山区高速公路桥梁设计问题的探讨 饶胜

山区高速公路桥梁设计问题的探讨饶胜

发表时间：2019-04-09T11:57:03.737Z 来源：《防护工程》2018年第36期作者：饶胜

[导读] 山区高速公路经常穿越地形恶劣、环境条件差的山区环境，这要求在桥梁的设计过程中在做好地质勘测工作的基础上选择合理的设计方案。

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摘要：山区高速公路经常穿越地形恶劣、环境条件差的山区环境，这要求在桥梁的设计过程中在做好地质勘测工作的基础上选择合理的设计方案，对桥梁位置、结构体系、上部及下部结构设计、细节问题等进行良好把控，以保证高速公路桥梁的安全性、耐久性和经济性，并且设计中与自然和谐相融，实现桥梁设计质量的提升，确保工程的安全可行。

关键词：山区高速公路桥梁；结构体系；上构设计；下构设计

1山区高速公路桥梁设计的特点

在高速公路桥梁的设计过程中，主要是桥梁平、立面的设计，其设计特点包括以下几点：

在设计路线时应充分考虑山区的地形地貌以及地质条件，由于路线的桥隧比较高(一般在40%以上)，而在对桥跨的选择时应以路线的线型特点为前提，设计出最适宜的上部结构形式，以成本低且安全性能高为基本目标。

山区一般地形起伏较大，在对路线纵断面设计时应符合这一特点，由于桥梁跨径的大小与桥梁的高度紧密相连，所以在设计时应使桥梁的上、下结构相互协调，考虑整体造价的经济可行。

若在纵坡较大（在2%～3%范围）的位置建设桥梁，应保证梁体支座体系稳固，使其能够在承受梁体自重和汽车荷载的冲击作用。若纵坡大于3%应采用部分墩梁固结的刚构体系，这样不仅可使结构更加坚固，而且有利于降低后期投入使用过程中因支座损坏而造成的维护成本。

2 桥位的选取

在选择山区桥梁建设地点时应综合考虑地质条件以及外界环境对其造成的影响，尽量避开岩溶发育强烈、滑坡、采矿区等地段。当桥梁跨越河流时，应注意河床是否稳定，河槽是否明显，河道是否顺直，且在设计时应尽量使桥梁轴线与河流正交。

3 桥梁结构体系及设计

山区线路构造物的设计必须因地制宜，协调好构造物与山区地质地形的关系，从而拟定合适的方案，并对其进行比选。在桥梁的设计方案确定后，再进行桥梁结构体系的选择。

3.1桥梁方案方案与路基方案的比选

公路桥梁建设中由于桥梁的造价较高，往往需要对桥梁与路基方案进行比选。而山区桥梁主要是为跨越河流、沟谷等障碍而设置的，其中受地形变化的因素而设置的旱桥占的比重较大。因此在初步设计阶段，需要对路基的填方高度进行限值的选取，这是方案设计的核心，限值大小直接影响桥梁规模，决定工程总造价。一般在设计中对于路基填方超过20m的情况下，才会对方案进行比选，但不同的设计单位也会根据实际情况综合考虑地质、地形后进行限值拟定。

3.2桥梁体系的选择

对桥梁体系的选择具有决定作用的是桥梁的承载能力和当地的施工条件。简支体系、简支转结构连续及连续体系是在山区桥梁的设计中最常使用的体系。

3.2.1简支体系

当前在山区高速公路建设中，由于简支结构伸缩缝对行车的舒适性影响较大，在实际的应用中多采用简支与桥面连续相结合的体系来代替原简支体系。其结构体系有效的解决了原简支体系存在的问题。下面以某简支结合桥面连续T梁为例（图1），其优势表现在:(1)不但可以横向受力，也可纵向受力，可有效减轻结构自身的重量，便于施工。(2)在对桥面板的施工过程中，进行现场浇筑，有利于梁间距的合理控制。(3)接缝不多，提高了行车的舒适性及平稳度，增加了使用年限，提升了整体性能。

图1 简支-桥面连续T梁

3.2.2简支转连续结构体系

简支转结构连续体系具有简支梁与连续梁的优点，先进行简支梁的吊装和临时支座的安装设置，在施工过程中经历一次结构体系的转换，由简支梁转换为连续梁。

3.2.2连续体系

连续体系最大的优势是具有较高的承载能力，增大了桥梁跨径。且连续体系的整体性较好，也提高了行车过程的舒适性。一般应用在主线标准跨径布置满足不了桥梁跨越要求的路线段和互通里面小半径的匝道桥。

4山区桥梁结构设计

4.1桥梁的上部结构设计要点

4.1.1跨径布置

在山区桥梁的设计中，跨径往往要根据项目建设所在地的地形进行综合选择，从工程成本方面来考虑，一般以标准跨径为主。如遇墩

高变化明显的情况下，则可采用不同的跨径组合以满足设计要求。

4.1.2桥梁截面形式

山区高速公路桥梁的设计受到当地交通运输条件与施工现场实际条件限制，在设计时多以装配化和标准化为主。在桥墩高度较低的情况下，一般不高于80m，其结构设计应注重装配式空心板、箱梁、T梁的使用。若桥墩高度大于80m，可以考虑钢筋混凝土拱桥、斜拉桥或悬索桥等结构。

在山区高速公路建设中，对于跨径不大的桥梁结构设计应采用先简支后连续形式。当跨径不大于30m时，空心板、小箱梁、T梁均可被采用，而跨径在40m，50m时，T梁的应用更加符合要求。一般来讲跨径小于20m空心板占优势，20～35m小箱梁占优势，30～50m T梁占优势。

4.1.3桥面附属设施的设计

山区桥梁桥面排水一般可以选择从桥面直排，也可以采用逐跨集中至桥墩处排水，在经过水源保护区或跨越道路时，需要考虑全桥的集中排水；由于山区地形变化剧烈，桥面与地面高差变化极大，桥梁的护栏应采用防撞等级最高的SS级加强型混凝土护栏；主线预制桥梁的伸缩缝尽量选用标准化模数式的伸缩缝，对于现浇梁桥梁或大跨度桥梁则需选择梳齿板式的伸缩缝；桥梁的支座体系的选择应该首先考虑安全性和耐久性，对于简支结构常用板式橡胶支座，对于简支转连续的结构一般多采用盆式橡胶支座和板式橡胶支座相结合布置。

4.2桥梁下部结构设计的要点

4.2.1桥墩设计要点

一般桥墩的设计可使用等截面圆柱墩、方柱墩、独柱墩、变截面空心薄壁墩这几种，桥墩的选择与上构的结构形式以及墩柱的高度密切相关。

①圆柱墩的施工过程方便快捷，为山区高速公路主要的桥墩截面形式，一般选取双圆柱墩，根据桥梁的宽度及上构的荷载形式的不同，有时候会采用三圆柱墩、四圆柱墩等（主线与互通分离的位置）。

②对等截面的方柱与圆柱进行分析发现，方柱的抗弯刚度以及受力性能等指标都高于圆柱。但是方柱墩的缺点在于施工中易加大桥梁的开挖量，不利于边坡的稳定。

③独柱墩可用于地势陡峭的山区高速公路桥梁建设中，其优势在于受力较为简单，并缩小了开挖面积，易于施工，同时减小了对环境的破坏。在斜跨河流的桥梁建设中应用独柱墩，可有效的减少在水下的施工。但其缺点在于刚度不足，限制了其在墩高大于20m的桥梁中的应用。

④变截面空心薄壁墩可在高墩的情况下使用，这种桥墩具备优良的力学性能。在设计时要全面分析其是否具备稳定性以及投入使用后的正常使用极限状况，并对其承载力进行充分的测算。在对其进行稳定性能分析过程中应首选有限元法。需特别注意的是，在墩高大于50m的情况下，应对桥墩是否稳定进行反复的推算，并选用箱形截面。当墩高低于或等于50m的情况下，仅仅需要对其强度加以控制即可。

4.2.2基础设计要点

山区高速公路桥梁在基础设计中，通常利用的基础形式有摩擦桩、嵌岩桩、扩大基础等中。在具体设计中，摩擦桩一般用在基岩面上覆盖层厚度较厚，且地质条件较好的区域。嵌岩桩的设计需要考虑桩基位置岩层的完整程度、倾向以及岩溶状态，通常嵌岩深度是2.5D左右（D为桩基直径）；如果地面的坡度较为陡峭，则应当大于3D，并保证桩身与陡坡边缘有足够的安全范围。当桩基所处位置岩溶发育时，桩尖需要穿过溶洞嵌入完整基岩。扩大基础的设计中，要保证基础应力的均衡，这就要求设计人员要控制好偏心距以及准确计算基础承载力。

4.2.3桥台设计要点

桥台型式在桥梁设计中有很多种，其中以下几种型式在山区高速公路桥梁设计中较为多见，并具有相应的优缺点：

①扶壁式桥台：这一桥台设计可以缩减桥长距离，然而由于台后土有着很大的压力以及台体钢筋数量配置大，因此不具有经济性，实际选用中需结合现实情况进行考虑。

②薄壁式、柱式桥台：这两种桥台也具有很大的台后土压力，扩大基础和单排桩基础是其基础的主要形式，在低桥台中的适用性较强。

③肋板式桥台：其台前土压力对于台后能够起到一定的消减作用，比较适合高桥台设计中，其不足之处是会增设锥坡的高度台后填土若处理不好容易引起“桥头跳车”。

④重力式U形桥台：这一桥台适合应用在地质状况良好的工程中，然而抗震设计需求高以及地形崎岖、陡峻的条件下不适用此桥台，U 台的设计需要将高度控制在12m以内，如果超出这一高度，为了避免结构裂缝的出现，需要在设计中加入构造筋，采取倒角措施处理桥台内侧。

5山区高速公路桥梁设计问题改进的对策

5.1做好地质勘测工作

地质环境因素是山区高速公路桥梁设计必须要考虑的要素，由于其地质状况复杂，地形和气候条件差，所以应当在设计中加强地质勘测工作做好地质选线，从而更有针对性的、准确的把握设计细节。

5.2选择合理的设计方案

结构方案是山区高速公路桥梁建设的基础，保证结构设计方案合理才能保障整体桥梁的安全耐久性。标准跨径结构包括标准尺寸的下构是山区高度公路桥梁设计方案的首选，大跨度设计需要结合实际建造环境对相关的控制要素进行全面衡量，以提高设计方案的适用性。

5.3把控好设计中的细节

针对性的细节设计在山区高速公路桥梁设计中十分关键：

大纵坡桥梁设计中应当把控好纵向位移指数；高墩桥梁设计中由于对稳定性提出了严格的要求，因此桥墩位移和转角的准确把握十分重要，在桥梁设计时需要将上下构一起进行建模分析结构整体的受力特性；

山区高速公路桥梁若处于地震带上，设计中需要提升结构的抗震性，如设置防震锚栓、防落梁和撞梁隔震模块结构体系、防震支座等；处于岩溶地带，需要进行全面的地质探测，地勘尽量做到“逐桩钻”；如果桥梁有通航需求，设计中需要考虑桥梁跨度对通航的影响，并加强桥墩的抗撞防撞设计；寒冷山区的高速公路桥梁设计，需要对抗冻设计加以关注。