山地高速公路標準化跨徑橋梁設計

魏周博

（甘肅天成道橋勘察設計有限公司，甘肅 蘭州 730200）

1 引言

我國很多橋梁設計師在進行橋梁設計時，會綜合考慮多種影響因素，選擇最為合適的標準化跨徑橋梁方式，標準化跨徑橋梁的結(jié)構(gòu)符合標準，同時，還可以為其他橋梁的建設提供有效的參考依據(jù)。橋梁建設機械化水平較高，我國橋梁建設主要采用的是標準化跨徑橋梁并結(jié)合預定安裝技術(shù)，該技術(shù)的應用提高了我國橋梁建設的質(zhì)量和效率。

2 山地高速公路標準化跨徑橋梁設計的特點和原則

2.1 山地高速公路標準化跨徑橋梁設計特點

山區(qū)地形、地勢復雜多變，進行高速公路橋梁施工的過程中很容易受到地勢和地形的限制，影響高速公路橋梁施工質(zhì)量。另外，山地區(qū)域生態(tài)環(huán)境比較脆弱，高速公路周圍的自然景觀和公路橋梁景觀在融合方面有一定的困難。山地區(qū)域的地質(zhì)條件復雜多變，很多巖石都有風化的情況，甚至一些地區(qū)還出現(xiàn)陡崖、滑坡、巖溶和泥石流等情況。受到這些不良地質(zhì)的影響，使得高速公路橋梁設計和建設難度增加，甚至給橋梁的基礎(chǔ)設計和施工帶來很大影響。

山地區(qū)域的地形多變、地面變化和差距比較大，在高速公路建設過程中需要沿溪展線，施工線路會多次經(jīng)過河岸地區(qū)、橋梁和隧道交替出現(xiàn)，穿山跨河。這種自然環(huán)境的影響，造成高速公路的設計和施工呈現(xiàn)出橋梁和隧道相連的情況，并且小半徑平曲線的橋梁、大縱坡、錯幅橋梁和半路半橋性的橋梁施工比較多，橋梁的橋墩結(jié)構(gòu)也相對復雜多變。另外，山地區(qū)域的地形起伏比較大，溝壑縱橫，施工的自然條件比較復雜，很多大型機械設備無法應用，在橋梁施工過程中難度很大。預制安裝橋梁工藝的標準化跨徑橋梁可以更好地適應這種地形和地勢，為山地高速公路橋梁施工創(chuàng)造便利。因山地區(qū)域的高速公路橋梁施工受自然環(huán)境的影響比較大，所以，在設計和施工的過程中需要充分考慮到自然環(huán)境的影響，盡量減少對大型山體的挖填作業(yè)，要根據(jù)土方調(diào)配、隧道棄渣、地形條件變化情況等選擇合適的高填方路基。

2.2 山地高速公路標準化跨徑橋梁設計原則

在進行高速公路標準化跨徑橋梁設計時，要根據(jù)山地高速公路橋梁的特點，遵循標準化跨徑式橋梁設計原則。

（1）在進行橋梁設計的過程中，要時刻謹記安全、經(jīng)濟、實用、美觀和環(huán)保的總原則。

（2）在大橋和控制性特大橋橋位設計時，需要從橋梁設計的專業(yè)性，結(jié)合高速公路線路來綜合考慮、優(yōu)化設計方案。

（3）根據(jù)橋位縱線、平線和高跨比，科學合理地進行補孔，以美觀為出發(fā)點選擇高跨組合形式，同時，還要綜合考慮橋梁下部的剛度情況，在滿足小半徑平曲線橋梁受力需求和大縱坡橋梁結(jié)構(gòu)受力需求的基礎(chǔ)上，盡量避開人工構(gòu)造物、機耕道和沖溝。

（4）要結(jié)合橋梁橋位的地形情況和地質(zhì)情況合理選擇墩臺位置，也可以通過錯幅橋梁和半路半橋的方式來實施，避免出現(xiàn)墩臺位置和山體沖突的問題，同時，避免因臺尾陡坡短距離填方造成山體地質(zhì)病害問題。

（5）高速公路橋梁的選型需要因地制宜，并根據(jù)高速公路橋梁項目建設地區(qū)的自然環(huán)境、橋位施工條件、材料供應、工期和工廠造價等情況進行綜合性的考慮和設計，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)形式的統(tǒng)一和有效結(jié)合。需要借助于裝配式、標準式和工廠式的標準化跨徑橋梁設計方式進行高速公路橋梁設計施工。

3 山地高速公路標準化跨徑橋梁設計分析

3.1 橋梁上部構(gòu)造設計要點分析

在對山地區(qū)域高速公路標準式跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)進行設計時，需要嚴格按照公路工程技術(shù)標準中的相關(guān)規(guī)定設計橋梁結(jié)構(gòu)。結(jié)合公路橋涵通用圖綜合考慮橋梁施工的安全性、適用性、經(jīng)濟性、環(huán)保性和美觀性，以此來提高山地區(qū)域高速公路橋梁設計施工的安全性和穩(wěn)定性，提高我國資源的利用率。

3.1.1 橋梁標準式跨徑的選擇

在對山地高速公路標準式跨徑橋梁設計的過程中，除了要考慮工程造價等因素，還要考慮橋梁設計的美學因素。通常情況下高速公路橋梁高跨比要在0.618～ 1之間，但是橋梁的高跨比也需結(jié)合橋梁施工的位置、地理形勢和地質(zhì)情況等進行綜合性考慮，在實際設計和施工過程中要進行綜合性分析，根據(jù)實際施工情況進行優(yōu)化和調(diào)整。另外，如果橋墩的高度控制適宜，那么，橋梁的跨徑可設置為40m，雖然美觀性不會很好，但40m的跨徑可以更好地滿足吊裝機械設備的施工，從而節(jié)約施工成本，提高經(jīng)濟效益。

3.1.2 橋梁上部結(jié)構(gòu)形式的選擇

高速公路橋梁上部結(jié)構(gòu)主要包括行車道、欄桿和人行橫道、橋梁跨越部分的承載結(jié)構(gòu)、橋梁的支架結(jié)構(gòu)等。在標準式跨徑裝配橋梁時，需要對橋梁主梁的主要承重結(jié)構(gòu)進行綜合性研究。橋梁的主梁結(jié)構(gòu)類型比較多，從橫向連接方式來看，有濕接縫進行連接的小箱梁和T梁，其中連接的方式主要以空心板為主。不同的主梁結(jié)構(gòu)采用不同的連接方式，以減少一些不必要的損失。如果橋梁的跨徑比較小，且兩個橋墩之間的距離在20m以內(nèi)的話，則可以使用空心板。

3.1.3 大縱坡橋梁設計要點

一般情況下大縱坡橋梁的坡度都比較大，坡度大會增加施工的難度，因為橋梁施工不僅需要關(guān)注橋梁的穩(wěn)定性，還要避免橋梁兩側(cè)出現(xiàn)移動，設計施工人員需要從以下幾個方面來進行重點分析。

①橋梁的底部要具備很強的承載能力，要對橋梁的基底結(jié)構(gòu)進行調(diào)整和優(yōu)化。

②要綜合考查橋梁施工的地理位置、周圍地形、地質(zhì)和環(huán)境情況，聘請專業(yè)地質(zhì)勘查研究人員對橋梁周圍的施工環(huán)境情況進行分析和總結(jié)，提供橋梁設計施工的專業(yè)性意見和建議，提高橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

③有效控制橋梁橋臺的背墻，計算和分析不同坡度情況的橋臺背墻，合理控制和調(diào)整橋梁傾斜度。

3.2 橋梁下部結(jié)構(gòu)設計要點分析

高速公路橋梁下部結(jié)構(gòu)包括橋墩、橋臺和橋梁三部分，而這三部分的設計需要根據(jù)山地高速公路橋梁上部結(jié)構(gòu)形式、山地區(qū)域的地質(zhì)、地形、地勢、河流、山谷等斷面變化情況和橋梁位置的工程地質(zhì)情況來進行綜合性考慮。

3.2.1 橋梁、橋墩設計

山地區(qū)域高速公路標準式跨徑橋梁橋墩的設計需要結(jié)合施工地形、地質(zhì)、橋墩高、橋墩上部結(jié)構(gòu)形式等情況，選擇合適的橋墩形式，常用的包括圓柱墩、方柱墩、薄壁墩等。

①圓柱墩。圓柱墩的施工比較方便，一般情況下，圓柱墩的墩高不會超過35m。同一座橋梁的橋墩高矮如果差距比較大時，橋墩的柱徑可以不同，但盡可能減少不同柱徑的選擇，以便于后期施工。另外，還要根據(jù)橋墩墩身的剛度情況和橋梁的抗震性，選用橫向樁頂系梁和主間系梁的方式。山地地區(qū)斜坡上的樁頂系梁需要設置在比較高的位置，另外一端需要和柱間進行連接，以減少挖方量。

②方柱墩。方柱橋墩的墩身剛度較大，比圓柱墩的受力性能好，但在施工工序方面比較復雜，并且橋墩墩身和樁基之間需要用承臺進行連接，在山地區(qū)域進行施工過程中，山體的挖方量就會大大增加。所以，方柱墩在山地高速公路橋梁施工中的使用較少。

③薄壁墩。薄壁墩的墩身高度在35m以上時，其穩(wěn)定性會較強，墩身的高度在35～ 50m時，施工最為方便，薄壁墩的截面多為實心；如果墩高在50m以上，就需要采用等截面或變截面的空心墩，以保證墩身高度。

3.2.2 橋臺的設計

山地區(qū)域高速公路標準式跨徑橋梁橋臺的設計主要是根據(jù)橋臺位置的地形、地質(zhì)等自然情況，通常采用的橋臺有樁式臺、肋板式橋臺、輕型一字臺等。樁式臺需要橋臺位置的地形可以設置臺前錐坡，橋頭填土高度在6m以內(nèi)時，可以選擇樁式臺橋臺，但如果橋頭位置的填土高度大于6m時，需選擇肋板式橋臺。如果橋臺縱向地面坡度比較陡時，需根據(jù)橋梁布孔情況選擇橋臺位置，選擇輕型的一字臺或樁式臺。橋臺位置的地面是橫向坡度時，則需選擇組合式橋臺。

3.3 基礎(chǔ)設計

山地區(qū)域高速公路標準式跨徑橋梁的基礎(chǔ)設計和地勢平坦地區(qū)的公路橋梁基礎(chǔ)設計基本相同，不同的地方是山地區(qū)域高速公路橋梁的基礎(chǔ)要考慮施工的便利、地形地質(zhì)的變化，來選擇不同類型的基礎(chǔ)設計。如果橋梁的橋墩處于陡坡位置時，需要控制基礎(chǔ)開挖的工作量，并選擇不同樁頂高的樁基礎(chǔ)。計算樁長時，需要準確計算樁和地面陡坡邊緣2.5倍樁徑的水平安全距離，如果比水平安全距離小，則應嚴密控制巖層的傾向和穩(wěn)定性。

挖掘孔樁時，樁徑要大于1.2m，選擇地下水較少、土層地質(zhì)比較密實或風化巖層?？讟兜耐诰蛏疃纫鶕?jù)樁直徑的大小來選擇，通常情況下孔樁的深度不能大于30m。

4 結(jié)語

山地區(qū)域高速公路橋梁設計要嚴格按照橋梁設計安全、適用、環(huán)保、經(jīng)濟、美觀的原則，結(jié)合標準式跨徑橋梁施工特點科學合理設計橋梁上部構(gòu)造和下部構(gòu)造，靈活把控橋梁的設計方法，選擇科學合理、安全可靠的設計施工方案，提高山地區(qū)域高速公路標準化跨徑橋梁設計施工質(zhì)量和效率，推動我國高速公路橋梁設計的發(fā)展。