摘要：大力發(fā)展交通運輸事業(yè)，是加速實現(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。橋涵的造價一般來說平均占公路總造價的10%-20%。特別是在現(xiàn)代高等級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
　　
　　橋梁總體結(jié)構(gòu)簡單來說就是分為上部結(jié)構(gòu)（橋跨結(jié)構(gòu)）及下部結(jié)構(gòu)（橋墩和橋臺）。橋墩和橋臺是支承橋跨機構(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。橋墩和橋臺是確保橋梁能安全使用的關(guān)鍵，在橋梁設(shè)計中起著非常重要的作用，下面我以高速公路橋梁為例，簡述我對高速公路橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計的一些看法。
　　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，除了中長隧道等需設(shè)置分離式路基外，越來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)按分幅單獨設(shè)計，即雙幅四柱。對于高墩長橋，為了減少開挖，增強邊坡穩(wěn)定性，節(jié)約材料，降低造價，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。但從美觀上來說，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，方柱可以方便地通過調(diào)整兩個方向的尺寸來調(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)整起來效果差一些。方柱的缺點則是墩柱與樁基之間需通過樁帽連接，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，其施工既復(fù)雜又不美觀所以少采用。當(dāng)墩高較高時Y型薄壁墩施工只需一套模板，只需搭一個支架，對于地面橫坡較陡，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。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型薄壁墩的基價低。另外采用雙柱墩時，由于地面橫坡較陡，兩個墩柱高度經(jīng)常相差較大，由于線剛度EI/L差距大，導(dǎo)致一個墩兩個墩柱受力差異較大，采用Y型薄壁墩，只一個墩柱，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)計為實體，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，采用獨柱雙支座外部形狀Y型的薄壁墩較為適宜。
　　高速公路橋梁一般矮橋墩的設(shè)計由強度控制，但當(dāng)墩高較高時，就必須得考慮橋墩的穩(wěn)定問題。《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62—2004）關(guān)于偏心受壓柱條文說明5.3.10條指出，“當(dāng)l0/h＞30時，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)。大量的計算實驗表明對于先簡支后剛構(gòu)（墩頂與上構(gòu)為鋼板焊接）和先簡支后連續(xù)（墩頂與上構(gòu)為橡膠支座連接）的多跨T梁橋來說，墩柱的有效長度l0=1.2~1.43l，l為墩柱高度，當(dāng)l=40m且采用矩形截面時，h≥1.2~1.43×40/30=1.6~1.907m，h=50m時h≥2~2.383m，當(dāng)墩厚大于2m時，實心矩形截面經(jīng)濟性降低，所以可以得出一個結(jié)論：墩柱為材料破壞時，采用實心矩形截面，其高度不宜超過50m。當(dāng)墩高大于50m時，宜采用空心薄壁墩截面。采用空心薄壁墩，墩高超過65m左右時順橋向應(yīng)考慮放坡，因為采用等寬尺寸時施工雖然方便，但為了保證橋墩的穩(wěn)定，墩柱和帽梁必將尺寸加大很多，這樣材料會浪費較大。
　　橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計中除了下部結(jié)構(gòu)形式的選擇是需要設(shè)計人員慎重考慮外，橋梁下部結(jié)構(gòu)關(guān)乎整個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題除施工管理及施工質(zhì)量外，設(shè)計人員更應(yīng)該從設(shè)計層面最大限度的屏蔽安全風(fēng)險。多方面入手，增強橋梁的安全性及使用耐久性。在橋梁設(shè)計領(lǐng)域，特別是關(guān)于橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計和使用期安全性的問題還有許多可以改進(jìn)的地方。
　　結(jié)構(gòu)設(shè)計的首要任務(wù)是選擇經(jīng)濟合理的結(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，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)范對結(jié)構(gòu)強度計算上的安全度需要，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、施工到使用全過程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯誤等方面去加強和保證結(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；有的計算圖式和受力路線不明確，造成局部受力過大；有的混凝土強度等級過低、保護(hù)層厚度過小、鋼筋直徑過細(xì)、構(gòu)件截面過薄；這些都削弱了結(jié)構(gòu)耐久性，會嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全性。不少橋梁、雖然滿足了設(shè)計規(guī)范的強度要求，僅用了5～10年就因為耐久性出了問題影響結(jié)構(gòu)安全。結(jié)構(gòu)耐久性不足已成為最現(xiàn)實的一個安全問題，設(shè)計時要從構(gòu)造、材料等角度采取措施加強結(jié)構(gòu)耐久性。
　　國內(nèi)從上世紀(jì)90年代開始重視了對結(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)計分析的角度進(jìn)行的，對如何從結(jié)構(gòu)和設(shè)計的角度及如何以設(shè)計和施工人員易于接受和操作的方式來改善橋梁耐久性卻很少有人研究。而且，長期以來，人們一直偏重于結(jié)構(gòu)計算方法的研究，卻忽視了對總體構(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)計與常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計有著本質(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，很多這類問題與沒有進(jìn)行合理的耐久性設(shè)計有關(guān)，這也促使人們重新認(rèn)識橋梁的耐久性問題。大量的病害實例也證明，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自構(gòu)造上（也即設(shè)計上）的缺陷。
　　不同的環(huán)境、使用條件和不同的設(shè)計對象都會對結(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)計除了滿足規(guī)范的要求外，還要求設(shè)計人員具有對結(jié)構(gòu)透徹的了解、本性的正確認(rèn)識、豐富的經(jīng)驗和準(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題，要積極借鑒國外成功的經(jīng)驗和做法，除了加強施工質(zhì)量管理外，要從橋梁設(shè)計理念和結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)造的角度做好耐久性的設(shè)計。同時需要研究疲勞和超載對于橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的影響。高速公路橋梁設(shè)計有很理念多區(qū)別于平原橋梁的設(shè)計，也有更多方面需要探討，本文結(jié)合設(shè)計中遇到的部分問題，提出一些個人看法及解決方法，不正確之處還望專家糾正。