高點設置一個排氣孔 。
(八)線形控制
橋梁體的線性結構與多種因素有關,比如預應力的張拉、混凝土徐變、混凝土質量等。線性控制工序技術內容復雜、含量高,可以對橋梁結構的分析具有彈性和時效性。
二、剛構橋施工過程中的注意事項
在剛構橋的施工過程中,預應力的張拉、混凝土的澆筑、掛籃的移動等都必須遵循同步對稱原則。混凝土的澆筑必須從懸臂端到澆筑梁段的方向進行,同時要盡量防止混凝土面產生裂縫等。所有的預應力施工一定要在混凝土強度達到設計張拉的強度后能進行。
三、剛構橋施工過程中的監測工作
在剛構橋的施工過程,要通過不斷的控制測量掌握施工過程中橋梁各組成結構和部分的狀態,并由此推斷當前狀態下的結構幾何狀態,并推算出真實值與預測值之間的誤差。監測工作可以控制施工過程,并為下一步工序的實施提供決策依據。
(一)墩位及墩頂的標高測量。各個橋墩位置的準確性是保證成橋符合設計要求的關鍵之一,而實際位置是控制施工的基礎數據之一。監測橋墩位置和墩頂標高,可以為橋梁的施工控制及分析提供基礎數據。
(二)主梁立面的幾何狀態監測,為橋梁的施工控制及分析提供實測數據。
(三)主梁平面的位置監測。主梁平面的位置監測就是對橋軸線進行適時觀測,隨時掌握橋梁結構的平面情況,確保發現問題及時糾正。橋軸線的檢測采用經緯儀進行。
(四)主梁頂面橫坡度的監測。該監測收溫度影響大,為減少溫度帶來的誤差,測量應該安排在一天中溫度最穩定的時段進行,如有必要,應對測量值作溫度影響校正。
(五)溫度監測。溫度變化,尤其是日照溫度是影響主梁撓度的主要因素之一。
通過監測溫度,達到調整控制模型,使其達到更接近真實施工現場的目的。
(六)結構應力監測。通過監測記過,判斷橋梁的強度和穩定性,確保橋梁施工安全、順利的進行。
四、總結
剛構橋建設的施工技術不斷發展進步,要求橋梁建設者掌握建橋技術,明確監測指標,嚴把質量關,確保施工過程安全順利,建成的剛后橋符合設計要求。
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