橋位選擇
橋位選擇是橋位勘測中的一項重要工作。橋位選擇不僅對橋樑的穩定、工程造價、施工與養護等有直接的關係,而且與橋頭的路線工程、當地的農田水利、建設規模、航運和民眾利益等有直接影響。因此,橋位選擇必須全面考慮各種影響因素, 經過深入的現場調查與勘測,選擇幾個可能的橋位方案,經過全面分析研究和經濟比較後, 再確定推薦方案。
1一般要求
(1)一般應服從路線的總方向並滿足橋頭接線的要求。要結合當地水文、地形、工程地質和航運等各方面的條件,對橋、路、橋型綜合考慮。在特殊情況下,經過論證,也可以因橋位的要求而改變路線的方向。
(2)應從政治、國防和國民經濟發展的要求出發,結合公路、鐵路、水利、航運、市政等各方面的近遠期規劃,儘可能互相協調配合。
(3)要照顧民眾利益, 儘量少占良田, 避免拆遷有價值的建築物, 避免橋前壅水威脅河堤安全和淹沒農田、村鎮。
(4)應考慮到施工場地、材料運輸、設定便橋等方面的要求,以及建橋後養護的方便。
(5)橋軸線一般應為直線,否則宜採用較大的平曲線半徑和較小的縱坡。
2水文和地形方面的要求
(1)應儘可能選在河道順直、水流穩定、灘地較窄較高、河槽較深且能通過大部分設計流量的河段上。
(2)應避免選在河岔、島嶼、沙洲、舊河道、急彎、石樑、匯河口以及容易形成流冰、流木阻塞的河段。更不能選在支流河口的下游, 以免造成橋下大量淤積。
(3)橋軸線應儘量與洪水主流流向正交,宜設在河灘與河槽流向一致的河段上。否則, 在不通航的河流上,當河槽流量占70%以上時, 則以河槽流向為準,當河槽流量占30 %以下時,則以河灘流向為準,介於兩者之間時,則以平均流向為準。
(4)與河岸斜交的橋位,應避免在引道上游形成水袋與回流區,以免引道路基遭受水害;不可避免時, 應設定截水壩將其封閉。
(5)應考慮到河床在橋樑使用期限內可能發生的變形。
3地質方面的要求
(1)應儘可能選在河床有岩層或土質堅實、覆蓋層較淺的地段,避免選在岩層有斷層、溶洞、石膏、侵蝕性鹽類的地段,以及其它不宜於建造墩台基礎的地段。
(2)應選在地質條件較好, 河岸土質穩定的地段,避免橋頭引道通過滑坍、泥沼及其它地質不良地段。
(3)地震區的橋位選擇應按交通部頒發的《公路工程抗震設計規範》有關規定執行。
4航運方面的要求
(1)應選在遠離淺灘急彎的順直河段上,其順直長度,在橋軸線的上游不宜小於最長拖船隊或木排長度的三倍,頂推船隊長度的四倍,在橋軸線的下游則不宜小於最長拖船隊或木排長度的一倍半, 頂推船隊長度的兩倍。
(2)一般應選在航道穩定、具有足夠水深的河段上,如不穩定,通航孔布置應留有餘地。
(3)橋軸線應與航跡線垂直(設計通航水位時),如斜交時,橋軸線的法線與航跡線的交角不宜大於5°,否則應增大通航跨徑。
(4)在流放木排的河段上, 宜選在碼頭、貯木場或木材編排場的上游。
5 其它方面的要求
(1)在城鎮附近的橋位, 既要考慮城鎮規劃的要求,又要儘量避免通過市區;並應與治河、防洪、環境保護等規劃相配合。
(2)在舊橋附近的橋位, 一般宜選在舊橋的下游,如舊橋下拋有片石或有落梁等情況時, 則宜選在上游,兩橋的間距應根據通航、施工等的要求而定。
(3)選擇橋位時, 應注意保持橋樑和橋頭引道線型的平順性;一般情況下,橋樑和引道的平面線型最好都為垂直,如兩端引道必須設定曲線時,在兩端橋頭以外必須保持不小於規定長度的直線。在山嶺和重丘區,若橋頭地形複雜難以設定足夠長度的直線時,可允許從橋台起在引道上設定平曲線,也可以採用曲線橋型。位於平曲線上的橋樑, 橋面的加寬和超高應按路線的同樣要求設定, 還需計入路線中心的圓。
前適當位置及出口處各設定一塊出口預告標誌及出口標誌;互通立交減速車道起點設定分流誘導標誌, 合流點前方主線上適當位置設定合流誘導標誌;出口匝道和被交道路交叉處設定十字路口標誌, 標誌上的地點名稱是被交路兩側的主要村鎮;收費站前適當位置設定收費站標誌, 收費廣場上設定超寬車道和限速標誌;隧道入口前設定隧道標誌、禁止超車和限速標誌, 在隧道出口處設定解除禁止超車和解除限速標誌;大橋、村鎮設定地名標誌;路線起終點和設計車速變化處設定限速標誌;路線經過學校和村莊時設定提示減速標誌和黃色閃光燈, 起點平交轉盤處設定信號燈控制引導車流,路線經過的重要叉口處設定指路標誌。
設計中標誌的支撐方式有路側柱式、懸臂式和附著式三類。柱式標誌內邊緣距路面或土路肩內邊緣不得小於25cm ,標誌牌下緣距路面的高度為200cm 。有單柱式和雙柱式,單柱式適用於中、小型尺寸的警告、禁令、指示等標誌,雙柱式適用於長方形的指示或指路標誌, 本項目共設31塊單柱式標誌和9塊雙柱式標誌;懸臂式標誌下緣離路面的淨空高度為550cm。適用於路線視線較好、外側車道大型車輛阻擋內側車道小型車輛視線時,共設48塊單懸式標誌和2塊雙懸式標誌,設6塊單懸式黃色閃光信號燈和1組紅綠信號燈;附著式用於收費站限速標誌,附著在收費棚立柱上共設2 塊。為了保證本項目施工時運行車輛安全暢通,全線特別設定32塊臨時標誌保通保全全。本項目標誌構造設計, 考慮了自重荷載、風荷載, 以及可能遇到的地震荷載和撞擊荷載。施工時應結合標誌所在位置的實際情況, 進行放樣施工。
6 標線
根據本項目設計標準, 各種標線均按設計時速80km/h 、60km/h 一級公路標準進行設計。需要說明的是老路利用段原為二級公路, 路面中心線為黃虛線,雙向行駛,建項目新建一幅,老路利用和新建段成為單向雙車道行駛,需劃車道分界線,等級提高為一級公路標準,原有老路利用段標線已不符合現標線設計標準,故設計時考慮老路利用段標線數量。設計標線包括車道邊緣線、車道分界線、中心雙黃線、隧道標線、互通連線部出入口標線、中央分隔帶砼護欄和收費島路緣石島頭防撞立面標線、突起路標及導向箭頭等。在一般情況下,路面中心線應劃白色虛線,實線長6m, , 空檔長9m ,線寬15cm ,用以分隔同向交通流,在保證安全的情況下, 允許車輛越線變換車道行駛;但在穿越急彎、村鎮、隧道等路段時劃實線, 為保證安全禁止車輛越線變換車道行駛。車道邊緣線應劃白色實線, 線寬20cm ,車道邊緣線應標劃在兩側路緣帶範圍,其內邊線與車道邊緣重合,從而保證行車道的有效寬度。路基寬度18m 和16m 路段(無中央分隔帶)路面中心線劃黃色雙實線,線寬15cm。
標線在中央分隔帶開口處不斷開;收費島、隧道進出口立面標線由黃黑兩種顏色組合, 黃色標線對司乘人員提供警示作用, 在設定時應把向下傾斜的一邊朝向車行道;收費站前後設定減速標線;平面交叉設定渠化標線;中央分隔帶砼護欄安裝完畢後,沿行車方向用油漆噴成紅白相間的線條;在互通區和主線設定突起路標, 一般路段間距為15m,平交或互通區間距為6m, 突起路標安裝在車道邊緣線外側, 邊緣線與標線外側重合且不覆蓋標線即可, 老路利用路段突起路標的設計在外業調查時發現部分脫落或已損壞, 老路利用段按損壞20 %計入數量;在互通連線部設定出、入口標線及導向箭頭。本項目主線、主線與匝道連線部導向箭頭按設計時速60 ～80km/h 標準設計。
弧和橋面中心的折線形之間的差值, 且全橋應按最大加寬值予以加寬。大中橋橋面的縱坡最好採用平坡, 如受條件限制,橋面縱坡應不大於 4 %, 橋頭引道的縱坡應不大於5 %;位於市政及混合交通繁忙地區的橋樑 , 橋面與引道的縱坡均不大於 3 %.橋頭引道應儘量與橋面保持同一坡度 ,但引道較長時, 為節省土石方工程 ,引道的縱坡面可採用變坡設計 , 並按一般路線的要求設定豎曲線 ,豎曲線不應伸入橋面兩端以外 10m 的範圍內(困難路段可減至 5m)。在實際工作中, 往往不可能選擇一個橋位同時都能滿足上述各方面的要求 ;一般可在同一條河流上選擇幾個橋位 ,通過分析比較後, 選出一個較好的橋位,作為採用方案。
對於較大的橋樑 ,若初步比較不能確定橋位方案,則可以對每個橋位方案都進行詳細測量 , 分別計算各個橋位方案的橋樑工程費用與運營費用等 , 深入分析比較後確定推薦方案。
橋位設計
概述
橋樑是公路穿越河流的關鍵途徑，線路工程橋樑工程成本占很大比重的主要形式之一，數據表明：根據工程成本歷史數據的統計分析，成本一般占橋樑工程全線的10%。降低成本的橋樑工程，除了選擇合理的橋樑結構形式，其次就是正確合理的橋位設計，橋址設計是橋樑工程設計的重要組成部分，所以合理最佳化橋位設計是確保橋樑工程質量與控制成本的關鍵。
1合理進行橋位設計的思考
1.1 橋位選擇
為了保證河流橋位設計的合理性，在橋位設計中首先就要選擇合理的橋位，在橋位選擇方面，除了滿足基本要求之外，例如：路線總方向、農田占用、拆遷、淹沒等，還要對水文、地形、地質等方面進行綜合考慮。同時，對於通航河道而言還提出了對航運的要求。關於這些要求，具體介紹如下：水文方面要求選擇具有穩定性的河床，不會有較大的自然岩邊。應保證河道順直，河灘窄、河槽寬，河灘與河槽具有一致的流向，河槽與河谷方向一直；地形方面直流河口的上游是橋位的最佳選擇，上、下游有特殊地形如山嘴、石樑、沙洲等應儘可能避開；地質方面橋位應設定在有岩層的河床或者有堅實土質以及較淺覆蓋層的地段，而斷層、溶洞、石膏、侵蝕性鹽類等對墩台基礎的建造有著不利影響，應儘量避免。航運方面，順直河段是橋位的最佳選擇，橋位應避開淺灘急彎地段，確保河段航道具有穩定性以及足夠的水深。
1.2 水文計算
水文計算是為了整理與分析測量獲取的水文資料，以此使設計水位或設計流量得以確定，確保橋樑孔徑設計能夠有參考依據。其中設計流量的計算通常會採用試錯適線法、三點試線法或者矩法，並與相應的理論積累頻率曲線相匹配，繼而使橋樑的設計流量得以推算出來。試錯適線法的依據為經驗累頻率點據，首先進行統計參數的計算，然後進行理論積累頻率曲線的繪製與對比，以此使合理的統計參數得以試算出來。利用繪線比較來確定合適的參數是該方法的主要計算特點，對於比較分散經驗積累頻率點據比較適用。三點適線法也能夠用於經驗積累頻率點據較為分散的情況，其與試錯適線法有著相同的經驗積累頻率分析，然而該犯法還需考慮其他參數變化，一旦某以參數達到一定數值，得出的結果就比較合理。矩法主要按計算的三統計參數對設計值進行確定的方法。該方法在實測資料或者歷史調查資料缺乏的情況下比較適用，然而其也存在一定的缺陷，例如無法驗證經驗積累頻率點據，所以通常需要儘可能獲取資料，並採用適線法對設計流量進行確定。
1.3 橋樑孔徑計算
橋孔長簡稱橋長，其指的是在設計水位條件下的兩橋台前緣間的水面寬度。橋長計算需要按照《公路橋位勘測設計規範》的公式進行計算，橋孔長計算完後，就要對橋樑分孔。如果橋樑較長，就需要分成幾孔，橋樑的使用效果以及施工難度與各孔跨徑有著十分密切的聯繫，並且各孔的跨徑也影響到橋樑的總造價。在通航河流橋位設計中，應在滿足通航要求的基礎上進行分孔。如果橋樑位於平原地區的寬闊河流，那么主槽部分通常會根據實際需求進行較大跨徑通航孔的布置，兩邊的淺灘部分的分孔則主要以經濟跨徑為主。若橋樑修建在山區，那么必須跨徑應該加大，並將中間橋墩減少。針對某些體系的多孔橋樑，應確保各孔跨徑的比例關係具有合理性，以此確保材料能夠得到合理使用。
1.4 如何確定墩台基底埋置深度
河床沖刷計算是確定墩台基底埋置深度的重要內容，由於河床沖刷現象具有較強的複雜性，因此會對其進行分類計算，然後進行疊加，進而得到結果。墩台沖刷現象通常分為河床自然演變沖刷、橋下斷面一般沖刷以及墩台局部沖刷等三種。其中河床自然演變沖刷的確定通常需要統計分析橋位上、下游水文站的相關斷面資料。橋下斷面一般沖刷可以通過常用經驗公式以及包爾達可夫公式進行計算確定。墩台局部沖刷與橋下斷面一般沖刷的確定原理類似。
1.5 調治構造物布設
調治構造物的布設主要是為了通過對水流的調節以及對河道的整治來保證通過橋孔水流的均勻性與流暢性，並且使橋位附近河床與河岸的不利變形情況得以避免，為橋樑墩台以及橋頭引道的正常使用提供可靠的保障。按照對水流的作用可以將調治構造物分為導流構造物、挑流構造物以及底流構造物等三類。不同的構造物的設定具有靈活性，單獨設定或者聯合套用都是可行的。此外，在灘地上可採用生物措施與調治構造物進行配合，或者將調治構造物替代，例如：植樹造林。
2 山區橋位設計
2.1 地形地貌對橋位設計的影響
山區的地形具有複雜性，並且有許多河流。兩岸有山嘴或者到底等河岸穩固的較開闊河段是橋位的最佳選擇，橋位上、下游不應存在山嘴、石樑、沙洲等，確保水流的通暢性不受影響。如果橋樑需要跨越峽谷河段，那么一孔跨越是橋位的最佳選擇[3]，如果無法實現，那么流速緩、水深淺的開闊河段比較適宜。如果橋樑需要跨越山前變遷河段，那么橋位應選在兩岸與河槽相對比較穩定的束窄河段，當橋樑需要跨越擴散段時，應確保選擇河段的擺動範圍較小，最好使橋軸線與洪水成正交關係。如果橋樑跨越的是山前沖積漫遊河段，那么上游狹窄段或下有收縮段比較適宜，當橋樑需要通過中游擴散段，應採用一河多橋方案，並且各橋橋位的高程應保持大致一致。此外，在橋位設計中還應考慮多方面的要求，包括施工現場布置、材料運輸等。
2.2 水文對橋位設計的影響
相比於普通河流，山區河流的坡度比較陡，具有較大的河槽比降與較快的匯流速度，並且降水的調蓄作用不易受到流域的影響，流量過程呈現的趨勢為陡漲陡落。所以在橋位的選擇上，應保證河道順直，具有穩定性，灘地高而窄，並且大部分設計流量的河段能夠被河槽通過，需要注意的是，建橋會對天然河道造成一定的影響，在橋位設計時應儘量避免這一情況，並考慮到河道的演變。對於中、高洪水位應保證其流向正交於橋位軸線。如果橋位軸線斜交於水流，那么引道上游形成水袋的情況應加以嚴格控制並避免。
2.3 地質災害對橋位設計的影響
如果山區橋樑設計中，橋位應儘可能避繞強岩溶地區，選擇弱岩溶地區。如果由於特殊情況需要設定在強岩溶地區，那么選擇的岩層應具有完整性，並保證足夠的洞穴頂板尺寸厚度。如果橋樑路線需要跨越岩溶地區，那么構造破碎帶是橋位應該避開的，如確實不能避開，那么橋位通過的形式應為正交。大洞室與大豎井也是橋位應避開的部分，並且可溶岩層與非可溶岩層的接觸帶不應設定橋樑，應儘量選擇非可溶岩層來設定橋樑。對於岩溶丘陵區的峰間谷地，岩溶泉、漏斗落水溶洞、地下河出露以及地下通道等是橋位的適宜選擇。對於土石流這一地質災害，其具有突發性，並且流速較快、流量與物質容量較大，對山體會造成較強的破壞。一旦發生土石流，就會對交通設施造成嚴重的破壞，情況嚴重時還會沖毀村鎮，造成無可挽回的巨大損失。如果橋樑線路需要跨域土石流地區，那么必須對這一地區的土石流的各方面情況進行細緻的分析以及正確的評估，包括土石流的形成條件、發育規律以及土石流破壞性等。對於一些土石流頻發或強烈的地區，應儘量避繞，如果無法實現，那么溝床穩定的流通區的直線是橋位選擇的最佳位置，並且應確保橋樑軸線正交於主流，開挖設橋以及改溝並橋是不允許的。如果橋位需要經過土石流堆積扇，那么扇腰、善頂部位應儘量避開，扇緣比較適宜，布線應沿著等高線，將橋樑進行分散設定。若橋位需要經過土石流堆積扇群，那么應對橋位與橋型的選擇進行充分的考慮，並且針對土石流採取的相應措施也是十分重要的，包括防護工程、排導工程以及攔擋工程等，例如護坡、導流堤、儲淤場、順壩、支檔與截洪工程等，使橋樑結構的保護得以有效增強。60°～70°的斜坡是崩塌頻發點[3]。如果橋位選在崩塌體附近，如果可以應儘可能避開。如果無法避開，並且崩塌的規模不大，那么可以採取相應的工程措施來對橋樑進行保護，例如：加固山坡、清除危岩、修築遮擋建築物以及攔截建築物等，使崩塌得以有效處治，為橋樑的安全提供充分的保障。然而岩體崩塌的規模較大的話，在橋位設計中就必須避開。一直以來，滑坡都是一個重要的地質工程問題。根據相關統計分析我們可以得知，地形坡度在10°～35°容易形成滑坡，其中20°～35°的坡度更容易發生滑坡。產生滑坡的條件、因素以及運動機理複雜多變，存在許多形式，預測難度較高，需要較高的投入才能進行治理。滑坡如果按照周期來區分，可以將滑坡體分為3類，即古滑坡體、老滑坡體以及新滑坡體。然而對於古滑坡與老滑坡，其並沒有什麼規律可言。這些滑坡體仍具有不穩定性或者說暫時穩定性，一旦受到特定自然因素或人為因素的影響，就可能再次發生滑坡。所以在橋位設計中，必須對橋位附近的滑坡體進行勘察，並對其穩定性進行初步的判斷與評估。橋位設計中應儘可能避開滑坡體，如果條件不允許無法避開，就必須採取相關工程措施來處治滑坡，確保橋樑結構的安全得到有效的保護。
2.4 通航對橋位設計的影響
現階段我國許多山區江河已經被規劃為航道。橋樑如果要設定在山區通航河流上，就應考慮通航對橋位設計的影響，並且必須滿足相關規定。應在比較穩定、順直且通航水深足夠的河段上設定橋位，同時河道跡遷的影響也應予以充分的考慮。險灘、淺灘、急彎、卡口、匯流口或者水工設施、港口作業以及船舶錨地等不宜設定橋位。應儘量保證橋樑軸線正交於主流，如果無法實現，那么應將橋樑軸線的法線與主流的交角控制在5°之內，或者將通航孔的跨徑增大。如果橋位方案附近已經有建成的橋樑，就應注意兩橋的間距。
2.5 飲用水源對橋位設計的影響
工程建設不應污染飲用水源，這是由於其造成的影響十分嚴重，波及到的範圍非常大，通常會影響到一個地區的人的正常生活，一旦由此造成社會恐慌，就會帶來無法挽回的損失與後果。根據我國環境保護相關規範，飲用水源保護區有三個等級，不同等級保護區其從事的工程活動也有著不同的限制。所以在橋位設計中，應對橋位附近的飲用水保護區及其等級進行調查，明確橋位是否在保護區範圍之內。如果橋樑處在保護區內，就必須嚴格按照相關規定進行設定。例如在一級保護區的橋位設計中，規範無關供水設施以及保護水源的建設項目的新建、擴建是不允許的，所以一級保護區是橋位設計中必須避開的。而其他等級保護區的橋位設計應設立針對環評水保的專項評估，如果不符合國家相關規定，就不能進行橋樑的修建。
2.6 其他因素對橋位設計的影響
山區地形具有很強的複雜性，在橋位設計中存在許多影響因素。例如兩頭引道的順接問題。規劃區橋樑的橋位設計必須與規劃一致，規劃區土地不得過度占用或者減少拆遷。對於山區的“渡改橋”項目，為了為百姓提供交通便利，原渡口位置或者村落密集區附近是橋位設定的最佳選擇。
3 結語
綜上所述，合理進行橋位設計主要包括以下幾個方面：第一，橋樑基本尺寸、布局和橋型與橋位設計的合理性有著直接的聯繫，同時橋位設計也對橋樑經濟、合理、安全的修建與使用也有著十分重要的意義；第二，橋位選擇應充分考慮實際情況，滿足各方面的設計要去，不僅要考慮成本控制，還應保證橋樑能夠安全合理的投入使用；第三，在選擇橋位時，不僅要對經濟性與安全性進行考慮，橋樑與周邊景致的協調性也是分層重要的；第四，橋孔長度的計算是準確劃分河床的灘、槽的重要手段，必須結合河段的實際情況，對橋位現場進行細緻的勘察與研究，確保河床灘、槽劃分合理；第五，河床沖刷計算是確定墩台基底埋置深度的主要方法，現階段橋下斷面一般沖刷和墩台局部沖刷的計算缺乏成熟的理論基礎，因此多依靠經驗公式進行計算。而經驗公式計算中河槽、河灘以及河床的土質有著十分重要的影響，因此必須對其進行準確的分析與判斷，確保墩台基底埋置深度滿足設計要求；第六，必須結合各方面因素進行綜合分析，使橋位設計流量與橋孔淨長的推算結果得以論證確定。
