探究山区高速公路桥梁设计的特点和方法

探究山区高速公路桥梁设计的特点和方法

王森

天津城建设计院有限公司 天津300122

摘要：随着我国近年来交通运输的迅猛增长，无论是交通量还是交通荷载等级都有较大提高，这使得我国早先建造的桥梁结构遭遇到较大等级的车辆荷载作用。加上这些桥梁建造过程中部分由于设计理念较低、施工质量保障性差等问题，越来越多的桥梁在使用过程中出现了不同程度的病害。这些病害不仅严重影响桥梁的使用性和美观性，甚至还对承载安全造成威胁，使得我国每年需要耗费大量的财力和物力进行桥梁病害的检测和加固。

关键词：山区高速公路；桥梁设计；特点和方法

公路是满足人民出行的重要基础设施，也是联系区域经济发生和社会联系的重要纽带。随着我国交通运输的广泛发展，在山区环境建设高速公路越来越普遍，而由于山区环境的复杂地形地貌特征，使得山区高速公路的建设会差别于普通平原地区的公路建设。

1山区高速公路桥梁需要考虑的特殊因素

山区高速公路桥梁设计过程中，设计人员必须要充分考虑山区的特点，综合分析可能对桥梁使用寿命造成威胁的因素。山区高速公路桥梁设计需要考虑的特殊因素主要包括：（1）做好地质勘察工作，提高地形测量精度，加强水文调查工作，确保施工现场勘察工作质量以及各项数据资料的准确性和全面性[1]。（2）充分考虑桥梁结构的附加力，加强斜、弯、坡等问题对桥梁结构附加力影响的研究，尤其要注意曲线桥梁在水平和弯曲侧力等受力分布上的共同作用下，受力程度不同，桥梁结构受到的影响也就不同，因此，做好空间计算工作是非常重要的。（3）合理控制高墩长桥的稳定性和可控性，充分关注长桥位置变化、横桥方向和桥梁方向位置变化等问题。（4）对纵深陡坡的下部结构进行充分的分析、研究，综合考虑和选择桥梁下部结构的基础形式，确保陡坡结构的稳定性，注意边坡结构和挡墙的布局设计与桥梁构造物的顺利衔接。（5）合理确定桥梁纵、横坡及桥梁平面的形状，分析行车对桥梁造成的影响，同时要尽可能地将纵坡变化点和交点设计在桥梁支点附近。（6）针对地势较高的山区，桥梁设计时要重点考虑桥址特征和桥梁的结构形式，做好抗震设计工作，同时，结合实际情况，合理设置抗震挡块。（7）重视伸缩装置的优化设计，保证安全性和桥梁结构的整体性。（8）注意桥面排水结构设计，防撞击结构设计，提高桥梁的使用寿命，同时也是保障行车安全的重要举措。

2山区高速公路桥梁设计需要遵循的原则

2.1结构安全原则

通过可靠的结构计算分析和合理的构造处理等措施来保证桥梁结构的安全性和稳定性。由于山区的气候条件和自然环境比较复杂，因此，山区桥梁设计时还应该充分考虑水力、冻胀力、雪荷载、强风荷载等对桥梁结构的影响。

2.2经济性原则

山区桥梁设计过程中，设计人员要充分关注技术经济指标，以保证所设计的方案在满足设计要求的基础上，最大限度地节约工程成本，取得良好的经济效益。再次，因地制宜原则。结合桥梁的功能和现场施工环境选择合适的桥梁结构形式。桥梁结构设计时，设计人员必须要充分关注当地的地理条件、环境特征和人文条件等，使桥梁设计做到因地制宜。

2.3协调性原则

桥梁的设计建设要与周围自然环境相协调，尽可能地降低对周围生态环境的破坏，避免大填大挖山体，保护生态环境[3]。

3山区高速公路桥梁设计方法

山区的地质条件复杂、恶劣，在对高速公路桥梁设计期间经常会遇到陡崖、滑坡以及岩溶等情况，此时需要相关设计人员必须对施工现场的实际地质情况进行深入勘察，如果不重视实际地质状况，很可能会对桥梁质量和桥梁的稳定性造成不良影响。

3.1山区高速公路桥梁上部构造设计

设计人员在设计山区高速公路桥梁上部构造时，要选择合适的上部构造形式。在确定桥梁上部构造形式时需综合桥梁的受力情况以及使用的经济性等问题。在预应力混凝土连续曲线桥梁的设计期间，设计人员要综合考虑温度、预应力、活载偏载等方面因素，因为这些都会在一定程度上引起附加应力，可以采用具有较强抗扭能力的整体式的闭合箱形式的上部结构，尽可能地避免弯扭作用力的出现。对于跨径较大的桥梁而言，其上部结构形式适宜采用悬臂浇筑箱梁的形式。对于跨径中等的桥梁而言，其上部结构形式适宜采用预制拼装T梁形式，该形式的优点在于成本造价低、施工方便，在保证施工质量的同时，还有助于工程成本造价的降低。如果想要在曲线桥中采用预制拼装T梁形式，无法保证梁体的抗扭性能和平衡性能，可以采取有效的措施来减小曲梁弯扭作用。除此之外，在需跨越沟壑的高速公路桥梁设计过程中，适宜采用拱桥的形式，这种桥梁构造形式的优点在于具有较强的跨越能力，且工程成本造价比较低。需要注意的是，设计人员在采用这种桥梁结构形式时要充分关注结构的整体性和舒适性。比如，可以在拱桥建设过程中采用临时固结结构体系，提高桥梁的整体性，从而更好地满足高速公路桥梁的设计要求。

3.2山区高速公路桥梁下部结构设计

3.2.1桥墩的基本设计要求

对于墩高度低于40m的桥墩，适宜采用Y形薄壁和柱式墩，其中应用最为广泛的为柱式墩，柱式墩又包括方柱和圆柱两种，方柱的优点在于协调美观，圆柱的优势是方便与桩基衔接，质量易于控制。

3.2.2高墩的设计要求

通常情况下，通过强度来控制较矮桥墩的设计，而高墩设计过程中，设计人员不仅要充分关注桥墩的强度，而且还要保证桥墩的稳定性。在高墩设计过程中，设计人员要综合考虑桥梁上部结构的重量，墩柱与上部结构的连接方式和现场施工状态等因素，确定科学合理的受压柱有效长度。高墩设计过程中，设计人员要充分关注空心薄壁墩的设计。桥墩布置时要充分考虑桥墩位置的地质条件、周围环境和地形地貌特征。比如，桥墩布置到河流河床主槽中，不仅会起到阻水作用，同时还会造成局部冲刷增大，这就要求设计人员采用合适的桥墩截面，使桥墩的阻水面积得到有效减少。

3.3桥台设计

山区高速公路桥梁设计中常用的桥台形式包括桩柱式台、肋板台和重力式U形台。其中应用最为广泛的是重力式U形台。按照相关规定的要求，重力式U形台的高度尽可能控制在10m以内，这样比较容易满足桥台背后填土压力的要求。由于桥台是公路与桥梁的衔接部位，因此，桥台的设计对于桥梁的整体性、稳定性和安全性起到非常重要的作用。设计人员在山区高速公路桥梁桥台设计过程中要注意以下几点问题：首先，桥台高度与桥梁上部结构的长短有直接关系，在桥台设计过程中，应该尽量降低桥台高度，这样虽然可能会导致桥梁上部结构长度延伸，但是更加利于施工，从而保证施工质量和进度。其次，桥台设计时，为防止桥台产生台身竖向开裂和剪切破坏，可以采用换填片石混凝土或碎石的方式对基底进行处理，同时对于高度较大的重力式桥台，宜在墙身外露面及结构倒角部位增设钢筋网，可以有效防止高桥台在受力较大时产生裂缝。

4结语

总而言之，高速公路建设对于经济发展起着非常重要的作用，而我国幅员辽阔，地势地形复杂多变，山区高速公路建设中首先要考虑的就是桥梁设计问题。山区高速公路桥梁设计过程中，设计人员要充分考虑山区的地质条件、气候环境、水文特征等特殊因素，严格遵循安全、经济、因地制宜和协调性的原则，优化桥梁上部结构、桥墩和桥台的设计，从而保证桥梁设计的科学性和合理性，提高桥梁质量，促进高速公路建设的发展。

参考文献：

[1]姜杰.山区高速公路桥梁设计的特点和方法[J].民营科技，2016（2）：155-155.

[2]李振华.山区高速公路桥梁设计的特点和方法探讨[J].工程技术研究，2017（6）：207-208.

[3]籍晓婷.山区高速公路桥梁设计探讨[J].山西建筑，2017，43（9）：185-187.