关于跨高等级公路机耕道桥的设计

王文巍

【摘 要】随着国民经济的发展，我省的高等级公路建设规模日趋增大，机耕道桥桥型多为四跨简支梁，主线中央分隔带及两边的边坡平台均立有墩柱。该种设计方案桥梁造价虽然较低，施工难度不大，但造形不够美观，与高等级公路周围环境不够协调，给人一种视觉心理障碍。为此，通过对长益高等级公路上机耕道桥的设计，对其设计方案进行了总结，并分析了运用弹性土抗力原理对其下部构造墩台进行受力计算的可行性。

【关键词】跨高；等级公路；机耕道桥；设计

引言

在我国城市化进程不断加快，交通运输领域不断发展的形势下，公路工程所面临的形势也更加严峻，为了能够保障工程质量，为人们创造更加优良的行车环境，提高工程施工设计水平是非常必要的。公路工程为了适应各种自然环境以及交通运输的需求，形式种类也更加多元化，在设计上也要求也更高。

一、机耕道桥的特点

（一）处于主线为切方的地段

对于全封闭、全立交的高等级公路，在填方地段立交，一般修建主线桥及通涵构造物等，即主线上跨；在切方地段立交，一般修建上跨于主线的桥梁或渡槽等，即主线下穿。

（二）所承受的活载等级低

机耕道桥主要是为满足农业生产及运输的需要，是处于乡村道路上的农用桥，桥梁净宽为4m，设计荷载等级为汽-10级，履带50验算。它承受的活载等级是较低的。

（三）桥面线形要求不高

由于机耕道桥是处于乡村道路上的农用桥，其接线线形可超出现有线路规范的线形要求，接线纵坡可达20写甚至更大，这为选择设计方案时开拓了思路。

二、桥型介绍

1.钢筋砼斜腿刚构（图1）设计中所采用主梁的抛物线变化。

2.两跨连续效果（图2）由于桥梁设计的要求非常高，本次所使用的为变化型的二次抛物线方式，具体的各种参数设计依据实际情况定位梁高七十厘米，中墩处高度为一百四十厘米，主梁横断面采用的是单箱的形式，跨境上为二十四米，墩顶与主梁之间采取固定，矩形墩截面高七十厘米。

3.版肋拱（图3）拱上立柱为薄壁矩形结构，该种桥在外表上看类似于双曲拱桥。

4.刚架拱（图4）该种桥型与刚架拱类似，故称之为刚架拱，主拱圈截面为带悬臂的实心板（L范围内不带悬臂），主拱圈净跨径为39m，矢跨比为1/8。拱上部分跨径为左右的空心板，具体的L1、L2由桥面纵坡度i及拱圈有关参数确定。

5.其它桥型以上列举的5种桥型，是根据长益高等级公路沿线地质情况以及实用、经济、美观的原则选取的，在我们所做的方案中，还有诸如中承式拱、下承式拱、固端梁（要求较好的岩石地基）、独墩斜拉桥等，由于中承式拱、下承式拱及独墩斜拉桥因桥面太窄、施工难度较大和造价太高等原因未被采纳，其它还有根据上述5种桥型演化而来的如等截面两跨连续梁、桥面设置较大纵坡的空腹式拱等。

6.通过上面所阐述的图中桥梁类型分析中能够看出，主要是从将公路等级作为依据，同时结合实际的地质情况、经济实用性，同时也兼具了美观性等方面进行的设计。在几种制定的方案中，都是比较常见的设计，通常也会被人们所利用。其实用性也非常明显。

三、弹性土抗力原理在机耕道桥中的使用

机耕道桥设计中还有一部分是非常关键的，其中就是弹性土壤抗力的研究，如果针对等级较高的公路上的机耕道桥来说，它则不适用，因为它通常处于切方的地方，并且土质的状况也并不适应采用这样的方式，如果强行使用，在施工时，就非常容易导致不应该出现的失误，或者是延长施工时间，增加很多不必要的麻烦。

（一）弹性土抗力原理

弹性土抗力是指土的弹性压缩变形引起的抵抗力。这个时候如果桥台受到外部的一定压力，就会产生位移现象，这样一来也会导致台背土的形变，此时台背土将对桥台产生水平弹性抗力，一般情况只考虑桥台绕基底重心线的转动引起的台背土对桥台的弹性抗力。

（二）弹性土抗力计算模式

假定台背土为一种土质，以桥台基础底面以上部分台背土的高度为H，桥台在外力作用下，产生的整体水平位移为Δ，绕其基底重心轴线的转角为φ，台背土的弹性抗力系数为K，刚在台口处土的弹性抗力强度为：Pk1=K（Δ+Hφ）在基底处，土的弹性抗力强度为P=△距基底重心的水平距离为的土的弹性抗力强度为：σx=K0φxˊK0为地基土的弹性抗力系数。台背土抗力为：Ek=Pk2·H+（Pk1-Pk2）/2·H=KHΔ+1/2KH2φ（取桥台1m宽计算）台背土抗力对基底重心的力矩为：Mk=1/2KH2Δ+2/3KH2φ基底土抗力对基底重心的力矩M0为：式中：I0为基底截面的惯性矩。假定作用于桥台除弹性土抗力以外的水平合力为2H，向台方向转动的弯矩为三M0则由桥台平衡条件可得：则由以上方程组可得△、再把△和作为支座强迫位移计算上部构造的附加内力，在进行上部构造设计时，计入附加内力的影响。

四、应用弹性土抗力原理的可行性

上文已经对相关的数据计算进行了分析，并且也对其各种原理的应用进行了阐述，道桥施工原本就是一个相对复杂的过程，那么针对个别地点道路的设计就需要更加谨慎，要充分考虑其经济性、稳定性，作为设计人员要进行综合考虑，这样才能够达到最好的设计效果，设计人员应该结合实际情况，并借助以往的经验和参考文献进行设计。比如：台背粘土中的K为55k/cm3，这个时候如果桥台粗线5毫米的位移，那么每m2台背的受力就为27.5k N。一般说来，很多高的等级公路，在机耕道桥方面的设计都必须要非常精确。这样才能够更好的保障道桥的稳定性，为人们提供更好的出行环境，同时也为我国和谐社會的构建做出应有的贡献。

五、结语

公路桥梁作为基础设施之一，工程质量的高低从很大程度影响着人们的生活。现今科学技术的发展，以及施工材料完善，都在很大程度上促进了道桥工程的整体质量。但是还有另外一个因素对于道桥的质量也有着决定性的影响，那就是设计，而机耕道桥作为道路桥梁中最为常见的形式之一，其设计上的合理性与科学性在很大程度上决定了道桥的质量。因此设计人员必须要从实际情况出发，提高设计水平，促进我国道桥事业的发展。

参考文献：

[1]王修岚，吕钢，慕曦光.高等级公路建筑景观设计[J].林业科技情报，2004（02）.

[2] 湖北汉口至黄冈江北高等级公路竣工[J].中国公路，2005（15）.