山區(qū)高速公路橋梁設計研究

楊書針、蘇鑫

（聊城華鑫公路勘察設計有限責任公司，山東 聊城 252000）

0 引言

我國幅員遼闊，在修建高速鐵路的過程中，經常會遇到一些特殊的地形地貌。為了克服這種地質條件下的隔離度問題，通常采用架空的方法來達到高速公路之間的聯(lián)系。根據(jù)山地地質條件的特點，正確把握設計要領，制定出一套科學、合理的設計方法是非常重要的。在設計過程中，要注重對細節(jié)的把握，以保證項目的整體品質。

1 山區(qū)高速公路橋梁的特殊性和必要性分析

1.1 山區(qū)高速公路橋梁的特殊性

山區(qū)公路大橋建設與傳統(tǒng)的建設條件有很大區(qū)別，山地地區(qū)地勢成分比較復雜，路面高差大，斜坡陡峭，容易發(fā)生滑坡事故。由于其特殊性，其平面、縱、橫三個方向均受到制約，一般呈現(xiàn)出平曲線多、縱坡大等特征，為了更好地適應當?shù)氐沫h(huán)境，要修建更多的彎坡橋、更大的橋墩和更多的橋墩。在具體的工程中，施工單位應注意結構的合理調整，使其與地貌的協(xié)調一致，盡量減少滑坡等意外。我國地勢以山地為主，公路工程本身就比較繁雜，尤其是大橋這種重要的工程，其結構的設計和施工都有很大的困難，所以針對山地的地貌特征，開展橋梁的設計尤為重要。

1.2 山區(qū)高速公路橋梁設計的必要性

公路是城市社會和經濟發(fā)展的基礎，對促進區(qū)域經濟和社會的協(xié)調發(fā)展具有積極意義，且山區(qū)高速公路在近些年的發(fā)展中得到了越來越多的關注，山區(qū)道路的建設也在快速發(fā)展，但相對于一般的地方，山地地形條件更加復雜，給山區(qū)高速公路的設計帶來了困難。在山區(qū)公路橋型的基礎上，設計人員應根據(jù)地區(qū)的實際情況進行設計。由于山區(qū)高速鐵路的施工往往涉及一些河流和隧道工程，因此在施工中要根據(jù)施工現(xiàn)場的具體條件，保證施工的正常進行，提高施工質量。搞好山區(qū)公路的橋梁結構，既能保證公路的正常運營，又能解決當?shù)厝罕姷慕煌▎栴}，有利于當?shù)氐纳鐣洕l(fā)展。因此，必須優(yōu)化山區(qū)道路的橋梁結構。

2 山區(qū)高速公路橋梁設計原則

2.1 安全穩(wěn)定性原則

由于我國山地面積較大，大約有2/3 的國土面積，地形復雜多變，給公路施工帶來了極大困難。為了保證山區(qū)公路橋梁的設計能夠更好地進行，設計者必須保證其工作與現(xiàn)實的環(huán)境相適應。目前，在某些一般區(qū)域，一般采用標準化程度高、技術完備、對現(xiàn)場養(yǎng)護的要求較少的組合結構，從而為后續(xù)標準化、系列化施工提供一定的便利。在山地橋梁的設計中，應選擇技術完備、協(xié)調性好、受力明確、結構安全性好的橋式。山區(qū)高速公路的橋面可采用多種不同的構造形式，既要確保結構的安全性和可靠性，又要根據(jù)結構的耐用性進行設計，以確保結構設計的科學性。此外，山地地形條件較差，因此在實際工程中既要充分重視基礎荷載，又要充分反映風荷載、雪荷載等特點。另外，由于受山區(qū)地形的制約，山區(qū)的公路施工大多采取了高墩式的橋型，橋面的實際跨徑比較大，因此在山區(qū)公路上實現(xiàn)有效運用，必須對其進行整體的安全性分析。

2.2 經濟協(xié)調性原則

從以往山區(qū)的公路大橋的設計實踐來看，在施工中應該注意節(jié)約的原則，從對線路方案的選擇、橋隧結構的合理設置、必要的橋隧方案、合理的橋隧方案的選擇等方面進行探討，在減少造價的同時，又能為工程建設帶來較好的經濟效益。另外，在山區(qū)公路橋梁的設計中，還應遵循因地制宜的原則、就地取材的思想，使其在建筑的作用和施工環(huán)境之間保持密切的關系，并盡量選擇最適合的橋型。在進行橋梁結構設計時，必須對當?shù)氐牡乩憝h(huán)境和人文條件進行調查，從而最大限度地發(fā)揮出橋梁設計的真正意義。實際的橋梁結構必須與周圍的自然環(huán)境相結合，并盡可能地減少對周圍的環(huán)境的沖擊，避免橋梁施工造成的大填大掘，提高生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性。

例如，在確定設計和設孔洞的時候，既要保證合理的結構，又要保證高跨比例的協(xié)調，在有條件的前提下，盡量選擇較經濟的跨徑，以保證景觀協(xié)調，同時在穿孔時還要保持跨徑的整體性和協(xié)調。不管是大橋的整體設計，抑或是其他設計，都應該遵循“盡可能少的損害就能得到最好的保護”的原則，盡量減少對當?shù)丨h(huán)境造成的沖擊。

2.3 橫坡及橋涵設計原則

山區(qū)公路橋梁在進行結構優(yōu)化時，常常會遇到斜坡問題，因此設計者在施工時要避免高填方路堤的發(fā)生，同時采用板路板橋的方式來加強側向邊坡的穩(wěn)定性。若橋墩位置發(fā)生左、右橫向較大時，可根據(jù)下列三個準則進行處理：

一是適當降低高側橋墩的樁頂高度，避免低側樁基大量露出。

二是采取高側樁基礎開挖工作，避免對斜坡的穩(wěn)定造成影響。

三是選擇高低墩，使兩側樁頂標高處于此水平線之下對應的高度，并將高側樁基處的樁頂系梁與低側橋墩相連。根據(jù)工程的具體情況，設計人員采取上述兩種方案。

此外，如遇跨V 型峽谷時，必須避免在谷底中部設橋墩，以確保與當?shù)氐貏莸奶攸c相一致，要適當調整對臺的高度和跨徑的布孔形式。

3 山區(qū)高速公路橋梁設計關鍵問題

3.1 設計理念存在偏差

根據(jù)山區(qū)公路大橋建設的基本特征，保證其穩(wěn)定和安全是必不可少的，必須根據(jù)工程的實際情況，對其進行科學優(yōu)化，提高其合理性。而對于工程實踐來說，許多的干擾都會對其產生一定影響，另外部分施工人員由于缺乏足夠的專業(yè)知識，不能夠進行正確的選型和選型，導致了工程的可行性不高。在某些情況下，如果設計圖紙不夠完備，不能精確地說明技術要領，導致后期的工程建設困難，容易發(fā)生工程質量問題。

3.2 施工難度大

在山地條件下，高速公路橋梁的建設難度大、復雜程度高。由于場地面臨的地形和施工條件在設計時沒有得到很好地解決，這就要求項目的管理者具備更高的技術需求，以便在工地上根據(jù)存在的問題制定更加科學的最佳方案。

另外，在建設過程中，沒有實施相應的管理體系，缺少全面的建設管理。從橋梁工程中的安全事件來分析，各種事故的發(fā)生都與不完善的管理體系有著緊密的聯(lián)系。

3.3 基礎設計問題

整個橋梁的施工過程中，地基的設計對整個橋梁的施工具有舉足輕重的作用。在一些工程場地，由于工程地質情況較好，基體基本處于較穩(wěn)定的情況下，開挖拓寬地基是可行的。但對于結構較弱的涵管，在這種情況下，地基較薄。一些區(qū)域土壤較為疏松，雖然有較好的基底，但由于處于較深的地層中，故應采用樁基的方式。在設計橋梁地基時，設計人員必須考慮到地形、生態(tài)環(huán)境等因素的影響。

3.4 鋼筋混凝土耐久性問題

施工中的重點是施工中的鋼筋混凝土，采用混凝土可以提高鋼筋的抗剪能力，同時也可以采用包裹的方法來達到加固的目的，因此如何選用合適的鋼筋混凝土結構是非常重要的。由于電化學作用，導致鋼筋腐蝕，再加上應力狀態(tài)等因素，對鋼筋混凝土的整體穩(wěn)定構成了嚴重威脅。其由于暴露在自然條件下，受到各種物理因素和過程的影響，隨著長時期的發(fā)展，會引起混凝土的內部改變，并對其產生一定的侵蝕。為了解決這一問題，可以選用耐腐蝕的環(huán)氧樹脂加固，或者在混凝土結構表面加一層涂料，以達到對建筑的良好防護。

4 山區(qū)高速公路橋梁設計優(yōu)化措施

4.1 設計方案的優(yōu)化

山地地區(qū)的地質條件和自然條件都很特殊，因此通過實地勘察可以了解工程建設狀況，并根據(jù)調查的成果制定出合理的設計計劃，從而提高其穩(wěn)定性。目前，我國的橋梁結構分為大跨徑和標準跨徑兩種類型，兩者都有不同的設計控制需求，所以在進行設計時設計人員會遇到不同的問題。一般情況下，在山地橋梁中采用的是標準跨型，其具有提高設計可能性、可操作性和安全性等優(yōu)點，而且投資費用也比較低[1]。

4.2 施工材料合理選擇

橋面結構的結構形式多種多樣，其中最具代表性的就是混凝土和鋼筋，這兩種材質都要保證其品質，并采用合理的運用方式，才能提高其綜合性能，保證整個橋面的安全運行。采用的鋼筋和混凝土應符合要求，并要嚴格遵守現(xiàn)行的橋梁規(guī)范，進行合理設計和建造。

4.3 不同橋梁設計要點

山地地區(qū)的地貌特征具有很大的差別，因此設計人員應根據(jù)當?shù)氐木唧w條件制定相應的設計。若為曲線、大縱坡長橋，則在此階段的結構設計中必須注意結構的穩(wěn)定和位移；對于大縱坡和長橋組合的情況，在結構上必須注意位移，在垂直和垂直兩種變形的同時，也要防止位移。

5 山區(qū)高速公路橋梁設計實踐

5.1 橋梁上部結構設計實踐

在各種施工條件下，施工單位要根據(jù)不同的施工場地選擇合適的橋型，可以選擇的橋型主要有：

一是采用管柱形式，即前管后段的形式。在實際工程中，如果單孔直徑不超過20m、伴有軟弱地基、不穩(wěn)定的建筑物可以采用管柱支護結構來提高其穩(wěn)定性；如果單孔直徑大于20m，采用先管后管結合的方法進行設計。

二是在橋墩高度小于70m 的情況下，可以采用T型梁和小箱梁進行組合，而在橋面間隙較窄的地方，可以采用中空鋼板進行填筑[2]。在此期間，采用這種結構材料，既能達到減少施工費用，又能提高施工質量，提高施工效率。而20m、25m、30m 的跨度可以選擇小箱梁和T 梁。對于跨越40 多公尺以上的小型箱梁橋，由于重量較大，可以采取T 梁法進行施工。

三是半徑不超過250m 的曲線橋、立交主線橋，可以采取連續(xù)封閉的連續(xù)箱梁和連續(xù)板型。此外，由于山區(qū)平曲線段架橋較多，故以250m 為界限，以直徑250m 以下的預應力混凝土梁彎橋，其布置必須合理。對于半徑較大、橋梁較短的橋梁，采用“并行布置”方法優(yōu)化橋墩的結構，以實現(xiàn)橋梁上部預制梁的跨徑和縱向的協(xié)調。另外，在實際工程中，必須保證橋墩與線路的縱向平行，根據(jù)彎道的走向進行合理結構布置，以保證大橋的順利通行。

5.2 橋梁支座設計實踐

為了避免結構變形，多跨連續(xù)橋可以在橋頭中部設置固定支架，并在橋頭設置橫向滑移支架，以保證結構的整體位移在橋面上均勻分布。在設計時，設計人員必須充分重視橋面的傾斜，如果是彎型橋墩，則采用側向位移，從而達到對橋面行駛時的抗側力。此外，山區(qū)高速公路橋臺的主要結構有三類：重力U 形橋臺、肋板式橋臺、樁柱式橋臺，特別是重力U 形橋臺。根據(jù)有關的技術規(guī)范，將U 形橋的重量限制在10m 以下，達到對橋墩的要求。橋墩是連接道路和橋梁的重要組成部分，為了保證其穩(wěn)定，必須對其進行合理的橋墩結構設計。因此，在進行山區(qū)公路大橋橋墩的規(guī)劃中，必須做好以下工作：

一是確定大橋臺的高程與橋墩上部構造的相互影響。設計橋臺時，應盡量減小橋梁臺的高度，以便最大限度地延長高速公路的上部構造，從而為施工打下堅實的地基。

二是為了防止橋臺臺體開裂，采用更換碎石水泥的方法進行加固，如橋臺比較大，可以在墻體上安裝相應的鋼絲網(wǎng)，從而避免橋臺發(fā)生大范圍開裂。

5.3 橋梁下部結構設計實踐

目前，傳統(tǒng)的橋墩下部結構有重力墩、柱墩、空心墩、薄壁墩等，在這些類型的墩上，通常采用自重作用來平衡外力，提高結構的穩(wěn)定度，但不適合在較低的地方；柱式墩等結構，易于操作，外形品質較好，且具有良好的防水性能，適合各種不同的地形，其他形狀的選用要根據(jù)特定的墩高和外形的需要而定。在實際工程中，設計人員需考慮到車輛荷載、風雨等因素對橋梁的影響，并從耐用性的觀點出發(fā)，有效保證橋梁的總體設計和施工的安全性。由于山地橋梁多為小直徑彎型，應盡可能地避免裝配式，以提高其抗扭性和穩(wěn)定性，并采取現(xiàn)澆型等措施。建筑材料的品質對橋梁的壽命有很大影響，因此工作人員要做好材料管理方面的工作，在梁、柱等部位都要選擇有質量保證的混凝土。另外，設計人員還要充分重視環(huán)境影響，做好周邊自然環(huán)境的調查，切實解決地下水的侵蝕問題。

6 結語

山區(qū)公路既是實現(xiàn)現(xiàn)代化運輸產業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，又是實現(xiàn)高質量發(fā)展的必然選擇。公路的修建可以促進山地地區(qū)的發(fā)展，但由于山地條件的特殊性，地形、氣候等因素都會給橋梁的建設和運行造成一定的影響。因此，施工前設計人員必須嚴格遵守現(xiàn)行的施工技術規(guī)程，制定合理的施工方案，保證橋梁的穩(wěn)定性和安全性。