山區(qū)高速公路橋梁設計研究

楊希堯 焦天涵

（安徽省交通規(guī)劃設計研究總院股份有限公司， 安徽 合肥 230088）

0 引言

隨著我國改革開放事業(yè)的不斷深入，高速公路建設規(guī)模逐步擴大，為人們生產(chǎn)生活創(chuàng)造了極大便利。橋梁是高速公路中的重要構(gòu)成，特別是山區(qū)高速公路建設中橋梁是其中十分重要的一環(huán)。山區(qū)高速公路橋梁建設中，為保障工程質(zhì)量，有效應對山區(qū)復雜的地質(zhì)地貌環(huán)境，必須要結(jié)合實際，切實開展好公路橋梁設計工作，以為工程施工提供有力指導，保證山區(qū)高速公路橋梁建設質(zhì)量、效益[1]。但是在現(xiàn)階段山區(qū)高速公路橋梁設計中，一些工作人員未能切實依照相關技術規(guī)范要求，不注重開展現(xiàn)場勘察，使得設計方案缺乏科學合理性，難以為橋梁工程建設提供有力指導。因而，橋梁設計工作需要始終結(jié)合山區(qū)高速公路橋梁設計需求，結(jié)合山區(qū)地理環(huán)境、氣候條件，以保證橋梁設計的科學合理性，為山區(qū)高速公路橋梁建設奠定良好基礎。

1 山區(qū)高速公路橋梁設計的必要性

公路是社會經(jīng)濟發(fā)展中的重要基礎設施，可推動區(qū)域經(jīng)濟與社會經(jīng)濟的協(xié)同發(fā)展，隨著近年來我國對山區(qū)高速公路建設重視度的逐步提升，山區(qū)高速公路建設規(guī)模不斷擴大，相較于普通地區(qū)高速公路，由于山區(qū)地理環(huán)境較為復雜，這便為山區(qū)高速公路橋梁設計加大的難度。在山區(qū)高速公路橋梁設計時應立足于當?shù)氐匦螌嶋H，推進設計工作。與此同時，因為山區(qū)高速公路橋梁建設通常會涉及一些河流、隧道工程，因而設計過程中應結(jié)合現(xiàn)場實際情況，保障設計工作順利進行，提升工程建設質(zhì)量。通過開展好山區(qū)高速公路橋梁設計工作，不僅可保障高速公路的安全有序運行，還可滿足地方居民出行需求，進一步促進地方經(jīng)濟的有效發(fā)展。綜上，加強山區(qū)高速公路橋梁設計尤為必要。

2 山區(qū)高速公路橋梁設計原則

2.1 安全穩(wěn)定性原則

我國山區(qū)面積廣大，約占全國總面積的 2/3，地形復雜多樣，由此很大程度上加大了高速公路的建設難度。為促進山區(qū)高速公路橋梁設計的順利進行，設計人員應確保設計工作符合實際環(huán)境要求。結(jié)合我國當前橋梁建設整體情況而言，相關部門應進一步提高對橋梁設計的重視水平。如今，一些普通地區(qū)的橋梁設計通常選取標準化程度高、技術完備、對現(xiàn)場養(yǎng)護要求偏低的裝配式結(jié)構(gòu)，以此為后續(xù)標準化、系列化施工創(chuàng)造有效便利[2]。而在山區(qū)橋梁設計中則應進行單獨設計，選取技術完備、協(xié)調(diào)性佳、受力明確以及結(jié)構(gòu)安全的橋型。山區(qū)高速公路橋梁設計中可供選擇的結(jié)構(gòu)類型眾多。一方面要使得橋梁安全可靠，另一方面還應依托耐久性計算，保證橋梁主體構(gòu)造的科學合理性。另外，山區(qū)有著復雜的自然環(huán)境，在設計實踐中，不僅要有效考慮橋梁的基本荷載，還應體現(xiàn)橋梁的風荷載、雪荷載等特征。受山區(qū)地質(zhì)條件影響，山區(qū)高速公路在建設中，多采用高墩結(jié)構(gòu)，實際跨度相對較大。因而，為實現(xiàn)山區(qū)高速公路橋梁的有效應用，設計人員應對其安全穩(wěn)定性開展全面分析，這也是山區(qū)高速公路橋梁設計的一項重要原則。

2.2 經(jīng)濟協(xié)調(diào)性原則

結(jié)合過往山區(qū)高速公路橋梁設計經(jīng)驗而言，設計人員應遵循經(jīng)濟性原則，這也是確保設計方案與設計要求相符的一個重要環(huán)節(jié)。比如，應優(yōu)化選擇路線方案、合理設置橋隧結(jié)構(gòu)物、有效必選橋隧設計方案等，在降低橋梁工程施工成本的基礎上，促進工程項目創(chuàng)造更理想的經(jīng)濟效益。與此同時，在山區(qū)高速公路橋梁設計過程中，還應秉承因地制宜、就地取材原則，建立起橋梁功能與現(xiàn)場施工環(huán)境的緊密聯(lián)系，確定盡可能理想的橋梁結(jié)構(gòu)形式。在橋梁結(jié)構(gòu)設計實踐中，設計人員應開展好當?shù)氐乩憝h(huán)境、人文條件等勘查工作，唯有如此方可使橋梁設計的實際價值得到充分呈現(xiàn)，切實做到因地制宜[3]。對于協(xié)調(diào)性原則的落實，實際橋梁設計應與周邊自然環(huán)境保持統(tǒng)一，盡量控制對周邊生態(tài)環(huán)境的影響，防止因橋梁建設對山體大填大挖，增強生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定性。比如，在橋梁方案制定及孔跨設置過程中，在保證橋梁結(jié)構(gòu)合理性的同時，還應確保高跨比協(xié)調(diào)，在條件允許情況下盡可能選取經(jīng)濟跨徑，并確保景觀協(xié)調(diào)，布孔過程中保證跨徑的統(tǒng)一性或者變化的協(xié)調(diào)性。不論是橋梁總體規(guī)劃還是施工方案建立，均應當秉持“不破壞即為最大的保護”理念，將對地方環(huán)境的影響降至最低，實現(xiàn)與周圍環(huán)境的相協(xié)調(diào)。

2.3 橫坡及橋涵設計原則

山區(qū)高速公路橋梁設計過程中，往往會面臨橫坡的問題，針對這一問題，設計人員應防止出現(xiàn)高填方路堤，并借助板路板橋形式增強橫向邊坡穩(wěn)定性。如果橋墩位置出現(xiàn)左右橫坡偏大情況，可遵循下述兩方面原則予以解決：一是將高側(cè)橋墩樁頂標高予以相應降低，防止低側(cè)樁基大量暴露，另外還應開展好高側(cè)樁基開挖工作，防止破壞坡體穩(wěn)定性；二是選取高低墩，兩側(cè)樁頂標高分別處在該地面線以下相應深度，并將高側(cè)樁基處的樁頂系梁與低側(cè)橋墩相連接。設計人員應結(jié)合實際情況，合理采用以上兩種不同的解決方法。另外，在對上跨橋梁進行設計過程中，橋下孔不僅要與當前通行現(xiàn)狀相符，還應為后續(xù)發(fā)展創(chuàng)造有效便利。倘若面臨橋梁跨越V形溝谷情況，應盡量不在溝谷中心設置橋墩，保證與當?shù)氐匦翁卣飨鄥f(xié)調(diào)，一方面合理控制橋臺高度，另一方面選擇合理合適的跨徑布孔設計形態(tài)。

3 山區(qū)高速公路橋梁設計實踐

3.1 橋梁上部結(jié)構(gòu)設計實踐

在山區(qū)高速公路橋梁上部結(jié)構(gòu)設計實踐中，受施工現(xiàn)場地質(zhì)環(huán)境復雜影響，往往不適宜建設大跨徑橋梁，與此同時，為了使得橋梁施工能夠正常進行，大多數(shù)設計人員會應用常規(guī)橋梁結(jié)構(gòu)設計，以滿足山區(qū)高速公路橋梁建設要求。需要注意的是，針對各式各樣的施工地形，應選取不同針對的橋梁結(jié)構(gòu)，可選取的橋梁結(jié)構(gòu)主要包括有：一是橋面筒支或者先筒支后連接的方式。在設計實踐中，倘若單孔跨徑小于 20米，同時伴有軟基或者地質(zhì)不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)可引入筒支結(jié)構(gòu)進行設計，以此提升橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；而倘若單孔跨徑在 20米以上，則應引入先筒支后結(jié)構(gòu)連接的方式進行設計。二是倘若橋梁墩高不足70米，設計實踐中可依然怒裝配式化T梁、小箱梁，對于橋梁中凈空受阻區(qū)域或者相對短區(qū)域，可選取空心板予以填充。在這過程中，通過應用這些結(jié)構(gòu)材料，不僅可實現(xiàn)降低施工成本的效果，還可提升橋梁施工質(zhì)量、效率[4]。而對于跨徑為20米、25米、30米的可選用小箱梁、T梁?？鐝匠^40米小箱梁吊裝太重，可采用T梁的方式開展處理。三是半徑小于250米的小半徑曲線橋、立交主線橋梁，可采用整體式持續(xù)閉合箱梁結(jié)構(gòu)或者持續(xù)板式結(jié)構(gòu)。另外，因為山區(qū)高速公路橋梁存在有大量的平曲線段架橋，針對這一情況，將半徑250米作為分界線，半徑小于250米的選擇預制梁彎橋，半徑大于250米，設計時應保證墩臺布設的合理性。首先，針對半徑較長、橋梁相對短的情況，可借助平行設置法開展墩臺設計，有效控制橋梁上端預制梁跨徑，建立起預制梁相互間的平行關系。其次，對于墩臺徑向的設計實踐，應保持其與路線垂直狀態(tài)，并依據(jù)曲線方向合理設計，保障橋梁施工有序進行。

3.2 橋梁支座設計實踐

在山區(qū)高速公路橋梁支座設計過程中，設計人員應有效認識其重要性，確保橋梁支座可實現(xiàn)可靠的豎向承載能力，可實現(xiàn)對橋梁上部結(jié)構(gòu)水平應力的有效承載。為防止橋梁支座發(fā)生變形，對于多跨連續(xù)橋梁，設計人員可于中間橋墩部位設計固定支座，同時在橋臺設計縱向滑動支座，確保橋梁變形可有效分布于橋梁跨內(nèi)。對于獨柱墩支座，設計人員應有效考慮橋梁傾覆情況，倘若為曲線橋梁中間墩，可對其予以橫向偏移處理，以此實現(xiàn)對橋梁運行期間行車偏載應力的有效抵御。另外，設計人員還應開展好橋臺設計工作，山區(qū)高速公路橋梁設計中常用的橋臺形式包括有重力U形橋臺、肋板式橋臺以及樁柱式橋臺三種，其中尤以重力U形橋臺應用效果最佳[5]。結(jié)合相關規(guī)范標準而言，重力U形橋臺應控制在10米以內(nèi)，以此便可有效滿足公路橋梁橋臺填土壓力需求。橋臺是公路與橋梁的銜接部位，為保障橋梁穩(wěn)定性，需要做好橋臺設計工作。所以，在設計山區(qū)高速公路橋梁橋臺時期，設計人員應開展好下述幾方面工作：一是有效確立橋臺高度與橋梁上部結(jié)構(gòu)之間的關系。在設計橋臺時要盡可能降低橋臺高度，使得高速公路上部結(jié)構(gòu)長度能夠盡可能延伸，為工程建設奠定良好基礎。二是為避免橋臺臺身出現(xiàn)裂縫的情況，可以使用換填片石混凝土施工技術來對基地進行施工處理；如橋臺規(guī)模較大，則可以在外露在墻身部位設置相應的鋼筋網(wǎng)，避免橋臺產(chǎn)生大面積裂縫。

3.3 橋梁下部結(jié)構(gòu)設計實踐

由于山區(qū)地形地貌多變，倘若設計過多的橋墩，將會占用較大面積的農(nóng)田，倘若設計過高的橋墩，則會加大施工難度。現(xiàn)階段，常規(guī)橋墩下部結(jié)構(gòu)主要包括有重力式墩、柱式墩、空心墩、薄壁墩等形式，其中，重力式墩結(jié)構(gòu)一般利用自身重力來協(xié)調(diào)外力，提升主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，但不適用于地基基礎相對差的地區(qū)；柱式墩等結(jié)構(gòu)施工便捷，外觀質(zhì)量可控，同時具備可靠的過水性，適用于一系列地質(zhì)條件。其他形式應結(jié)合具體墩高及外觀要求進行選擇。另外，山區(qū)高速公路橋梁設計中需要高度重視耐久性設計。設計人員在設計實踐中應全面考慮一系列影響因素，諸如考慮車輛荷載、風雨等因素對橋梁結(jié)構(gòu)的影響，從橋梁結(jié)構(gòu)耐久性角度著手開展設計，進而切實保障橋梁結(jié)構(gòu)設計整體質(zhì)量，增強橋梁安全穩(wěn)定性。因為山區(qū)橋梁主要為小半徑曲線形式，為了增強橋梁的抗扭性、穩(wěn)定性，應盡量避免拼裝結(jié)構(gòu)，而可采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)形式等[6]。同時，橋梁耐久性受施工材料質(zhì)量很大程度影響，所以必須要開展好材料控制工作，不管是在主梁還是在蓋梁等區(qū)域施工過程中，均應選取質(zhì)量有保障的混凝土材料。除此之外，還應有效考慮環(huán)境因素，開展好對周圍自然環(huán)境的分析工作，切實考慮地下水可能造成的腐蝕性問題等。

4 結(jié)束語

總而言之，因為山區(qū)高速公路橋梁建設是一項系統(tǒng)復雜的工程，在橋梁工程中設計工作至關重要，相關人員應考慮方方面面內(nèi)容，開展好現(xiàn)場勘察分析工作，從上部結(jié)構(gòu)設計、支座設計、下部結(jié)構(gòu)設計等方面著手，根據(jù)實際情況設計科學合理的方案，保障橋梁結(jié)構(gòu)的安全性，從而改善高速公路的實用性，保證交通運輸行業(yè)的健康發(fā)展。