浅述山区高速公路的桥梁设计
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摘要：山区高速公路桥梁设计有很多区别于平原桥梁的地方，主要在于地形地质复杂，施工场地、道路条件差，对于山区高速公路桥梁设计应细致调查、认真分析、因地制宜。
关键词：山区；高速公路；桥梁；设计
中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A 文章编号：
随着我国高速公路的迅速发展，山区高速公路的修建日益增加，山区高速公路桥梁设计由于其所处地形地貌的复杂多变性，及地质构造的不确定性，使得山区高速公路桥梁的设计具有其特殊性。除应加强施工图设计阶段的桥梁勘察设计之外，在施工过程中桥梁的动态设计至关重要，针对具体的问题具体分析，做出科学合理的设计方案。
1设计原则
设计阶段应结合新的设计理念，在桥涵布设以及结构形式的选择上，充分考虑桥涵作为道路构造物，与道路设计的协调一致，贴近自然，与环境协调。具体的布设原则如下：
（1）桥位选择原则上服从路线走向，结合桥位处水文、地形、地质、农田水利等条件，部分桥孔兼跨地方道路，尽量注意桥与路之间的配合。
（2）桥涵结构以安全、经济、适用、美观为原则，与周围景观相协调。
（3）桥涵设计原则上不降低原有河道、沟渠功能，尽量不破坏原有水系和排灌网络，满足水利配套和农灌的需要，尽量与自然地面平顺衔接。
（4）桥型结构尽可能标准化、装配化，以方便施工、缩短工期、保证工程质量并降低工程投资。
（5）涵洞等小型构造物的设置根据所在位置的地形、地质条件和排灌要求，并结合就地取材的原则，选用钢筋混凝土盖板涵和圆管涵等型式。
2桥梁结构的选型
（1）上部结构型式的选择
在桥型、桥孔布置上尽量与周边自然环境相和谐，桥梁设计应以经济、常用的桥型为主。中、小跨径桥梁，力求标准化、批量化、装配化，选择桥型充分考虑技术先进，工艺成熟的结构形式。目前，高速公路中常用的标准结构主要有空心板、组合小箱梁及T型梁三种结构形式。跨径在16、20米的上部结构可采用宽幅空心板，造价相对较低，且由于其建筑高度较小，一般更能适应桥下的净空需求，故常用作通道桥的上部结构；25m、30m、35m、40m可采用预应力混凝土T梁或小箱梁，先简支后连续或刚构体系；从受力特点的分析来看，采用T梁相对合理；而小箱梁无论是从结构受力还是造价上来讲，它是介于空心板和T梁之间的一种结构型式，此外同跨径的小箱梁相对于T梁的吊装重量较大，预制亦较麻烦，施工技术要求高，需结合当地的使用习惯采用；对于无法采用标准跨径的桥梁、互通区内桥梁变宽较大处及曲线半径较小的匝道桥，采用钢筋混凝土或预应力混凝土现浇连续箱梁；对于大跨径桥梁，在工期及场地条件等允许下，预应力混凝土连续箱梁能够较好地适应路线的平纵要求，结构本身的刚度大、整体性好、抗震性能佳、施工技术较成熟，应优先考虑。总之，对于墩高在60m以下的桥梁，上部均可考虑40m及以下的梁（板）结构；50m以上跨径的预制梁，因其吊装重量大，运输不便，施工难度大、风险高，除有特殊要求外，原则上不在山区采用。
⑵ 下部结构型式的选择
除选好桥型外，还要控制好高跨比关系、选定桥墩结构型式，通常情况下，高跨比在0.7-0.8左右比较合理，此时能达到良好的美学效果。墩身型式根据墩高的不同，可采用柱式墩、Y型墩、箱型墩等型式，其中柱式墩因其施工简便、质量容易控制、造价较低、故实际采用相对较多。柱式墩可分为圆柱墩和矩形墩，在截面积相同的情况下，矩形墩的刚度较圆柱墩大，受力比较合理，尤其是当上部体系为刚构时，矩形墩可方便的调节两个方向上的刚度，进而调整自身的受力。Y型墩施工工艺复杂，相对柱式墩造价较高，但Y型墩有其自身的特点，如在地形复杂，地面横向坡度较大时，采用双柱式墩，容易形成“高低腿”，同一桥墩两个墩柱的受力差异较大，此时需采取措施解决，而Y型墩则不存在此类问题。另相对柱式墩，Y型墩的基础施工开挖面较小，对原地面的破坏较少，进而防护工程量较少。在墩高达45m时，此时采用柱墩从受力来讲，因其截面特点导致刚度相对较小，较难满足受力需求，可采用空心箱墩。设计中具体采用何种墩型，应结合上部结构型式及桥位处的地形地质情况综合考虑后选用。
高墩的设计要点。对于矮墩的设计来说，通常由强度来控制设计，而对于高墩来说，就必须考虑高墩的稳定。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）第5.3.10条文说明中，当l0/h＞30时（l0：受压构件的计算长度；h：截面高度），构件已由材料破坏变为失稳破坏，随着构件长细比的增大，高墩的刚度在减弱，柔度增大，此时必须考虑高墩的稳定性，以保证结构的安全。
⑶ 桥台型式的选择
山区高速公路桥台一般多采用重力式台（如U形台）、肋板台、柱式台。U形台，无需放坡，故对地面的纵横坡度不是很敏感，但受地基承载力的限制及台本身安全的制约，一般台高控制在10m以下，如地基承载力不足，亦可采用台下加桩基础的方式，此外，早期U台的台身多采用片石混凝土，在使用多年后，多出现台身开裂现象，故可在台身的表面增加钢筋网片来约束裂缝的产生及发展；肋式台因无承载力的要求，适用范围相对较广，但因其有锥坡，这就要求地形较缓，否则需增加挡土构造，另肋台台身较高时，其纵向的抗推刚度较小，故其高度不宜过高，一般控制在11m以内；而柱式台抗推刚度小，一般多设置在挖方段，此时需结合地形及上部构造确定其基础桩径，亦可采用双排桩加分离式承台来增加其抗推刚度，进而满足结构的安全需求。
⑷基础型式的选择
山区高速桥梁采用最多的基础型式是桩基础和扩大基础。一般情况下，山区地质条件较好，覆盖层较薄，基岩埋深较浅甚至出露，基础通常为干处开挖、浇注施工，此时可考虑采用扩大基础。对于覆盖层较厚，基岩埋深较大，可考虑采用桩基础，具体形式有嵌岩桩、端承桩、摩擦桩。具体采用何种基础型式，需结合桥位处的地形、地质、水文等确定，尤其是不良地质。对于摩擦桩的桩长，以单桩的承载力控制即可；对于嵌岩桩、端承桩的桩长，应结合岩石的强度，一般以最短桩长和嵌岩深度控制，对于入岩深度，规范无明确要求，具体设计可参考下表。
全截面入岩深度在满足计算入岩长度基础上，尚应满足：
注：1、D为桩基础的直径。
2、有效桩长指有效覆盖层顶面至桩底的长度。
3结束语
山区高速公路具有平曲线半径小、纵面高、纵坡大、地形纵横向变化剧烈和地质水文情况复杂等特点，这给桥梁结构的设计、施工和管养带来了一定的困难和挑战。因此，必须重视上述特点，在桥梁方案的选择、结构体系的选择及结构针对性设计等方面引起充分重视，使设计更加符合“技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理”的要求。同时要从实际出发，结合当地的实际情况和使用经验，灵活的采用各项经济技术指标，在满足使用需求的前提下，力求与周围环境的协调，真正做到桥与路、桥与地形的和谐。
参考文献
［1］陈思德,李章喜.山区告诉公路桥梁设计探讨 中外公路 2006 （01）
［2］葛胜锦,王学军.山区高速公路桥梁的设计方法与实践 公路 2008(9):238
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