摘要：大力發(fā)展交通運(yùn)輸事業(yè)，是加速實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化城市的重要保證。在公路、鐵路、城市和農(nóng)村道路交通以及水利等建設(shè)中，為了跨越各種障礙，必須修建各種類型的橋梁與涵洞，所以橋涵就成了陸路交通中的重要組成部分。橋涵的造價(jià)一般來(lái)說(shuō)平均占公路總造價(jià)的10%-20%。特別是在現(xiàn)代高等級(jí)公路以及城市高架道路的修建中，橋梁不僅在工程規(guī)模上十分巨大，而且也往往是保證全線早日通車的關(guān)鍵。
　　關(guān)鍵詞：高速公路；橋梁；下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　
　　橋梁總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是分為上部結(jié)構(gòu)（橋跨結(jié)構(gòu)）及下部結(jié)構(gòu)（橋墩和橋臺(tái)）。橋墩和橋臺(tái)是支承橋跨機(jī)構(gòu)并將恒載和車輛等活載傳至地基的建筑物。通常設(shè)置在橋兩端的稱為橋臺(tái)。橋墩和橋臺(tái)是確保橋梁能安全使用的關(guān)鍵，在橋梁設(shè)計(jì)中起著非常重要的作用，下面我以高速公路橋梁為例，簡(jiǎn)述我對(duì)高速公路橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些看法。
　　山區(qū)高速公路有整體式路基，也有分離式路基。現(xiàn)在道路選線提倡減少占地，提倡環(huán)保、與景觀協(xié)調(diào)的理念，除了中長(zhǎng)隧道等需設(shè)置分離式路基外，越來(lái)越多的高速公路采用整體式路基。整體式路基的雙幅橋，一般情況下，下部結(jié)構(gòu)按分幅單獨(dú)設(shè)計(jì)，即雙幅四柱。對(duì)于高墩長(zhǎng)橋，為了減少開(kāi)挖，增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性，節(jié)約材料，降低造價(jià)，整體式下部結(jié)構(gòu)即雙幅兩柱不失為一種較好的選擇。與雙幅四柱相比，在橋墩截面積及橫向?qū)挾认喈?dāng)?shù)那闆r下，整體式下構(gòu)橫向和縱向剛度是分幅設(shè)置的兩倍以上，除了可以減少開(kāi)挖，節(jié)約材料、施工面少外，還能減少墩頂變位。當(dāng)然整體式下構(gòu)帽梁跨度較大，還須考慮車輛雙向行駛時(shí)扭矩影響，帽梁的尺寸相應(yīng)要更大一些。因此，一座橋究竟是采用整體式下構(gòu)還是分幅下構(gòu)，需結(jié)合橋位處地形、地質(zhì)、水文、墩高等多方面因素綜合考慮。高速公路橋梁墩柱高度較矮的橋墩（h＜40m）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。圓柱施工中外觀質(zhì)量易控制，且與樁基銜接方便，平原地區(qū)用的較多。但從美觀上來(lái)說(shuō)，方柱有棱有角，與上構(gòu)梁體協(xié)調(diào)，有一定的視線誘導(dǎo)性，較美觀。從受力上看，截面積相等的方柱和圓柱，方柱抗彎剛度大于圓柱，受力優(yōu)于圓柱，當(dāng)體系為連續(xù)剛構(gòu)時(shí)，方柱可以方便地通過(guò)調(diào)整兩個(gè)方向的尺寸來(lái)調(diào)整墩柱的剛度，從而達(dá)到調(diào)整墩柱受力的目的。圓柱為各向同性，調(diào)整起來(lái)效果差一些。方柱的缺點(diǎn)則是墩柱與樁基之間需通過(guò)樁帽連接，增加了工程數(shù)量，并且山區(qū)橋梁地面橫坡都較陡，增加柱帽構(gòu)造需要增加挖方工程量，引起邊坡不穩(wěn)。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)地形、上構(gòu)結(jié)構(gòu)形式、墩高等因素綜合考慮選用方柱或是圓柱。
　　Y型墩薄壁是獨(dú)柱雙支座的一種墩型，美觀性較好，但施工稍顯復(fù)雜。墩高較矮時(shí)，其施工既復(fù)雜又不美觀所以少采用。當(dāng)墩高較高時(shí)Y型薄壁墩施工只需一套模板，只需搭一個(gè)支架，對(duì)于地面橫坡較陡，搭支架困難，模板需求量大的山區(qū)橋梁，Y型薄壁墩具有顯著的優(yōu)勢(shì)。從預(yù)算定額中也可以看出，同高度的柱式墩與Y型薄壁墩相比，Y型薄壁墩的基價(jià)低。另外采用雙柱墩時(shí)，由于地面橫坡較陡，兩個(gè)墩柱高度經(jīng)常相差較大，由于線剛度EI/L差距大，導(dǎo)致一個(gè)墩兩個(gè)墩柱受力差異較大，采用Y型薄壁墩，只一個(gè)墩柱，就避免了上述缺陷。也有人認(rèn)為，上部的Y型承托節(jié)約材料并不多，卻施工麻煩，宜設(shè)計(jì)為實(shí)體，權(quán)衡施工進(jìn)度和質(zhì)量、安全和節(jié)省材料及美觀之間的關(guān)系，也未嘗不可。不管外形如何，墩高較高時(shí)，采用獨(dú)柱雙支座外部形狀Y型的薄壁墩較為適宜。
　　高速公路橋梁一般矮橋墩的設(shè)計(jì)由強(qiáng)度控制，但當(dāng)墩高較高時(shí)，就必須得考慮橋墩的穩(wěn)定問(wèn)題。《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD62—2004）關(guān)于偏心受壓柱條文說(shuō)明5.3.10條指出，“當(dāng)l0/h＞30時(shí)，構(gòu)件已由材料破壞變?yōu)槭Х�(wěn)破壞。”l0為受壓柱的有效長(zhǎng)度，在0.5~2倍墩高之間變化，究竟取值多少，與施工狀態(tài)、上構(gòu)重量、上構(gòu)和墩柱的連接方式即墩柱的支承剛度有關(guān)。大量的計(jì)算實(shí)驗(yàn)表明對(duì)于先簡(jiǎn)支后剛構(gòu)（墩頂與上構(gòu)為鋼板焊接）和先簡(jiǎn)支后連續(xù)（墩頂與上構(gòu)為橡膠支座連接）的多跨T梁橋來(lái)說(shuō)，墩柱的有效長(zhǎng)度l0=1.2~1.43l，l為墩柱高度，當(dāng)l=40m且采用矩形截面時(shí)，h≥1.2~1.43×40/30=1.6~1.907m，h=50m時(shí)h≥2~2.383m，當(dāng)墩厚大于2m時(shí)，實(shí)心矩形截面經(jīng)濟(jì)性降低，所以可以得出一個(gè)結(jié)論：墩柱為材料破壞時(shí)，采用實(shí)心矩形截面，其高度不宜超過(guò)50m。當(dāng)墩高大于50m時(shí)，宜采用空心薄壁墩截面。采用空心薄壁墩，墩高超過(guò)65m左右時(shí)順橋向應(yīng)考慮放坡，因?yàn)椴捎玫葘挸叽鐣r(shí)施工雖然方便，但為了保證橋墩的穩(wěn)定，墩柱和帽梁必將尺寸加大很多，這樣材料會(huì)浪費(fèi)較大。
　　橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中除了下部結(jié)構(gòu)形式的選擇是需要設(shè)計(jì)人員慎重考慮外，橋梁下部結(jié)構(gòu)關(guān)乎整個(gè)橋梁體系的安全性及耐久性，也是需要我們?nèi)プ⒁獾摹?br /> 　　危及橋梁工程的安全問(wèn)題除施工管理及施工質(zhì)量外，設(shè)計(jì)人員更應(yīng)該從設(shè)計(jì)層面最大限度的屏蔽安全風(fēng)險(xiǎn)。多方面入手，增強(qiáng)橋梁的安全性及使用耐久性。在橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是關(guān)于橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和使用期安全性的問(wèn)題還有許多可以改進(jìn)的地方。
　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是選擇經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案，其次是結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件和連接的設(shè)計(jì)，并取用規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)或可靠性指標(biāo)以保證結(jié)構(gòu)的安全性。我們不能只滿足于規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上的安全度需要，而忽視從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性以及從設(shè)計(jì)、施工到使用全過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的安全性。有的結(jié)構(gòu)整體性和延性不足，冗余性小；有的計(jì)算圖式和受力路線不明確，造成局部受力過(guò)大；有的混凝土強(qiáng)度等級(jí)過(guò)低、保護(hù)層厚度過(guò)小、鋼筋直徑過(guò)細(xì)、構(gòu)件截面過(guò)薄；這些都削弱了結(jié)構(gòu)耐久性，會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全性。不少橋梁、雖然滿足了設(shè)計(jì)規(guī)范的強(qiáng)度要求，僅用了5～10年就因?yàn)槟途眯猿隽藛?wèn)題影響結(jié)構(gòu)安全。結(jié)構(gòu)耐久性不足已成為最現(xiàn)實(shí)的一個(gè)安全問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)要從構(gòu)造、材料等角度采取措施加強(qiáng)結(jié)構(gòu)耐久性。
　　國(guó)內(nèi)從上世紀(jì)90年代開(kāi)始重視了對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的研究，也取得了不少成果。這些研究大多是從材料和統(tǒng)計(jì)分析的角度進(jìn)行的，對(duì)如何從結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的角度及如何以設(shè)計(jì)和施工人員易于接受和操作的方式來(lái)改善橋梁耐久性卻很少有人研究。而且，長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直偏重于結(jié)構(gòu)計(jì)算方法的研究，卻忽視了對(duì)總體構(gòu)造和細(xì)節(jié)處理方面的關(guān)注。結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)與常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著本質(zhì)的區(qū)別，目前需要努力將耐久性的研究從定性分析向定量分析發(fā)展。需要指出的是，很多這類問(wèn)題與沒(méi)有進(jìn)行合理的耐久性設(shè)計(jì)有關(guān)，這也促使人們重新認(rèn)識(shí)橋梁的耐久性問(wèn)題。大量的病害實(shí)例也證明，除了施工和材料方面的原因，影響結(jié)構(gòu)耐久性的決定性因素是來(lái)自構(gòu)造上（也即設(shè)計(jì)上）的缺陷。
　　不同的環(huán)境、使用條件和不同的設(shè)計(jì)對(duì)象都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)體系提出不同的布局和構(gòu)造等方面的要求。因此，合理可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了滿足規(guī)范的要求外，還要求設(shè)計(jì)人員具有對(duì)結(jié)構(gòu)透徹的了解、本性的正確認(rèn)識(shí)、豐富的經(jīng)驗(yàn)和準(zhǔn)確的判斷。
　　橋梁安全性和耐久性不足已成為迫切需要解決的問(wèn)題，要積極借鑒國(guó)外成功的經(jīng)驗(yàn)和做法，除了加強(qiáng)施工質(zhì)量管理外，要從橋梁設(shè)計(jì)理念和結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)造的角度做好耐久性的設(shè)計(jì)。同時(shí)需要研究疲勞和超載對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的影響。高速公路橋梁設(shè)計(jì)有很理念多區(qū)別于平原橋梁的設(shè)計(jì)，也有更多方面需要探討，本文結(jié)合設(shè)計(jì)中遇到的部分問(wèn)題，提出一些個(gè)人看法及解決方法，不正確之處還望專家糾正。