山区高速公路桥梁设计要点探析
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摘要：本文探讨了山区高速公路桥梁设计的特点和原则，对山区高速公路桥梁设计的要点进行了分析，旨在为山区高速公路桥梁设计提供参考借鉴。
关键词：山区高速公路；桥梁设计；设计要点
中图分类号：X734文献标识码： A
一、山区高速公路桥梁设计特点和原则
我国幅员辽阔，山地丘陵区面积占到全国总面积的70%以上，因此在建设山区高速公路时面临的最大问题是各地区独特的地形、地质、水文、生态等自然环境。伴随西部大开发战略的实施，我国在山区修建的高速公路越来越多，山区高速公路地质地形复杂，构造物多，桥梁隧道总长占路线的长度比例大，有的山区高速公路，桥隧比例高达70%-80%[ 顾云发.山区高速公路桥梁上、下部构造设计[J].中国新技术新产品，2009（11）.]。
山区高速公路的主要特点是地形、地质、水文条件复杂。地形复杂，表现为地面高差大，变化频繁，横坡陡；地质复杂表现为岩溶、滑坡、不稳定斜坡、崩塌、陡崖、煤气地层等不良地质不同程度存在，岩性、岩石风化程度各有不同;水文复杂，表现为水系众多，水文地质、暴雨、洪水、泥沙路线不尽相同。受此影响，路线布设时平纵横三个方面都受到约束，造成平曲线多，平面半径小，纵坡较大等特点。在此基础上，山区高速公路桥梁也有其自身的特点。山区高速公路往往是沿溪展线，路线反复沿河岸交替设线，因此斜弯桥众多；由于山区地形多变，地面线横坡陡，导致半边桥和高挡墙多；路线跨越众多沟壑，高墩大跨桥多，墩台形式复杂多样；地质条件复杂，导致桥梁基础设计繁杂。另外，山区高速公路中除了有较多的大型沟壑需设置桥梁外，小型沟渠更是不计其数，因此结构形式变化多样的涵洞、通道、小桥等小型构造物也是山区高速公路桥梁的一大显著特点[ 陈奉敏，汪宏.山区高速公路桥梁的设计体会[J].公路交通技术，2008（04）.]。
山区桥梁设计几乎涵盖了所有的桥梁类型，设计原则主要应遵循：
1.结构安全原则
桥梁结构自身的安全性需靠可靠的结构计算分析成果和合理的构造处理措施来保证。山区的自然条件和气象条件的多变性决定了山区桥梁还应注重考虑强风荷载、雪荷载、冻胀力、水力等对桥梁产生的影响。
2经济性原则
山区桥梁应根据工程所处的地理环境和施工条件进行多方案的技术经济指标论证，以期获得最佳方案，从而节约工程费用，取得良好的经济指标。
3.因地制宜原则
山区高速公路桥梁结构型式的选择要因地制宜， 以桥梁的功能性为桥式选择的主要依据。桥梁的设计应根据当地的地理、环境和人文条件来进行， 所以每个桥都不同， 可以说几乎没有完全相同的两个桥， 即便是同样的桥型， 也会因与周围的地形和环境差异而产生不同的效果。
4.协调性原则
桥梁建设离不开环境，山区桥梁更应该在注重环保的基础上与周围自然景观环境相协调。应避免对山体的大填大挖，预防不良地质灾害的发生，尽量减少对植被的破坏，降低对河流的污染。
二、山区高速公路桥梁设计的要点
山区高速公路地形地质复杂，所以路线布设时平、纵、横三个方面都受到约束，一般表现就是平曲线多，平面半径小，纵坡大，桥梁比例高，横坡陡，半边桥和高挡墙多。设计中必须协调解决好桥梁各细部构造与地形地质之间的关系。
（一）上部结构设计要点
山区高速公路，桥梁所占的比重较大，但一般情况下，特殊的大跨径桥梁相比较是少数。因此，对于数量众多的常见跨径桥梁，其设计原则就是尽量采用施工方便、造价经济的标准化、预制装配化结构。常用的大、中桥标准跨径有16m、20m、25m、30m、35m、40m、50m，常用的中、小桥标准跨径有6m、8m、10m、13m、16m。横断面型式主要有空心板、预制T梁、预制小箱梁等。一般情况，对于跨径小于30m的桥梁空心板、预制T梁、预制小箱梁等结构形式均可以采用，对于跨径35m、40m、50m的桥梁，根据梁的受力特点，更宜采用T梁或者小箱梁。从造价上讲，20m跨径以下，用空心板截面的桥梁造价相对经济些，且空心板的建筑高度最低，对于较小跨径且桥梁净空不高时，空心板截面最适宜。从受力上讲，对于较大跨径40m、5Om的桥梁，用T梁截面则更好。小箱梁无论从造价、施工简便性还是受力等各方面看，可以说是介于空心板和T梁之间的一种截面。因此，对于跨径25m-35m的截面，常采用的是小箱梁的结构形式。当然，也不排除因一些地区由于T梁施工技术的成熟性也常采用T梁截面。
（二）下部结构设计要点
下部构造设计主要指桥梁墩台的设计。对于常见高度的桥墩，即墩高小于40m的桥墩多采用柱式墩或Y型薄壁墩，其中又以柱式墩最常用。柱式墩分圆柱和方柱。圆柱施工时外观质量易控制，且与桩基衔接方便，平原地区使用较多。但从美观角度来说，方柱棱角分明，与上构梁体协调，有一定的视线诱导性，较美观。从受力上看，截面积相等的圆柱和方柱，方柱的抗弯刚度要大于圆柱，受力优于圆柱，当体系为连续刚构时，方柱可以方便的调节两个方向的尺度来调整墩柱的刚度，从而达到调整墩柱受力的目的。从施工角度说，圆柱施工更简单，方柱与桩基衔接一般需增设桩帽，增加了工程量，而且对于山区地形横坡较陡，增设桩帽会增加挖方工程量，易引起边坡失稳。Y型墩施工较复杂，在墩高较矮时，从工程造价上考虑不经济。但Y型墩相当于独柱双肢，在墩高较高时，Y型墩只需一套模板，在山区地面横坡差异较大时，或地面情况受限无法采用双柱桥墩时，Y型墩则显示其优点。若地面横坡差异大，修建双柱墩则会形成“高低腿”，同一桥墩，两个墩柱受力差异较大，Y型墩则不出现此问题，同时，横坡差异大时，双柱墩的两套模板搭设费工费料，且对边坡稳定影响较大，Y型墩为独柱，不存在此问题。在墩高较高时，从造价上讲，Y型墩占有优势。因此，对于常见墩高，设计中采用哪种墩柱形式应根据具体地形、上部结构形式、墩高等综合考虑。
一般矮桥墩的设计由强度控制，但当桥墩较高时，就必须考虑桥墩的稳定问题。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)关于偏心受压柱条文说明5.3.10条指出“当10/h>30时，构件已由材料破坏变为失稳破坏。”同时，也可以看出，随着构件长细比的增大，高墩的刚度减弱，柔度增加。因此，在做高墩连续梁桥设计时，高墩的柔性必须考虑。
山区高速公路桥台一般采用重力式U型台、肋式台、柱式台。根据《墩台与基础》规定，U台控制的填土范围一般为4-1Om，所以U台高度最好控制在10米之内。山区桥梁U台一个显著特征就是横向、纵向横坡陡，为了适应地形，减少开挖，节约巧工方量，U台设计时必须合理分台阶。桩柱式桥台由于抗推刚度小，当联长较长，台后填土较高时不宜使用，一般台后填土高度宜控制在5m以下，联长宜控制在15Om以内。埋置式肋式台适用范围广一些，但也不宜太高，不宜超过12m。山区高速公路纵向地形陡峭，往往不能设置锥坡，这时采用柱式台或肋式台就会受到较大限制。当地质条件较差时，往往会出现U台下设置桩基的情况[ 陈四德.山区高速公路桥梁设计探讨[J].中外公路，2006（02）.]。
（三）桥台设计要点
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 台最常用。山区桥梁U台一个显著特征就是横向，纵向坡陡，为了适应地形，减小开挖，节约圬工量， U台设计时必须根据地形合理分台阶。另外U 台设计应对基底承载力提出明确要求，若桥台基底承载力不满足设计要求, 可采用基底换填、加深基础、加高侧墙等方法。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150m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，对于桥台高较高，可采用加厚肋板、增加肋板个数，加粗桩径等方法。高埋置式肋板台选用必须与缩短桥长、地形、地质、水文综合考虑。山区高速公路桥梁纵向地形陡峭, 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。当地质情况较差时, 也会出现U台下设置桩基的情况[ 王祥.山区高速公路高填深切特殊路段勘察设计[J].湖南交通科技，2005 (04).]。
（四）基础设计要点
在桥梁结构设计过程中，做好了上部结构设计、下部墩台设计之后，再下来的设计重点就是基础设计。任何结构物的基础都是与相应的地基相接触，因而设计人员在做基础设计时必须掌握两方面的知识。一是掌握各种桥梁基础结构方面的知识，一是懂得相关的工程地质方面的知识。山区桥梁，正是由于其工程地质方面的复杂多样性，导致了桥梁基础设计具有了相当的难度，再加上山区工程地质当中往往会遇到岩溶、滑坡、冻土、黄土等各种不良地质条件，就更加增添了基础设计的复杂性。
山区高速公路桥梁最常用的基础仍为桩基础和扩大基础。在地质情况良好的地段，采用扩大基础的情况相对较多。若采用桩基础，则地质情况较好的地段一般采用嵌岩桩，地质情况较差的地段一般采用摩擦桩。山区地质的一大特点就是大的方面一般符合地质变化规律，但局部地段地质复杂多变，往往同一桥位处，由于断层的影响，相邻很近的桥墩可能处在不同的地质构造带上。因此，对于具体一座桥梁基础设计时，地质的多样性、复杂性则是其特点，特别是当桥位处出现断层、岩溶、软弱夹层等不良地质时，更增加了基础设计的难度。总之，山区高速公路桥梁基础设计应该根据桥位处基础所处具体地质情况来逐一分析。
参考文献
[1]顾云发.山区高速公路桥梁上、下部构造设计[J].中国新技术新产品，2009（11）.
[2]陈奉敏，汪宏.山区高速公路桥梁的设计体会[J].公路交通技术，2008（04）.
[3]王祥.山区高速公路高填深切特殊路段勘察设计[J].湖南交通科技，2005 (04).
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