山区高速公路桥梁设计关键问题研究

山区高速公路桥梁设计关键问题研究
发布时间：2023-02-17T00:56:12.958Z 来源：《城镇建设》2022年第19期10月作者：宋熙龙1 杨琪2 贺新礼1 [导读] 桥梁设计一直以来都是公路工程建设的重要问题，
宋熙龙1 杨琪2 贺新礼1
1.湖北省交通规划设计院股份有限公司湖北武汉 430051
2.武汉生态环境设计研究院有限公司湖北武汉 430051
摘要：桥梁设计一直以来都是公路工程建设的重要问题，尤其是在山区高速公路项目中，由于路线范围内的地形地势条件复杂多变，所以相较于平原地区，桥梁设计难度大、要求高，需要整理并分析设计中应注意的关键问题。

基于此，本文将对山区高速公路桥梁设计关键问题进行分析。

关键词：高速公路桥梁；山区；桥梁设计；关键问题
1 山区高速公路桥梁设计的必要性
在山区修建高速公路桥梁本身与常规的施工环境不同，山区自身地形与地质情况十分复杂，存在横坡变陡和地面高差大等特征，施工过程中山体滑坡和山体崩塌等灾害发生概率较大。

在进行线路布设期间，因为地形的特殊性，路线平面、纵面和横断面都会存在一定的限制，由此也普遍的表现出纵坡大、平面曲线多等特征。

为了保障所设计的高速公路能够提升与现场地形的相互适应性，在高速公路桥梁建设期间也需要建设更多的弯坡桥梁和更大规模的高墩桥梁，并且也需要设置更多的墩台结构，还需注重各个部分细节的构造优化，提升其与地形和地质之间的协调性，尽量避免出现滑坡等严重事故。

且由于我国本身的地域十分辽阔，地形也多以山地和丘陵为主，在建设高速公路期间本身具有十分复杂的问题，而桥梁作为其中的关键工程内容，设计难度也会明显提升。

所以根据山区的实际地形特征与特点，对桥梁的设计工作深入研究有着十分必要的意义。

2 山区桥梁特性
公路建设存在的主要问题往往来自地质和水文的影响。

当地形条件变化较大、地质条件存在岩溶、软基等不良地质时，会给桥梁设计造成较大困难。

桥梁选位处水系发达，水流冲刷较大时，同样会造成桥梁布设困难。

因此路线布设时常出现平曲线较多、半径较小、纵坡较大情况。

加之山区地形多变，常出现陡坡或半填半挖路段，该段进行桥梁布设时会出现半路半桥或多挡墙的情况。

另外，由于山区地形的限制，桥梁常出现高墩大跨径的桥型，增加设计难度。

3 山区高速公路桥梁设计原则
3.1 地质条件影响
桥梁进行结构选择以及方案确定时，应考虑桥梁所处位置的地形地质条件以及地貌特征，根据这些因素综合考虑桥梁的布置形式、桥墩桥台的位置、跨径尺寸。

设计时应尽量避免出现过大山体开挖，防止山体发生滑坡等地质灾害，导致桥梁的安全性受到威胁。

桥梁在进行设计时，布局方式应与公路路线的走向相顺应，桥梁作为路线的控制点，应考虑路线的影响因素。

与此同时，路线在布设时也应考虑桥梁的影响因素，二者相辅相成，保证方案设计时路线与桥梁相匹配。

3.2 高跨比协调
进行山区中小跨径桥梁设计时，高跨比主要影响桥梁的经济性和美观程度，因此高跨比应与自然环境相协调，选择合理高跨比使桥梁与环境相适应，达到桥梁的美观效果和经济性。

3.3 合理选择结构形式
进行中小跨径桥梁设计时多采用装配式结构，因此桥梁应选择标准化、装配化较高的结构形式，通过该形式可进行质量、进度控制。

结构形式确定时最大程度减少斜交桥梁的使用，特殊地形的桥梁可通过加大跨径、调整水沟的方式进行解决。

4 山区高速公路桥梁设计关键问题
结合目前我国大量的山区高速桥梁建设的案例分析，此领域中包含各种类型的桥梁形式。

因此要想保障整个桥梁结构的安全性，需要将合适的结构形式选择作为关键点，根据其内部的构造特征选择适合的优化措施。

4.1 上部结构部分
4.1.1跨径布置
第一，山区地形有很大的起伏变化，一般需要结合地形条件确定适宜的跨径，不能完全根据墩高进行频繁调整，如果墩高发生很大的变化，则可组合使用两种不同的跨径。

若桥梁有多种跨径方案可供选择，则可根据上下部结构方案实施造价分析，在综合对比后再确定适宜的方案，并优先考虑标准跨径方案。

第二，对于山区公路十分常见的曲线桥，若按照不等梁长方式进行布置，则要以曲线半径大小为依据，在确定适宜的跨径及墩台中心线具体位置的过程中，充分考虑以下两点：
其一，当曲率半径相对较大时，内、外弧线长度相差不能太大，可按照内弧长和标准跨径完全一致的要求布置，在这种情况下，立面跨径依然是标准值，在设计中概念相对清晰，墩台位置和跨径也比较明确，对提高设计效率与质量都有很大帮助。

其二，当曲线半径相对较小时，可按照半幅桥中线弧长与标准跨径完全相同的要求来布置，以此减小梁长标准值和实际值之间的差值，确保结构受力与构造性能与标准梁尽可能相近，以此在最大程度上达到标准化。

该方法会使立面跨径形成一个碎值，尤其是对墩台进行平行布置时，左右两幅桥梁的墩台会发生错位，给设计与施工都造成很大影响，并且也会影响到美观性。

4.1.2预应力桥梁配束原则
(1)对于预应力钢束型式和锚具型式应进行合理选择。

当桥梁跨径结构不同时，为保证布置形式的合理性，应对钢束的预应力进行控制。

预应力钢束和预加力较小时，大跨径应布置较多预应力钢筋，但结构尺寸有限，该情况下，需要增大桥梁截面。

(2)布置预应力钢束时，应对施工难易程度进行考虑，锚具布置个数不应过多。

(3)布置预应力钢束时，应满足结构受力要求，还应避免产生较大的次应力。

(4)布置预应力钢束时，应对使用材料的经济性进行考虑，同时应保证梁桥体系，构造尺寸的合理性。

(5)布置预应力钢束时，多次反向曲率的连续束不宜多用，否则摩阻损失较大，使预应力束筋效应降低。

4.1.3桥型选择
对于山区公路，因交通运输与场地预制等方面的条件相对较差，所以应进行装配化与标准化设计。

当桥梁为中小跨径时，优先考虑装配式结构，以梁板组合结构形式为宜，该上部结构形式造价低，且施工方便，可使生产实现标准化与工业化，在山区公路桥梁中比较常用，如小箱梁、空心板和T形梁。

当跨径在20m以内时，以空心板形式为宜；当跨径为20~40m时，以小箱梁与T形梁为宜；当跨径为40~50m时，以T形梁为宜。

需要注意的是，对装配式桥梁进行设计时，建议采用梁板相组合的形式，如将预制装配小矮梁和整体现浇桥面板结合到一起，这样除了能减小预制结构的重量，为架设施工提供便利之外，还能使其他结构设计施工实现标准化，适用于多种路基宽度与桥面线形，加快工程的施工进度。

4.2 下部结构部分
设计工作需要将桥墩台的设计作为重点。

根据对山区高速公路的路线走向和不同的山区桥梁特点分析，在设计期间需要遵循的原则内容如下。

结构安全：山区高速公路桥梁施工现场的地形和地貌十分复杂，多变性特征明显，桥梁在风、雨、雪等严苛的天气条件下需要具备一定的稳定性；且还需注重刚性梁与柔性梁的科学分配。

可操作性良好：施工条件本身不够良好，难以有效运输相关设备和原材料。

因此可选择中小跨径的构件，并且各类型的结构加以协调，提升施工效率。

成本低：由于山区高速公路桥梁本身的地质情况十分复杂，要求运输和设计规模较大，因此需要结合现场勘察和自身施工能力，选择经济效益最大化的方案进行施工作业。

观赏价值高、和自然环境协调：所建设的桥梁不仅需要具备正常的使用功能，还需要满足其美观性和与自然协调性的要求，不能大面积的破坏植被和自然环境。

5 结束语
综上所述，山区高速公路桥梁建设本身由于山区环境复杂，施工难度较大，因此在实际设计中，需要严格遵循最新的桥梁工程规范，形成科学的设计方案，以确保桥梁稳定与安全为基本目标，尽可能提高其经济效益。

参考文献：
[1]张嵩.山区高速公路桥梁设计关键问题探析[J].黑龙江交通科技,2021,44(02):133-134.DOI:10.16402/ki.issn1008-3383.2021.02.064.
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