山區(qū)高速公路橋梁設計關鍵要點及優(yōu)化措施

倪志軍

湖北長江路橋有限公司 湖北 武漢 430000

改革開放以來，中國社會經(jīng)濟快速發(fā)展，交通運輸業(yè)也取得了很大進步。公路建設規(guī)模迅速擴大。橋梁工程作為道路最重要的組成部分，特別是山區(qū)已經(jīng)設置了大量橋梁。面對復雜的地質(zhì)地貌環(huán)境，應結合實際科學設計橋梁工程，為后期施工工作提供可靠的指導，確保山區(qū)高速公路橋梁的施工質(zhì)量和經(jīng)濟效益。但部分山區(qū)公路橋梁設計缺乏對現(xiàn)場環(huán)境的關注，沒有嚴格按照相關技術規(guī)范進行設計，設計方案的可行性不足。為保證山區(qū)高速公路橋梁的設計質(zhì)量，設計者應緊密結合區(qū)域氣候條件和地理環(huán)境，掌握設計要點，為山區(qū)高速公路橋梁施工質(zhì)量奠定堅實基礎。

1 山區(qū)高速公路橋梁設計特點

1.1 跨徑設計

山區(qū)高速公路橋梁跨度設計比較復雜，設計人員在設計工作中需要遵循因地制宜的原則。通過比較和選擇設計方案，可以選擇更合理可行的設計方案?？缍仍O計應能滿足導航需求。應根據(jù)河道設置更大跨度，在變化的河流上設置多個通航口岸，以提高橋梁的通航能力。在跨度設計中，最好不要選擇地質(zhì)地貌條件復雜的地區(qū)，比如水流快的地區(qū)。設計者可適當增加跨度，以避開地質(zhì)地貌條件復雜的路段。確保橋梁結構受力點位置合理。對于連續(xù)梁結構和連續(xù)剛架橋梁，應保持良好的跨高比，以確保橋梁中間和兩側彎矩力相同。在跨度設計過程中，還要考慮其經(jīng)濟性，根據(jù)施工技術和經(jīng)濟性確定合適的跨度，在最大限度地減少投資的同時，努力保證質(zhì)量和量地完成山區(qū)公路和橋梁的建設。山區(qū)高速公路橋梁質(zhì)量易受地形、地質(zhì)影響，但水文對橋梁設計的影響相對較小。在設計過程中，應確保橋梁跨度滿足施工區(qū)道路建設的需要[1]。

1.2 跨越河流

山區(qū)河流比例高，山區(qū)河流一般具有合流時間短、流速快等特點。河床斷面以U型或V型為主。山區(qū)高速公路橋梁容易受到泥石流、塌方等自然災害的影響，設計師在設計山區(qū)高速公路橋梁時需要考慮這些情況是否會發(fā)生。在峽谷和河流地區(qū)修建山區(qū)高速公路橋梁時，重要的是不要壓縮橋體河床，使盡可能多的通道通過洞口。如果你不能通過這些洞，你需要盡量減少橋墩的數(shù)量。樹樁可以設置在河流比較緩慢的位置。

1.3 跨越深溝

山區(qū)高速公路橋梁跨深溝時，應以跨度布置為主，注意不要將跨度置于溝中央，以免雨后水流對跨度體產(chǎn)生強烈沖擊，影響跨度穩(wěn)定性。大雨也會引起泥石流，樹樁受到石頭沖擊容易產(chǎn)生裂縫等問題，影響橋梁整體穩(wěn)定性。當橋墩高度變化較大時，設計人員可采用組合跨度以更好地適應施工區(qū)域的地形條件。

1.4 跨越泥石流溝

山區(qū)的一些公路橋梁需要過泥石流溝。在設計過程中，橋墩不宜布置在溝槽中，否則溝槽流量的增加會對橋墩產(chǎn)生重大影響，從而影響橋梁下部結構的穩(wěn)定性。設計人員應盡量通過洞口，妥善處理護岸和導流道設置等泥石流溝，以免泥石流災害對橋梁結構造成破壞。

2 山區(qū)高速公路橋梁設計關鍵要點

2.1 合理選擇橋型設計

一是地質(zhì)條件差的山區(qū)高速公路橋梁型設計。山區(qū)地質(zhì)環(huán)境復雜，不良地質(zhì)條件可對橋型方案的實施產(chǎn)生重大影響，特別是在喀斯特地區(qū)。該路段宜選擇跨度大的橋型，盡量減少橋墩數(shù)量。如果橋梁在斷層帶內(nèi)，選擇大跨度橋梁類型，斷層帶兩側不應有相同的基礎。當橋梁施工正好處于滑坡區(qū)域時，設計應遵循橋梁施工前處理滑坡病害的原則，橋墩布置也應避免滑坡的位置。二是過江大橋的橋型設計。山區(qū)河谷一般較深，河床較窄，豐枯水期河流流量差異較大。如果公路橋梁需要通過這個路段，橋墩的數(shù)量需要盡量減少。如果橋墩不可避免地落河，設計時應注意河道侵蝕和滾石對橋梁基礎和橋墩的影響。三是現(xiàn)有鐵路段的橋型設計。要根據(jù)山區(qū)公路水平科學預留一定寬度，充分考慮建橋?qū)﹁F路的潛在影響。為盡量減少橋梁施工對鐵路運營的影響，應選擇較為簡單的施工工藝和技術。

2.2 橋梁上部結構設計

山區(qū)高速公路橋梁的傳統(tǒng)上部結構類型通常包括預制T形梁、小箱梁、鋼－混凝土復合梁、鋼箱梁和現(xiàn)澆預應力混凝土連續(xù)箱梁。橋梁設計時應根據(jù)線形、跨度高、水文、地質(zhì)、施工條件等不同因素合理選擇橋梁上部結構型式。首先，當橋墩高度小于70m時，預制T梁和小箱梁往往是強制性的解決方案。兩種類型的橋梁都具有設計和施工技術成熟、裝配施工方便、穿越能力強等優(yōu)點。但在相同跨度下，T梁上部結構高度高，景觀效果差，小箱梁剛性高，扭轉(zhuǎn)性能好，景觀效果較好。但大跨度小箱梁上部結構較重，對吊裝設備要求較高。通常，考慮到山區(qū)施工和吊裝不便等因素，橋?qū)挸^30m的情況下，T梁橋較為普遍。當橋墩較高時，T型梁與橋墩之間的固結比較方便。二是半徑不超過250m的曲線橋，可連續(xù)封閉連續(xù)箱梁和連續(xù)板結構。曲線橋橋墩高、支柱安裝困難時，在滿足抗傾覆計算要求的情況下，還可以采用鋼制橋頂起施工[2]。另外，在橋梁抗震要求高、橋下凈空有限或穿越繁忙道路的情況下，具有自重小、剛度強、布局靈活、建筑高度低、頂棚施工快等優(yōu)點，對電流影響最小，故采用鋼-混凝土組合梁、優(yōu)選鋼箱梁等鋼橋。但鋼結構橋梁成本高，易腐蝕，維護相對困難，耐火性差，抗疲勞設計不足。因此，設計必須考慮多方面。另外，考慮到山區(qū)曲線橋的數(shù)量較多，可以采用“平行配置”的方法優(yōu)化橋墩結構，使其半徑更大，橋梁長度更短，實現(xiàn)橋梁上部預制件梁的跨度和縱向的協(xié)調(diào)。

2.3 橋梁支座設計

山區(qū)高速公路橋梁支撐體的設計首先要確保支撐體具有足夠的垂直承載力，才能有效地承受橋梁上部結構的水平應力。為了防止橋梁支座在后期使用中變形，可以使用多跨度連續(xù)橋梁。中間橋墩可采用固定支撐體設計，橋臺可采用縱向滑動支撐體設計。通過該方法，可以將橋梁的變形應力分配到橋梁的跨度內(nèi)。對于單柱橋墩和橋梁支座，設計人員需注意翻車。如果是曲線橋，橋梁工程通車后對中間橋墩進行橫向位移處理，可有效抵抗偏心荷載應力。另外，橋臺的設計也是山區(qū)高速公路橋梁設計的重點之一。目前我國橋墩的一般形式有助板墩、重力U型墩和樁柱墩。相對而言，重力式U型橋臺綜合應用效果最好。根據(jù)有關規(guī)定，為滿足山區(qū)高速公路橋梁臺填土壓力要求，已知重力式U橋臺不得超過10m。在橋梁工程施工過程中橋臺是連接橋梁與道路的紐帶，因此需要充分重視橋臺的設計。具體應注意兩個方面：明確橋梁上部結構與橋臺高度的關系。在設計過程中，盡量降低橋臺的高度，延長道路上部結構的長度。二是為避免橋臺臺身出現(xiàn)裂縫的問題，地基處理技術可采用毛石混凝土回填施工技術。如果橋臺較大，可以在墻外的暴露部分適當添加鋼絲網(wǎng)，以避免橋臺出現(xiàn)較大裂縫。

2.4 橋梁下部結構設計

在計算彎橋高墩設計時，應考慮偏心荷載、離心力和風荷載的影響。各樁的剛度必須一致，差異太大不能提高抗震性能。當樁高小于35m時，底部為圓柱形樁。樁高超過35m時，可采用雙柱實心（空心）方形橋墩。橋梁下部結構形式應盡量整合統(tǒng)一，減少樁柱類型，便于施工。如果基礎底部與巖石下墊相同方向的斜面，則必須使用樁基。使用雙柱樁時，通常以鉆孔樁為基礎。但是，在地層中存在軟弱的中間層、砂礫、巖石等地質(zhì)條件或易崩塌的地質(zhì)條件、氣體或氣體等有害氣體的情況下，不允許使用鉆孔樁。對于陡坡，應根據(jù)坡度的影響增加樁身深度。應通過控制增加坡面內(nèi)埋樁深度，相鄰樁間樁底高程差不得超過相鄰樁間純距離。膨脹基礎底部應布置在巖石層之上，基礎深度應與水流侵蝕和承載力一致?；A不能放在滑坡、崩塌等不穩(wěn)定的斜坡上。在同一橋墩柱高度不同的情況下，采用底部延長樁的形狀可以減少填土量和對山坡的破壞。原則上不應進行開挖，也不應進行過度開挖。在陡坡上設置高架橋，盡量避免在山區(qū)將橋梁長度延長至2—3m。梁向山上延伸，地質(zhì)條件良好，可直接開挖巖層。

2.5 橋梁結構耐久性設計

在山區(qū)高速公路橋梁設計過程中，設計者首先要充分認識到橋梁結構耐久性的重要性，高度重視結構耐久性，綜合考慮強風、雨雪、車輛荷載等各種影響因素。基于耐久性科學，橋梁結構設計應確保整體設計質(zhì)量，以及結構的穩(wěn)定性和安全性。從橋梁結構耐久性的角度出發(fā)，必須開展設計工作，以確保整個項目的設計質(zhì)量。要根據(jù)實際情況選擇耐久性好的材料，不斷完善橋梁結構設計方案。處理各種各樣的詳細，后期考慮施工和維護成本等各種各樣的方面。

2.6 附屬結構及排水設計

各種附屬結構和排水系統(tǒng)的優(yōu)化設計也對山區(qū)高速公路橋梁的總體設計質(zhì)量，特別是高速公路橋梁的穩(wěn)定性有著重大影響。在具體設計中，應注意抽屜板的設計。如果有橋梁施工的路段是均勻的巖層，橋臺的位置在開挖路段，設置坡道就不容易了。其次，注意橋梁伸縮裝置的設計。當橋梁設計成高墩結構時，設計者需要仔細考慮其伸縮情況，在一定程度上計算其伸縮裝置的伸長量。再次，橋面防水排水設計。根據(jù)橋梁工程的具體位置，合理優(yōu)化橋面防排水設計。橋梁在凹曲線上時，應設置與曲線低凹點相對應的排水孔，對排水管進行加密。如果橋梁工程需要通過敏感水源保護區(qū)或通過儲區(qū)，橋面宜采用集中排水，隔油沉淀，可設計滿足排放標準。在具體設計過程中，橋面水應引至附近邊溝，不得直接排放到道路上。否則會污染路面，也會影響道路的正常運行[3]。

2.7 橋梁防滑坡設計

有高速公路橋梁的山區(qū)氣候條件往往很復雜。如果下大雨或大雪，汽車在這條路上行駛時很滑。稍有不慎就會導致嚴重的交通事故。針對這一問題，設計者在設計山區(qū)高速公路橋梁時要求加強防滑設計，根據(jù)具體地形，科學設計防滑，避免車輛運行時的打滑，確保車輛安全。設計者需要注意背壓、減載、地面排水等因素，最大限度地降低滑坡風險，確保山區(qū)高速公路橋梁安全。如果無法避免滑動，可以對滑動體采取必要的保護和加固措施。防滑設計方案的具體選擇，需要設計者深入現(xiàn)場調(diào)研、分析研究，分析當?shù)貙嶋H情況，選擇最佳設計方案，確保橋梁安全。

3 山區(qū)高速公路橋梁設計優(yōu)化策略

3.1 設計方案的優(yōu)化

山區(qū)的獨特性主要表現(xiàn)在地形和自然環(huán)境上。為了充分了解和掌握整個項目的實際情況，在項目啟動前對整個站點進行調(diào)查，并將所得數(shù)據(jù)信息作為設計參考，實現(xiàn)科學的工程設計方案是一種有效而重要的方法。設計方案的科學性是有效提高橋梁穩(wěn)定性的關鍵。一般來說，橋梁有兩種結構形式。即大跨度橋梁和標準跨度橋梁。由于這兩種結構形式在設計控制要求上存在一定差異，因此在設計過程中出現(xiàn)的問題也可能存在差異。一般來說，山區(qū)高速公路橋梁最常見的結構形式是標準的跨度橋梁，可以提高設計的可行性，在施工過程中具有良好的可操作性和安全性。此外，與其他結構形式相比，這種結構形式需要更低的投資。

3.2 施工材料的合理選擇

在高速公路橋梁整體施工中，施工原材料非常重要，所選原材料的性能在一定程度上決定了高速公路橋梁設計的安全性。在山區(qū)高速公路橋梁施工過程中，混凝土和鋼筋是最常見的建筑材料類型。因此，這兩種原材料的質(zhì)量需要在選擇過程中得到充分保證。在此基礎上，在施工過程中，要保證原材料的使用具有一定的科學性，從而提高橋梁整體性能，為橋梁整體運行過程的穩(wěn)定性提供基礎和支撐。使用鋼筋和混凝土材料時，應確保材料與整個項目兼容，并嚴格遵守最新的橋梁規(guī)格和標準。在進行橋梁設計和工程施工時，必須確保其合理性。

3.3 不同橋梁設計要點

山區(qū)地形有顯著差異。在高速公路橋梁設計過程中，應結合現(xiàn)場實際環(huán)境條件，確保設計方案具有一定的針對性。例如，在設計彎道和大縱坡長橋時，需要充分分析和關注可能的穩(wěn)定性要求和位移問題。由于大縱坡和長橋所處的施工現(xiàn)場條件和地形環(huán)境特點，需要高度重視位移問題。除了垂直法和垂直法之外，位移也容易產(chǎn)生偏差。因此，有必要充分考慮這些可能性。上述情況對橋梁設計方案的內(nèi)容非常重要。因此，在山區(qū)高速公路橋梁早期設計階段，需要高度重視這些情況，否則會嚴重影響整個項目的施工質(zhì)量，導致整個橋梁在實踐中不能正常應用。

3.4 結構設計

結構在任何建筑工程中都起著重要的支撐作用。山區(qū)高速公路橋梁在施工和運營過程中，外部自然環(huán)境往往嚴重影響高速公路橋梁的各種荷載結構位置。其中，主要發(fā)生風荷載、地下水破壞以及對自然環(huán)境和氣候暴露地區(qū)的腐蝕。當這些問題發(fā)生時，整個公路橋梁的穩(wěn)定性將嚴重而直接地遭到破壞。隨著高速公路橋梁使用時間的增加，這些因素將對整個高速公路橋梁產(chǎn)生重大影響，使建筑材料性能逐漸下降。在這種情況下，公路橋梁的結構發(fā)生變化，伴隨車輛在橋梁上行駛而產(chǎn)生動荷載，導致公路橋梁整體施工出現(xiàn)問題，最終影響耐久性[4]。

4 結束語

總之，山區(qū)公路建設對國民經(jīng)濟的發(fā)展起著至關重要的作用，而我國國土遼闊，地形復雜。因此，在山區(qū)修路時，必須考慮橋梁設計問題。在具體實施中，要根據(jù)現(xiàn)場情況選擇合適的施工工藝，確保施工順利進行，減少不必要的成本投入，最后在橋梁設計中要根據(jù)實際工程量確定相應的計算公式，使計算結果更加準確可靠。山區(qū)高速公路橋梁結構設計應嚴格遵循安全、經(jīng)濟、因地制宜、和諧的基本要求。要優(yōu)化橋梁上部結構和橋墩設計，確保其設計科學、合理、有效。同時，還可以提高橋梁施工質(zhì)量，促進公路建設的發(fā)展。