关于山区高速公路桥梁设计

关于山区高速公路桥梁设计的探讨摘要：公路交通是影响山区经济发展的最大障碍,必须加快山区乡镇公路建设,提高山区产业劳动生产率,增加山区农民收入来繁
荣山区经济。

本文主要结合江西地形特征分析山区高速公路桥梁设计与施工方法，并探讨了如何提高山区高速公路的质量。

关键词：山区高速公路；地形特征；桥梁设计；质量控制
1江西地形特征：
省境除北部较为平坦外，东西南部三面环山，中部丘陵起伏，全省成为一个整体向鄱阳湖倾斜而往北开口的巨大盆地。

江西地貌类型较为齐全，分布大致成不规则环状结构，常态地貌类型则以山地和丘陵为主。

其中山地 60101 平方公里（包括中山和低山），占全省总面积的 36%；丘陵 70117 平方公里（包括高丘和低丘），占42%; 岗地和平原 20022 平方公里，占 12%，水面16667平方公里，占10%。

除常态地貌类型外，还有岩溶、丹霞和冰川等特殊地貌类型。

2 桥梁上部结构设计
2. 1一般设计原则
山区高速公路桥梁常用标准化、装配化设计,其跨径有16 m ,20 m ,25 m ,30 m ,35 m ,40 m ,50 m ,横断面形式有空心板、t梁、小箱梁等。

对于跨径小于 35 m 的 ,尽可能使用小箱梁。

与空心板比较 ,箱梁具有跨越能力强 ,横向整体性好 ,行车舒适 ,后期养
护费用少;与 t梁相比 ,其上部材料工程数量较小 ,工程造价低。

以上特点决定了小箱梁在 20 m～35 m 跨径范围内的应用优势。

对于 40 m ,50 m跨径 ,因 t型梁的吊装质量比小箱梁小 ,宜采用t 梁。

对于 50 m跨径 t梁 ,在小半径平曲线上 ,由于内外梁梁长差较大 ,跨中矢高较大 ,对路线的适应性要差一些。

另外 ,山区高速公路交通运输、场地预制条件均较差 ,大型机具进入困难 ,因此一般情况下不选用 50 m跨径 t梁。

t梁之间的横向连接有铰接和刚接两种形式 ,采用铰接时 ,铰只传递剪力 ,车辆荷载作用在铰
接缝处时 ,弯矩主要由现浇桥面板来承受 ,这样现浇桥面板的厚
度就必须加厚 ,否则,铰接缝处桥面板易出现通长的纵向裂缝。

现浇桥面板厚度增加,意味着恒载增加, t 梁配筋和钢索必须增加,经济性下降,所以 t梁横向连接采用刚接较好。

对于超过50 m的连续梁 ,施工条件许可的情况下 ,大跨径连续梁尽可能采用现浇箱梁 ,能够容易地满足路线的平纵变化的要求 ,整体性能和抗震性能优越。

2. 2处理好桥梁上部设计中的两个关系
2. 2. 1 跨径与墩高的关系
跨径与墩高的关系按桥梁美学原则,一般应选择比值 0. 618～1 比较经济 ,即 20 m跨径梁适应的墩高一般为 12 m～20 m ,40 m
跨径适应的墩高一般为 24 m～40 m。

山区高速公路地形起伏变化频繁 ,通常应根据地形选择一种跨径 ,不宜根据墩高频繁变化跨
径 ,墩柱高度变化很大时 ,可以采用 20 m与 30 m或者 30 m与40 m的组合跨径。

当一座桥梁有几种跨径方案可选择时 ,应结合上
下构造进行造价分析比较再做选择。

2. 2. 2 上部构造(板或梁)与平面曲线半径的关系
桥位处平面曲线半径对桥梁跨径的选择及平面布置影响较大 ,主要表现为两个方面:1)内外弧差;2)中矢高。

墩台径向布置时 ,由于曲率半径的影响 ,内外梁梁长不等 ,半径越小 ,内外梁梁长差
越大。

解决此问题一般有两种途径:1)根据平面半径变化梁长;2)不变梁长 ,通过加大帽梁、加大封锚端或加长现浇连续段处理。

对于中矢高问题 ,中矢高在 10 cm 以内时 ,可以通过调整护墙内缘使之适应平面线形;半径较小 ,中矢高大于 10 cm 时 ,可采用预制梁外缘按实际曲线预制 ,或预制 t梁边梁时 ,将边梁多预制一段
长度 ,让现浇桥面板和护墙来适应平面线形。

第二种办法虽然材料有浪费、美观性稍差 ,但仍优于前一种。

3桥梁下部结构设计
3. 1 矮墩设计
对于较矮的桥墩( h < 30 m) ,多采用柱式墩、y型薄壁墩 ,其中又以柱式墩最常用。

柱式墩分圆柱和方柱,圆柱施工中外观质量易控制,且与桩基衔接方便。

从受力上看,截面积相等的方柱和圆柱,方柱抗弯刚度大于圆柱 ,受力也优于圆柱 ,当体系为连续刚构时 ,方柱可以方便地通过调整两个方向的尺寸来调整墩柱的刚度,从而达到调整墩柱受力的目的。

圆柱为各向同性 ,调整起来效果差一些。

方柱的缺点是墩柱与桩基之间需通过桩帽连接 ,增加了工程
量 ,并且山区桥梁地面横坡都较陡,增加柱帽构造还会增加挖方工
程量,引起边坡不稳,设计中应根据地形、上构结构形式、墩高综合考虑选用方柱或圆柱。

3. 2 高墩设计
对于桥墩一联中最高为 40 m(不含 40 m)时 ,30 m(含 30 m)以上桥墩做成等截面空心薄壁墩。

最高墩不小于 40 m 时 ,30 m(含30 m)以上桥墩为变截面空心薄壁墩 ,变截面薄壁空心墩顺桥向坡比为 45∶ 1。

当墩高不小于 50 m 以上时 ,应加大空心薄壁墩的断面尺寸。

桥墩的布置应该结合桥址范围内地形地貌的特点、地质状况及地面上的建筑物等综合考虑、优化选择。

有些河流河床主槽不明显 ,斜桥双柱或三柱中必有一两桥墩处于主槽中,严重阻水 ,局部冲刷增大。

这种情况下,可以考虑按独柱正桥布孔,以减少桥墩的阻水面积。

3. 3 桥台设计
山区高速公路桥梁桥台一般采用重力式 u 型台、肋板台、桩柱式台。

其中以重力式 u 型台最常用,根据《墩台与基础》规定,u 型台适应的填土范围为 4 m～10 m ,所以 u 型台的高度最好以10 m 控制。

桥台是路桥的衔接点,在桥梁总体设计时应认真考虑以下几个问题:
1)山区河谷横坡一般较陡峭,上部结构长一些或短一些对桥台高度影响很大。

设计时,宜尽可能使桥台高度小些,虽然桥长会长一些 ,但可以方便施工并减少工程质量隐患。

2)桥台位于山坡横向坡较陡峭处时,当采用 u 型桥台,横桥向
根据基础内外侧高差设置台阶,由于台阶式基础施工工序的需要,会造成高一级的基底处于低一级基础的级坑开挖面中,该部分基底土非原状土,设计时应采用换填碎石或片石混凝土处理 ,防止产生台身剪切破坏和竖向开裂。

4 加强桥梁设计中的安全性和耐久性：
4.1应重视结构的耐久性问题
桥梁在建造和使用过程中,一定会受到环境、有害化学物质的侵蚀,并要承受车辆、风、地震、疲劳、超载、人为因素等外来作用,同时桥梁所采用材料的自身性能也会不断退化,从而导致结构各部分不同程度的损伤和劣化。

在大跨桥梁领域,国内从 20世纪 80年代以来,修建了大量的斜拉桥;虽然迄今为止出现倒塌或严重损害的例子很少,但已经有多座桥梁因为拉索的耐久性问题而不得不提前换索,既影响了使用又增大了经济损失。

4.2重视对疲劳损伤的研究
桥梁结构所承受的车辆荷载和风荷载都是动荷载,会在结构内产生循环变化的应力,不但会引起结构的振动,还会引起结构的累积疲劳损伤。

由于桥梁所采用的材料并非是均匀和连续的,实际上存在许多微小的缺陷,在循环荷载作用下,这些微缺陷会逐渐发展、合并形成损伤,并逐步在材料中形成宏观裂纹。

如果宏观裂纹不得到有效控制 ,极有可能会引起材料、结构的脆性断裂。

早期疲劳损伤往往不易被检测到,但其带来的后果往往是灾难性的。

4.3充分重视桥梁的超载问题
汽车超载主要有三种情况:其一是早期修建的老桥超龄负载运营;其二是桥梁通行的车流量超过原设计;另一种是车辆违规超载。

前两种产生的原因主要是设计荷载的变化和交通量的增加;后者是
车辆使用者违法超载营运 ,后两种超载现象在我国公路运输中较
为普遍。

桥梁的超载一方面可能引发疲劳问题。

超载会使桥梁疲劳应力幅度加大、损伤加剧 ,甚至会出现一些超载引发的结构破坏事故。

另一方面,由于超载造成的桥梁内部损伤不能恢复 ,将使得桥
梁在正常荷载下的工作状态发生变化,从而可能危害桥梁的安全性
和耐久性。

结束语：
山区高速公路桥梁设计有很多区别于平原桥梁的地方，也更有
很多方面需要探讨，在山区公路设计时，一定要从实际出发，因地制宜的灵活采用各项技术指标。

由于山区地形复杂，道路建设中的设计和施工应根据山区具体的特点，考虑各种影响因素，使设计更加合理，施工更加顺利，保质保量完成建路任务。

参考文献:
[1] 许璐. 山区高速公路桥梁设计关键问题研究[d]长安大学, 2009 .
[2] 陈四德,李章喜. 山区高速公路桥梁设计探讨[j]中外公路, 2006, (01) .。