關于跨高等級公路機耕道橋的設計

王文巍

【摘 要】隨著國民經濟的發展，我省的高等級公路建設規模日趨增大，機耕道橋橋型多為四跨簡支梁，主線中央分隔帶及兩邊的邊坡平臺均立有墩柱。該種設計方案橋梁造價雖然較低，施工難度不大，但造形不夠美觀，與高等級公路周圍環境不夠協調，給人一種視覺心理障礙。為此，通過對長益高等級公路上機耕道橋的設計，對其設計方案進行了總結，并分析了運用彈性土抗力原理對其下部構造墩臺進行受力計算的可行性。

【關鍵詞】跨高；等級公路；機耕道橋；設計

引言

在我國城市化進程不斷加快，交通運輸領域不斷發展的形勢下，公路工程所面臨的形勢也更加嚴峻，為了能夠保障工程質量，為人們創造更加優良的行車環境，提高工程施工設計水平是非常必要的。公路工程為了適應各種自然環境以及交通運輸的需求，形式種類也更加多元化，在設計上也要求也更高。

一、機耕道橋的特點

（一）處于主線為切方的地段

對于全封閉、全立交的高等級公路，在填方地段立交，一般修建主線橋及通涵構造物等，即主線上跨；在切方地段立交，一般修建上跨于主線的橋梁或渡槽等，即主線下穿。

（二）所承受的活載等級低

機耕道橋主要是為滿足農業生產及運輸的需要，是處于鄉村道路上的農用橋，橋梁凈寬為4m，設計荷載等級為汽-10級，履帶50驗算。它承受的活載等級是較低的。

（三）橋面線形要求不高

由于機耕道橋是處于鄉村道路上的農用橋，其接線線形可超出現有線路規范的線形要求，接線縱坡可達20寫甚至更大，這為選擇設計方案時開拓了思路。

二、橋型介紹

1.鋼筋砼斜腿剛構（圖1）設計中所采用主梁的拋物線變化。

2.兩跨連續效果（圖2）由于橋梁設計的要求非常高，本次所使用的為變化型的二次拋物線方式，具體的各種參數設計依據實際情況定位梁高七十厘米，中墩處高度為一百四十厘米，主梁橫斷面采用的是單箱的形式，跨境上為二十四米，墩頂與主梁之間采取固定，矩形墩截面高七十厘米。

3.版肋拱（圖3）拱上立柱為薄壁矩形結構，該種橋在外表上看類似于雙曲拱橋。

4.剛架拱（圖4）該種橋型與剛架拱類似，故稱之為剛架拱，主拱圈截面為帶懸臂的實心板（L范圍內不帶懸臂），主拱圈凈跨徑為39m，矢跨比為1/8。拱上部分跨徑為左右的空心板，具體的L1、L2由橋面縱坡度i及拱圈有關參數確定。

5.其它橋型以上列舉的5種橋型，是根據長益高等級公路沿線地質情況以及實用、經濟、美觀的原則選取的，在我們所做的方案中，還有諸如中承式拱、下承式拱、固端梁（要求較好的巖石地基）、獨墩斜拉橋等，由于中承式拱、下承式拱及獨墩斜拉橋因橋面太窄、施工難度較大和造價太高等原因未被采納，其它還有根據上述5種橋型演化而來的如等截面兩跨連續梁、橋面設置較大縱坡的空腹式拱等。

6.通過上面所闡述的圖中橋梁類型分析中能夠看出，主要是從將公路等級作為依據，同時結合實際的地質情況、經濟實用性，同時也兼具了美觀性等方面進行的設計。在幾種制定的方案中，都是比較常見的設計，通常也會被人們所利用。其實用性也非常明顯。

三、彈性土抗力原理在機耕道橋中的使用

機耕道橋設計中還有一部分是非常關鍵的，其中就是彈性土壤抗力的研究，如果針對等級較高的公路上的機耕道橋來說，它則不適用，因為它通常處于切方的地方，并且土質的狀況也并不適應采用這樣的方式，如果強行使用，在施工時，就非常容易導致不應該出現的失誤，或者是延長施工時間，增加很多不必要的麻煩。

（一）彈性土抗力原理

彈性土抗力是指土的彈性壓縮變形引起的抵抗力。這個時候如果橋臺受到外部的一定壓力，就會產生位移現象，這樣一來也會導致臺背土的形變，此時臺背土將對橋臺產生水平彈性抗力，一般情況只考慮橋臺繞基底重心線的轉動引起的臺背土對橋臺的彈性抗力。

（二）彈性土抗力計算模式

假定臺背土為一種土質，以橋臺基礎底面以上部分臺背土的高度為H，橋臺在外力作用下，產生的整體水平位移為Δ，繞其基底重心軸線的轉角為φ，臺背土的彈性抗力系數為K，剛在臺口處土的彈性抗力強度為：Pk1=K（Δ+Hφ）在基底處，土的彈性抗力強度為P=△距基底重心的水平距離為的土的彈性抗力強度為：σx=K0φxˊK0為地基土的彈性抗力系數。臺背土抗力為：Ek=Pk2·H+（Pk1-Pk2）/2·H=KHΔ+1/2KH2φ（取橋臺1m寬計算）臺背土抗力對基底重心的力矩為：Mk=1/2KH2Δ+2/3KH2φ基底土抗力對基底重心的力矩M0為：式中：I0為基底截面的慣性矩。假定作用于橋臺除彈性土抗力以外的水平合力為2H，向臺方向轉動的彎矩為三M0則由橋臺平衡條件可得：則由以上方程組可得△、再把△和作為支座強迫位移計算上部構造的附加內力，在進行上部構造設計時，計入附加內力的影響。

四、應用彈性土抗力原理的可行性

上文已經對相關的數據計算進行了分析，并且也對其各種原理的應用進行了闡述，道橋施工原本就是一個相對復雜的過程，那么針對個別地點道路的設計就需要更加謹慎，要充分考慮其經濟性、穩定性，作為設計人員要進行綜合考慮，這樣才能夠達到最好的設計效果，設計人員應該結合實際情況，并借助以往的經驗和參考文獻進行設計。比如：臺背粘土中的K為55k/cm3，這個時候如果橋臺粗線5毫米的位移，那么每m2臺背的受力就為27.5k N。一般說來，很多高的等級公路，在機耕道橋方面的設計都必須要非常精確。這樣才能夠更好的保障道橋的穩定性，為人們提供更好的出行環境，同時也為我國和諧社會的構建做出應有的貢獻。

五、結語

公路橋梁作為基礎設施之一，工程質量的高低從很大程度影響著人們的生活?，F今科學技術的發展，以及施工材料完善，都在很大程度上促進了道橋工程的整體質量。但是還有另外一個因素對于道橋的質量也有著決定性的影響，那就是設計，而機耕道橋作為道路橋梁中最為常見的形式之一，其設計上的合理性與科學性在很大程度上決定了道橋的質量。因此設計人員必須要從實際情況出發，提高設計水平，促進我國道橋事業的發展。

參考文獻：

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