橋梁孔跨布置,亦稱為橋梁分孔或者叫墩位選擇。它是橋梁總體設(shè)計(jì)或者說是建筑設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。橋梁孔跨布置應(yīng)以論文《橋式最優(yōu)設(shè)計(jì)理論研究》及《橋式新分類與新評價(jià)》所研究的內(nèi)容為基礎(chǔ),以有關(guān)規(guī)范[1][2]所列條文為準(zhǔn)繩,結(jié)合橋址工程條件,如地形、地貌、地質(zhì)、地震、水文、氣象、通航或跨線等及材料、荷載、施工方法等情況來進(jìn)行。
1 橋梁布置
橋梁常常因跨越河流、峽谷或道路等而設(shè)。
準(zhǔn)則一 投資巨大、工程復(fù)雜的大型橋梁,應(yīng)從地質(zhì)、水文、接線方案等方面進(jìn)行綜合論證,以尋求較優(yōu)的橋渡方案。
準(zhǔn)則二 跨越一條河流時(shí),一般以設(shè)置一座橋?yàn)橐?;?dāng)一條河流有兩個(gè)或兩個(gè)以上的穩(wěn)定河槽,或?yàn)┑亓髁空荚O(shè)計(jì)流量比重較大,且水流不易合并時(shí),宜分設(shè)橋梁,但若兩橋相距不遠(yuǎn)、有連通設(shè)橋條件時(shí),應(yīng)連通設(shè)為一長橋。
當(dāng)橋梁穿越某些不良地質(zhì)區(qū)域時(shí),應(yīng)設(shè)橋通過。其應(yīng)遵循如下準(zhǔn)則:
準(zhǔn)則三 當(dāng)橋梁穿越某些不良地質(zhì)區(qū)域,如凍土區(qū)的冰椎、凍脹丘、融凍泥流、熱流滑塌、熱流湖塘等不良地質(zhì)處,應(yīng)設(shè)橋通過。
2 橋梁分跨
橋梁分跨是橋梁總體設(shè)計(jì)的主要項(xiàng)目之一。一座復(fù)雜的橋梁,不但要進(jìn)行不同橋式方案間的比較,而且往往要將同一橋式的幾個(gè)不同的分跨做為幾個(gè)不同的方案進(jìn)行比較,以求得較優(yōu)的方案。橋梁分跨一般遵循如下準(zhǔn)則:
準(zhǔn)則四 橋梁孔跨的布置,除滿足橋梁功能及其他條件的要求外,應(yīng)使其總造價(jià)較低(當(dāng)然,對于不同的橋長,應(yīng)結(jié)合路基一同比較)。一般來說,地質(zhì)越差或下部結(jié)構(gòu)投資越大,就越宜采用較大的跨度,以減少支承結(jié)構(gòu)的工程量,從而節(jié)省投資,反之亦然。因此,橋梁孔跨布置往往表現(xiàn)為:引橋小于主橋,邊跨小于中跨。
準(zhǔn)則五 梁橋或拱橋相鄰跨度的比值(小跨比大跨)宜在[0.4,1]內(nèi),接近0.618 時(shí),橋跨變化會(huì)顯得平順、流暢。懸臂施工的連續(xù)梁橋或連續(xù)剛構(gòu)橋,其跨度應(yīng)滿足施工時(shí)對稱T 構(gòu)對跨度的要求。
斜拉橋邊跨與中跨之比宜在[1/3,1/2]內(nèi)。
懸索橋邊跨與中跨之比宜在[1/4,1/2]內(nèi)。
準(zhǔn)則六 同一區(qū)段內(nèi),橋梁的孔徑與式樣應(yīng)力求統(tǒng)一;同一座橋梁,除通航或其他要求外,應(yīng)盡量采用相同的結(jié)構(gòu)并且等跨;對于跨度不超過50m 的簡支梁橋,其跨度應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)跨度。以達(dá)到方便設(shè)計(jì)與施工,取得經(jīng)濟(jì)效益。
準(zhǔn)則七 一般情況下,橋孔不宜壓縮。起橋高度一般為6~8m,較小者取至2~3m。有條件設(shè)置挖方內(nèi)橋臺者,應(yīng)優(yōu)先采用。
準(zhǔn)則八 橋梁中線宜與天然河道洪水流向正交,避免水流在橋頭形成水袋而產(chǎn)生三角回流,影響線路或橋梁安全;橋跨結(jié)構(gòu)應(yīng)高出設(shè)計(jì)洪水水位至少0.25m,必要時(shí),尚應(yīng)考慮壅水高、波浪侵襲高、局部股流涌高、斜水流局部沖高、河彎超高、河床淤積或漂流物等的影響。
準(zhǔn)則九 通航河流上,橋梁中線應(yīng)與航線正交。當(dāng)不能避免斜交時(shí),應(yīng)適當(dāng)加大通航凈孔。通航孔橋跨結(jié)構(gòu)應(yīng)高出橋下通航凈空建筑限界。當(dāng)然,橋跨結(jié)構(gòu)不能伸進(jìn)橋面行車/人建筑限界。
準(zhǔn)則十 通過設(shè)計(jì)洪水流量、橋跨結(jié)構(gòu)高出設(shè)計(jì)洪水水位并有足夠的富裕、其產(chǎn)生的沖刷系數(shù)小于容許值是橋梁孔徑必須滿足的條件之一,這是水文對橋梁的基本要求。
準(zhǔn)則十一 當(dāng)橋梁較高、跨越河道的水深較大、河面較寬時(shí),則在技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件許可的情況下常常增大水中橋跨跨度(適應(yīng)大跨的橋式有懸索橋、斜拉橋及拱橋等),盡可能將橋墩設(shè)在岸上、淺水區(qū)或礁石上,最大限度地減少深水橋墩基礎(chǔ),把深水基礎(chǔ)問題轉(zhuǎn)化為用增大跨度的方法來加以解決(即減少下部結(jié)構(gòu)工程投資,而增大上部結(jié)構(gòu)工程投資,從而達(dá)到降低結(jié)構(gòu)總投資),降低了洪水對橋墩及基礎(chǔ)施工的影響,有利于泄洪及水上交通,減少了船舶
撞擊橋墩的幾率,因而往往是經(jīng)濟(jì)合理的。
準(zhǔn)則十二 跨越寬淺河流的橋梁,多采用等跨梁橋跨越主河槽。
準(zhǔn)則十三 當(dāng)線路跨越泥石流河流時(shí),橋孔應(yīng)盡量采用單孔或考慮采用多孔較大的跨度,以免被泥石流沖毀。
準(zhǔn)則十四 跨越V 字形或接近V 字形峽谷時(shí),橋梁主跨往往采用一跨跨過,并且優(yōu)先考慮拱橋或反吊橋方案。
準(zhǔn)則十五 當(dāng)橋梁上跨道路時(shí),為了避免采用較大的跨度,降低建筑高度,節(jié)省投資,往往考慮是否可于道路的中央分隔帶處設(shè)墩,從而兩跨或多跨跨越道路。
準(zhǔn)則十六 由于不良地質(zhì)的影響,墩臺布置應(yīng)遵循如下幾點(diǎn):
①墩臺基礎(chǔ)不應(yīng)設(shè)置在軟硬不均勻的地基土上。
②墩臺位置應(yīng)避開斷層、滑坡、擠壓破碎帶、石灰?guī)r溶洞及溶溝、黃土陷穴與暗洞或局部軟弱地基等不良地質(zhì)處。
③陡峭山坡上修建墩臺時(shí)應(yīng)注意基礎(chǔ)底下及側(cè)面巖體的穩(wěn)定性。
④靠近陡峭巖壁的河槽邊墩基礎(chǔ),應(yīng)避免穿經(jīng)水下山坡落石堆積層。
準(zhǔn)則十七 在具有較長歷史的城區(qū),建造橋梁選擇墩位,應(yīng)對橋址區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有的或殘留的構(gòu)筑物調(diào)查清楚,如地下管線(給水管道、排水管道、通訊光纜、 電纜、煤氣管道等),駁岸、碼頭、防汛墻、堤岸及拋石護(hù)岸等各類水工構(gòu)筑物,各種房屋建筑物的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)情況等,以便確定橋墩基礎(chǔ)是否避讓,或原有構(gòu)筑物拆遷、改造、或?qū)o靠基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)物采取防護(hù)措施等,必要時(shí),應(yīng)對臨近建筑物、構(gòu)筑物或土體穩(wěn)定性進(jìn)行評估。
準(zhǔn)則十八 在互通式立體交叉中,橋梁的布設(shè)應(yīng)盡量避免出現(xiàn)分叉橋或急轉(zhuǎn)彎橋,若無法避免時(shí),應(yīng)于分叉處、橋面寬度聚變處或急轉(zhuǎn)彎處設(shè)置橋墩,使橋梁受力狀態(tài)良好。另外,在互通式立體交叉中,橋梁群在水平面上的布置應(yīng)力求作到勻稱,橋下通透性良好。
準(zhǔn)則十九 對于跨越河流后又要與濱河路實(shí)現(xiàn)互通式立交的大型橋梁,要妥善處理好跨河分跨與立交橋群布置的關(guān)系問題。
準(zhǔn)則二十 懸索橋分跨布置時(shí),除了考慮橋塔處于良好的位置及其他要求外,不可忽視錨碇的位置,其對方案造價(jià)及大纜索股的穩(wěn)定性有大的影響。橋梁孔跨布置是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。較簡單的中小橋梁,富有經(jīng)驗(yàn)的工程師可能一眼便可定出其合理的孔跨布置;但復(fù)雜的大型橋梁,則須充分研究論證(其前期投入較大,方案研究工作常需好多年),聽取各方意見,甚至其最終方案須由橋梁專家組定奪得出。