山區(qū)公路橋梁設計策略

吳婷婷

（新疆立弓交通勘察設計研究院，新疆 烏魯木齊 831401）

1 山區(qū)公路橋梁工程特點

由于山區(qū)構造物比較多，地形較為復雜，如地面高差大、坡面變化頻繁，地質不穩(wěn)定、滑坡等，使得山區(qū)公路橋梁設計受到了復雜的地形地質條件影響，也變得比較復雜。這種情況下，山區(qū)公路線路布設圖中平曲線往往占有很大的比例，曲線半徑小、縱坡大、半邊橋和高擋墻多，使得橋梁設計也大多是小半徑彎坡橋多、大跨多及墩高、墩臺形式多[1]。另外，由于山區(qū)有著比較惡劣的工程條件，要求公路橋梁設計中應著重解決好公路橋梁各細部構造與地形地質條件之間的關系。

2 山區(qū)公路橋梁結構的選擇

一座安全、經濟、實用的山區(qū)公路橋梁的建成，離不開科學、合理并與之特點相符合的橋梁結構。山區(qū)由于地形地質情況比較復雜，溝深坡陡，且多為季節(jié)性深溝，因此，很多情況下公路橋梁設計不僅受地形地質條件限制，還受水文條件影響，因此最好采用高橋墩的構造形式，不宜采用路基方案[2]。山區(qū)公路橋梁大部分都要跨越山谷，如果采用高橋梁結構設計方式，不僅可以應對季節(jié)性洪水問題，利于穩(wěn)定路基，還不易對周圍環(huán)境產生影響，既安全又經濟。

3 山區(qū)公路橋梁設計策略

本文將山區(qū)公路橋梁設計分為上部結構設計和下部結構設計兩部分內容，下面將具體分析上、下部結構設計策略，以及設計中應該注意的相關問題。

3.1 橋梁上部結構設計

3.1.1 結構形式的選擇

在山區(qū)有著很多的季節(jié)性河流，為了跨越這些河流往往需要架設橋梁，使得橋梁在山區(qū)公路中占有很大的比重，無形中加大了成本投入。為了使成本投入經濟又合理，施工方便，橋梁上部結構經常采用標準化的預制裝配結構[3]。但是因為每個施工現(xiàn)場有著不同工程地質條件，設計方案也會有所不同，為此，以下將重點分析公路橋梁標準化、預制裝配結構的設計內容。

近幾年，山區(qū)公路橋梁工程常用的預制裝配結構設計方案的標準跨徑基本有16m、20m、25m、30m、40m、50m等，橫斷面形式基本采用空心板、T梁、小箱梁等。如果橋梁跨徑小于30m，可從空心板、T梁、小箱梁中任意選擇一種橫斷面形式，但是如果跨徑大于30m，最好選擇T梁形式的橫截面形式。山區(qū)公路橋梁一般對凈空無嚴格限制，加上山區(qū)公路平面半徑比較小，超高緩和段及豎曲線不可避免，如果選擇空心板和小箱梁形式的橫截面，架梁時不易調平一片梁的4個指支點。4個支點如果不在一個水平線上，可能導致支座受力不平衡[4]。所以，大跨徑的橋梁應盡量選擇T梁形式的橫截面，條件允許時小跨徑的橋梁也應該選擇T梁式橫截面，利于保持受力點平衡、穩(wěn)定。在這里需要強調的是，由于山區(qū)受到地形限制，基本上不存在較好的運輸和預制條件，但是50mT梁架設對運輸和安裝的要求很高，為此，山區(qū)最好不易選擇跨徑大于50m的橋梁結構。

3.1.2 橋梁上部結構設計中需要注意的問題

（1）處理好跨徑和墩高之間的關系

11月16日，IFA秘書長夏洛特·黑貝布萊德（Charlotte Hebebrand）一行到訪中農控股。中農集團黨委書記、董事長兼中農控股董事長蘇澤文會見來訪客人，雙方就下一步深入合作達成共識。

從美學角度出發(fā)，橋梁跨徑與墩高之間的比值應在0.5～1.0之間，即橋梁跨徑如果是30m，墩高最好在15～30m之間。將橋梁跨徑與墩高之間最佳比值固定在0.5～1.0間，原因在于這樣的設計比較經濟實用，既不影響橋梁外形的美觀度，也能達到控制投資成本的效果。但山區(qū)公路地形變化頻繁，不易根據(jù)墩高來決定跨徑，應根據(jù)公路地形的變化情況選擇一種跨徑。但是，如果地形起伏變化非常頻繁，也可以選擇組合跨徑。通常一個公路橋梁工程不止有一種跨徑方案，這種情況下，要經過多方對比分析，選擇造價低、質量有保障的方案。

（2）處理好上部結構與平面線形之間的關系

若不能處理好上部結構與平面線形之間的關系，可能導致出現(xiàn)曲線橋。曲線橋一般表現(xiàn)為內外弧差和中矢高。在布置墩臺徑向時，內外橋梁因受到曲率半徑的影響會出現(xiàn)梁長不等的情況，半徑越小，內外梁之間長度差距越大[4]。為了有效解決這一問題，必須處理好上部結構與平面線形之間的關系，否則極容易影響到內外橋梁的等長情況，并最終導致出現(xiàn)曲線橋。

針對內外弧差這一問題，可以采用以下兩種應對措施：根據(jù)平面半徑的變化適當調整梁長；不改變梁長的前提下，通過加大帽梁、封錨端或加長現(xiàn)澆連續(xù)段的方式以適應平面半徑的變化。第一種應對措施設計簡單，規(guī)格統(tǒng)一，但往往需要很大場地堆放預制梁，場地不僅不易尋找，而且管理起來難度較大[5]。如果采用第二種應對措施，在半徑比較大時可以采用內弧長等于標準跨徑布置，如果半徑比較小，可以采用中線弧長等于標準跨徑布置。

針對中矢高這一問題，如果中矢高在10cm以內，一般可通過調整護墻內緣的方式適應平面線形。在中矢高超過10cm時，不易調整護墻，以免影響橋梁整體外形的美觀度和消弱護墻功能。最好的解決方式就是按照實際曲線情況預制梁外緣，以此來適應平面線形。

（3）彎梁橋橫坡設置問題

在山區(qū)公路上看到的橋梁，平面上多呈扇形。為了使彎梁橋滿足行車要求，要求在結構橫斷面上做成一個外弧側高、向內弧側傾斜的橫坡。橫坡的設置方法有兩種：一種是將梁橫斷面上的每根梁肋做成不等高；另外一種是將梁橫斷面上的每根梁肋做成等高，然后將內弧側做成傾斜，同時將橋墩蓋也做成傾斜，利用支座墊石和梁底設置的楔形墊塊所產生的力量使支座受力均勻，保持穩(wěn)定。

（4）結構體系

公路橋梁結構體系基本包括全鋼構體系、全連續(xù)結構體系等幾大類。全鋼構體系如果應用于多跨梁橋，由于多跨橋梁的橋墩高相差很大，必須通過調整橋墩的線剛度來改善橋墩的受力情況，這樣必然存在著多種橋墩尺寸，不僅影響橋梁外形的美觀，也不利于施工。全連續(xù)結構體系的舒適性比較差、墩臺水平位移比較大，相應的墩柱尺寸也要比較大一些，既不利于節(jié)省材料也不利于結構優(yōu)化。山區(qū)地形復雜，地形起伏變化比較頻繁，因此橋梁多是彎橋或坡橋。無論是彎橋還是坡橋，作為曲線橋梁中的一種類型，在彎扭耦合作用下必然沿著某一點變形。如果采用全連續(xù)結構式的橋梁，當橋梁整體沿著某一點向下滑動時，必然不能保證橋梁結構受力平衡、均勻，如再出現(xiàn)支座脫空或破壞的問題，橋梁必然會受到前所未有毀壞[6]。

從以上分析內容可知，選擇某一種結構體系作為橋梁整體的構造并不是明智的選擇。為了保證橋梁結構受力均勻、平衡，使用壽命長，設計人員應適當根據(jù)地形的高低合理調整墩高，保證中間橋墩較高，然后將剛度基本一致的相鄰橋墩連接在一起，滿足橋墩水平受力的要求，矮一些的橋墩則可通過設置滑板支座或橡膠支座以滿足橋墩水平受力的要求，這樣就可形成連續(xù)梁，無論是高橋墩還是矮橋墩，其受力性能都會得到有效的改善，橋梁整體也就能更加適應地形特點。由此，山區(qū)公路橋梁可以采用連續(xù)-剛構混合體系，既能滿足橋梁的受力特點，又能適應平面線形。

3.2 橋梁下部結構設計

3.2.1 橋墩

橋梁跨徑的大小決定著橋墩的高矮，一般情況下，矮橋墩設計由強度控制，高橋墩設計時要考慮穩(wěn)定性問題。山區(qū)公路橋梁經常采用柱式墩，柱式墩中又分為圓柱墩和方柱墩。從外形來看，圓柱墩的外形比較好控制，質量也比較容易控制，也便于與樁基銜接。但方柱墩因為有棱有角，在外形上沒有圓柱墩看起來那么美觀，質量控制上沒有什么區(qū)別，只要方法得當，橋墩質量都會得到有效控制。從受力角度來看[6]，在圓柱墩和方柱墩截面積相等的情況下，方柱墩的抗彎剛度一般要大于圓柱墩，有著比圓柱墩好的受力性。至于為什么存在這樣一種情況，主要原因在于當橋梁結構體系為連續(xù)鋼構時，方柱墩可通過調整墩柱兩個方向的剛度以達到調整墩柱受力的目的。但是，圓柱墩每個方向的剛度都是一樣的，受力性的調整效果會比較差。盡管方柱墩在調整受力性上有一定的優(yōu)勢，但也有一定的缺點。除了外形不夠美觀外，墩柱與樁基之間要通過樁帽來連接，無形中增加了工程量。所以，具體設計中應根據(jù)實際情況決定選擇方柱墩還是圓柱墩。如果地面比較陡，可適當采用雙柱墩以增加穩(wěn)定性。

3.2.2 橋臺

通過對大量資料分析得到，山區(qū)公路橋梁橋臺一般采用U型臺、肋板臺、樁柱式臺，其中U型臺最常用。U型臺的設計要根據(jù)施工現(xiàn)場的地形、地質條件而決定，以達到減少工程量、適應地形的目的。如果施工現(xiàn)場地質條件比較惡劣，可以在U型臺下設置樁基，維持橋臺結構的穩(wěn)定性。

3.2.3 基礎

樁基礎是山區(qū)公路橋梁最常用的基礎，除此之外，擴大基礎也是比較常見的方式。在地形地質條件比較好的情況下，適宜采用擴大基礎，樁基礎適用于地質情況比較惡劣的情況。地質條件非常惡劣，則可采用摩擦樁[7]。如果橋梁架構在斜坡上，無論采用擴大基礎還是樁基礎，在設計時都應考慮基礎擴散角和覆蓋層厚度，以及在施工過程中可能出現(xiàn)的問題。樁基礎的施工方法多為挖孔樁和鉆孔樁。盡管挖孔樁造價比較低，但是由于其不適用于地下水位比較高、易形成塌孔的地質條件，為此，是否選擇挖孔樁應根據(jù)實際情況來決定。

4 結語

與平原地區(qū)的公路橋梁相比，山區(qū)公路橋梁設計有著一定的特殊性。為了保證山區(qū)公路橋梁設計方案的合理性和安全性，相關人員應針對山區(qū)地形地質條件探索出最佳的設計方案。設計時，除了要求設計人員有著專業(yè)的、高超的業(yè)務能力，更要求對山區(qū)公路橋梁工程有著深入的認識，只有這樣才能根據(jù)經驗有效應對設計中遇到的各種問題，創(chuàng)造出優(yōu)秀的設計方案。

[1]鳳懋潤.中國公路橋梁建設成果的哲學啟示[J].中國工程科學，2012（12）：62-68.

[2]郭淑燕.提高中小跨徑公路橋梁耐久性的措施[J].交通標準化，2009（7）：95-98.

[3]文林，陳雁.探索公路橋梁加固施工技術[J].民營科技，2011（5）：229.

[4]馬玉林.公路橋梁橋頭跳車防治技術和措施[J].山西建筑，2009（20）：280-282.