对山区公路桥梁设计论文

对山区公路桥梁设计的探讨
摘要：笔者根据山区公路的特点，对山区公路桥梁的设置及桥梁设计中结构形式、设计原则以及设计方案进行了阐述。

关键词：山区公路公路桥梁设计方案
abstract: according to the characteristics of the mountainous area highway, on the mountain road bridges setting and bridge design structure, design principle and design scheme is discussed in this paper.
keywords: mountain area highway highway bridge design scheme
中图分类号：x734 文献标识码：a文章编号：
一、山区公路的主要特征
山区公路的主要特征是地形地质复杂。

主要表现为地面高差大、坡面变化频繁、横坡陡；地质复杂表现为滑坡、不稳定斜坡、陡崖、崩塌、泥石流等不良地质。

受此影响，路线布设时平曲线比例大，曲线半径小，纵坡大，半边桥和高挡墙多。

山区公路桥梁也相应具有下述特点：小半径弯坡桥多、大跨多及墩高、墩台形式多。

所以，设计中协调解决好桥梁各细部构造与地形地质之间的关系就尤其
重要。

二、桥梁选择因素
山区公路桥梁大部分跨越山谷，地形地质复杂，坡面破碎，沟深坡陡，且多为季节性冲沟，很多都不受水文控制而只受地形控制，
通过经济、安全比较，不宜采用路基方案而设计为高墩桥。

如果采用路基方案，往往支挡构造物工程量大，高填土分层错层高，不稳定；而采用桥梁方案可解决季节性洪水，确保路基稳定，且对周围环境破坏较小，相比较经济。

三、桥梁上部结构设计
1．结构形式选择
山区公路，桥梁所占比重大，为了投资经济合理、施工方便而采用标准化、预制装配化结构。

但由于控制因素不同，方案也各不相同，具有较强的个性特征，所以下面重点探讨标准化、装配化桥梁的设计。

山区公路桥梁常用的标准化、装配化跨径有16m、20m、25m、30m、40m、50m，横断面形式有空心板、t梁、小箱梁等。

对于跨径小于30m的，有空心板、小箱梁、t梁等结构形式可以选择；对于40m、50m跨径，根据梁的受力特点，宜采用t梁。

30m以下，同一种跨径，究竟应当采用哪一种横断面形式，山区地区和平原地区就有所区别了。

平原地区受净空和桥台填土高度的限制，桥梁上构要求尽可能降低建筑高度，减小路基填土高度，减少占地及降低路基处理难度，减少路基工程。

而且平原地区路网发达，分离式立交较多，空心板在美观方面优于其它断面形式，所以平原地区较多采用空心板。

山区公路桥梁一般净空无严格限制，且山区公路平面半径较小，超高缓和段及竖曲线不可避免地会出现在桥上，如果选用空心板和小箱梁，架梁时一片梁四个支点不易调平，易造成支座脱空或
不密贴，受力不均匀、不平衡的情况，所以山区公路桥梁标准横断面宜优先选用t梁。

对于50m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。

另外山区公路交通运输、场地预制条件均较差，大型机具进入困难，50mt梁架设设备要求较高，运输及安装过程中变形不易控制，因此一般情况下不选用50m跨径t梁，所以山区公路桥梁，宜采用的标准跨径为16m、20m、25m、30m、40mt梁。

2. 设计中应注意的问题
第一，处理好跨径与墩高的关系。

跨径与墩高的关系按桥梁美学原则，一般应选择比值为0.618—1之间。

通过经济比较，往往又是经济的，也就是说20m跨径t梁适应的墩高一般为12-20m，30m 跨径适应的墩高一般为18-30m,40m跨径适应的墩高一般为
24m-40m。

山区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20m与30m或者30m与40m的组合跨径。

当一座桥梁，有几种跨径方案可供选择时，应结合上下构做综合的造价分析比较后再做选择。

第二，处理好上部结构与平面线形的关系。

对于曲线桥主要表现为两个方面，第一是内外弧差，第二是中矢高。

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，一种是根据平面半径变化梁长，另一种是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。

采用变化梁长方案时，设计简单，帽梁尺寸较小、规格统一，但往往是几座桥处于不同的曲线半径上，预制梁长度种类较多，需频繁调整模板，每片梁都需要编号，堆放预制梁需要很大场地。

采用等梁长方案时，如果半径较大，内外梁梁长差不大，可以采用内弧长等于标准跨径布置。

如果半径较小，可以采用中线弧长等于标准跨径布置。

这样连续段长度一端比标准长度增加，一端减小。

对于中矢高问题，一般中矢高10cm以内，可以通过调整护墙内缘使之适应平面线形。

当半径较小，中矢高大于10cm时，由于护墙一般为50cm宽，护墙调整太大外观不协调，护墙功能亦削减。

此时亦预制梁外缘按实际曲线预制，让现浇桥面板和护墙来适应平面线形。

但边梁按实际曲线预制时，边梁翼缘板两侧宽度相差较大时，刚度不等，施加预应力时可能出现侧向翘曲，且不同半径外边梁形状不一样，种类多，施工较麻烦。

第三，弯梁桥横坡的设置。

弯梁桥在平面上呈扇形，由于行车的要求，按照工程技术标准，在结构横断面上要求桥面外弧侧超高，做成向内弧侧倾斜的横坡。

横坡有两种设置方法：(1)将横断面上的每根梁肋的高度做成不等高；(2)将梁横断面虽做成等高，但向内弧侧倾斜，这时应将墩的盖梁也做成倾斜的，通过支座垫石和在梁底设置楔形垫块来调整使支座受力平衡。

第四，结构体系。

全刚构体系由于一座多跨桥梁墩高相差较大，需通过调整桥墩的线刚度来改善桥墩受力。

这样一来桥墩尺寸种类就比较多，美观性降低，施工相对麻烦些。

全连续结构体系，舒适
性差，墩台水平位移较大，墩柱尺寸需设计的相对大一些，较浪费材料，且联长不能太长。

山区公路桥梁多为弯、坡桥。

曲线梁桥在弯扭耦合作用下，具有沿某一不动点变形的趋势。

大纵坡长桥在长期反复的动荷载作用下，梁体具有向下坡方向滑移的趋势。

如果采用全连续结构，即上下构之间为橡胶支座连接时，这种滑移趋势往往造成梁体受力不平衡，支座脱空甚至破坏，从而导致梁体开裂。

为了车辆行驶平稳舒适，结构适用耐久，根据地形，将中间墩高较高，刚度相差不大的相邻几个桥墩固结起来，利用其柔性适应桥墩所受的水平力，较矮的边墩设置滑板支座或橡胶支座，形成连续梁。

这样的刚构在连续体系，高墩、矮墩的受力性能都得到了改善，且适应地形特点。

因此山区公路桥梁宜采用先简支后结构连续或墩梁固结的连续－刚构混合体系，既适应平面线形，又适应桥梁受力特点。

四、桥梁下部构造设计
1. 桥墩
一般矮桥墩的设计由强度控制，但当墩高较高时，就必须考虑桥墩的稳定问题。

大量的计算实验表明：对于高墩(＞40m)采用实心截面，其高度不宜超过50m；当墩高大于50m时，宜采用空心薄壁墩截面。

采用空心薄壁墩，墩高超过65m左右时顺桥向应考虑放坡，因为采用等宽尺寸时施工虽然方便，但为了保证桥墩的稳定，墩柱和帽梁必需加大尺寸，这样材料会浪费较大。

对于高度较矮的桥墩(＜40m)多采用柱式墩或变截面t墩,当墩高较矮(＜30m)时以
柱式墩最常用；当墩高较高(＞30m)时多采用变截面t墩。

柱式墩又分为圆柱墩和方柱墩。

圆柱墩施工中外观质量易控制，且与桩基衔接方便。

但从美观上来说，方柱有棱有角，与上构梁体协调，有一定的视线诱导性，较美观。

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，增加了工程数量，并且山区桥梁地面横坡都较陡，增加桩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、上部结构形式、墩高综合考虑选用方柱或是圆柱。

变截面t墩美观性较好，但施工稍显复杂。

对于地面横坡较陡，采用双柱墩时，两个墩柱高度经常相差较大，由于线刚度ei/l差距大，导致一个墩两个墩柱受力差异较大。

而采用变截面t墩，只一个墩柱，就避免了上述缺陷。

究竟采用哪种结构形式应综合考虑施工进度、质量、安全和节省材料及美观之间的关系。

2．桥台
山区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台最常用，根据《墩台与基础》规定，u台适应的填土范围为4～10m，所以u台的高度最好控制在10m以内。

山区桥梁有一个显著特征就是横向、纵向横坡较陡，为了适应地形、减小开挖、节约工程量，u型台设计时必须根据地形、地质状况合理错
台、分台。

桩柱式桥台由于抗推刚度小，当联长较长，台后填土高度较高时不宜使用；一般台后填土高度宜控制在5m以下，联长宜控制在150米以内。

埋置式肋板台适应范围广一些，但也不宜太高，不宜超过12m。

由于山区公路地形陡峭，桥台往往不能设置锥坡。

这时采用桩柱式或肋板台会受到较大限制。

所以，当地质情况较差时，常常会出现u台下设置桩基的情况。

3.基础
山区公路桥梁最常用的基础为扩大基础和桩基础。

山区一般地质情况较好，采用扩大基础的情况相对较多。

斜坡上的扩大基础与桩基础必须考虑基础扩散角和覆盖层厚度以及施工时的相互影响。

桩基础多为嵌岩桩，地质情况较差时也采用摩擦桩。

由于山区公路桥梁多为旱桥，桩基础不管受力形式如何，施工方法上多是挖孔桩和钻孔桩。

挖孔桩造价较节省，但设计中能否采用挖孔桩，应结合地质情况具体分析。

当桩长较长，软弱夹层多，卵石、漂石等容易造成塌孔的地质情况或地下水位较高时不宜设计为挖孔桩。

五、结语
山区公路桥梁有很多特殊性，与平原地区桥梁相比有很大区别。

本文主要对山区公路桥梁设计中遇到的一些实际问题，提出了一些建议及解决方法。