浅谈山区高速公路桥梁的设计

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　　摘要：结合以往的设计和勘探经验，从山区的公路特点着手，重点谈一下桥梁设计中桥梁长度的设计、桥梁结构设计、结构设计上的特殊考虑。对于设计者来说要充分重视山区的地形复杂多变性，否则任何工程结构物设计的合适与否直接影响着工程造价，
　　关键词:桥梁长度；桥梁结构设计；结构设计上的特殊考虑
　　
　　要想富先修路，改革开放以来，我国的高速公路得到了快速发展。随着西部大开发，山区对高速公路的需求也越来越大。但是由于山区的地质和地形的情况千变万化，比平原的复杂得多，给公路的勘测和施工都带来了不少麻烦。山区的高速公路需要建立的桥梁也很多，所以如何很好的处理高速公路桥梁的设计与造价、路线和路基的关系就显得尤为重要。
　　1 桥梁长度设计
　　桥梁长度的设计者，在确定路线的纵、横、平之后，在设计路线纵断面过程中还要考虑计流量及设计水位，了解河床断面规则，使得跨河或者深沟的桥梁能够满足过水断面以及不压缩现有河道。还要确保是水下的船或者车能够正常通行。
　　我国目前西部大开发进行地如火如荼，我们要依据山区的不同水文条件和地质的变化规律来区别对待。就拿某山区黄土高速公路为例，就拿黄土沟壑地形某高速公路的其中一段来说，高速公路的路线沿河流分布，在设计和施工中都考虑了河流特性，而且也满足未压缩现有河道的条件， N号和0号两类型桥台均设在两岸阶地上，能够正常通常和泄洪。但是没有考虑到河流非常曲折，有的河段甚至成s型，主要河槽不断变化，而且河岸的黄土较松而且比较陡峭，所以在建造的两年时间里，柳树湾附近的三个河岸岸壁由于水流的侧冲或者冻融变化出现了一定的坍塌现象，在设计过程中这些桥台距离河岸应该至少是15m，但是由于塌方最少的仅剩3 m，所以在设计桥长的时候必须要充分考虑到水流的冲刷以及自然条件的变化。
　　对于桥梁设置在黄土冲沟而上，设计者设计桥梁长度要考虑即使冲沟发育较成熟，坡面稳定，但是大多数的冲沟还是会冲刷下切，使得沟壁坍塌，沟口的宽度不断增加。另外，设计者在设计路线纵断面时为了降低跨越冲沟的某一桥梁路线标高以缩短桥长，该桥梁位于凹型竖曲线上，可以将一部分路堑边沟的水引离桥头路基，不会对路桥的稳定造成影响。
　　对于陡边坡上的桥墩设计，由于有陡边坡临空面，这样就大大削弱了岩土体对桩基的抗力。它的确定对于陡边坡上桩的设计长度影响极大。但由于岩土体的特性各异，还没人去研究。对于这一问题，假如从实际工程出发，可以将其简化为关于岩土体对桩基产生足够抗力，即假想桩基起算位置的确定。
　　2 桥梁结构设计
　　在设计桥梁的上部时，由于位于曲线上的桥梁，都会存在弯扭耦合作用，并且会因为这个耦合作用产生沿着某一不动点变形的运动；假如一架桥梁所有一个很大的坡度，单向汽车制动力就对桥梁有一个沿汽车前进方向滑移作用下，假如桥梁上下部之间设支座，那么桥梁所受的耦合和汽车前进的趋势使得桥梁上下部形成相对错动，这样就会使得梁体相对下部发生移动及支座受力不平衡；在设计高墩桥的时候，高墩的变形以及它的稳定性是结构设计的重点。而且，桥墩假如是曲线或者大纵坡就会承受更大的附加弯矩和水平力。这是因为曲线上的桥梁，会受到预应力、自重、偏心布置的汽车荷载和汽车的其离心力的作用下，这就会产生很大的扭矩，所以桥梁的上部结构形式要选择抗扭能力强的整体式闭合箱梁；同时桥梁的上部结构尽量选为整体式上部结构，这是因为整体式上部结构的抗扭能力比多梁式上部结构的抗扭能力强得多，整体式上部结构会对桥梁下部结构引起比较小的曲梁附加力，这样整体式上部结构对高墩桥更有利。所以，对于跨径较大的曲线桥，应该挑选悬臂浇筑的混凝土刚构箱形梁，这样的梁具有抗弯、抗扭刚度大、结构整体性好、受力明确等优点。
　　在设计桥梁的下部时，在高度较矮(一般h≤40 m)的桥墩情况下，要采用柱式墩。柱式墩可分为圆柱墩和方柱墩。圆柱能够与桩基很好地衔接，外观质量容易操作且方便，所以经常被使用。方柱由于存在缺点，所以很少被使用，方柱墩通过桩帽来连接墩柱和桩基，这样大大增加了工程数量，在山区建立桥梁，山区桥梁的地面横坡都很陡峭，这样增加柱帽构造，引起边坡不稳。而且更多时间要花在挖方上，所以在设计的时候综合考虑一般不选用方柱。另外柱式墩由于墩个数不同分为多柱、双柱、独柱。多柱多被在斜度较大，柱间距较大时采用。双墩多用于路基宽度24．5 m~26 m之间。两个墩柱由于地面横坡较陡，高度会有很大差别，线刚度也会互不相同，这样就会导致同一个墩的两个墩柱受力不同。独柱在山区河流狭窄或者桥梁与河流斜角角度较大时采用；有时候为了避让特殊地物如旧路也可采用独柱。
　　对于设计桥台，山区桥梁u台一个显著特征就是纵向和横向坡陡，为了适应地形，减小开挖，u台在设计的时候就必须根据地形合理分台阶。而且u台设计应对基底承载力提出明确要求，假如桥台基底承载力不满足设计要求，可使用加高侧墙、基底换填、加深基础方法。
　　3 结构设计上的特殊考虑
　　对于桥面平顺措施，在大纵坡的交点上，竖向线形的不平顺，会造成汽车冲击力动态增量加大。在曲线的大纵坡桥上，跨中的动载冲击能量会出现急剧增加，这样就会影响曲线桥扭矩。所以，纵坡变化点最好不要设在跨中，纵坡变化点应该设在支点附近。采用柔性桥面铺装，采用加强型的桥面铺装材料，这样就可以减少桥面冲击动量，防止桥面出现不平顺。
　　对于曲线、大纵坡长桥的高墩桥采用柔性墩结构来控制高墩发生变位，在设计中要考虑桥梁的变位与稳定性问题。假如大纵坡、曲线、高墩、长桥在一架桥上同时存在，那么这些变位的纵桥向变位、竖向压缩变位和直桥的一样，但曲线桥扭转产生墩顶横向变位、大纵坡下的施工偏位和向下移动变位同直桥就有很大差别。这些变位在高墩长桥的情况下，尤其需要加以控制。
　　对于冲击力、制动力及抗震方面德设计，长、大纵坡会使汽车行驶造成不好的影响，由于曲线桥离心力的作用，多梁式上部结构上的外梁冲击系数会大于内梁冲击系数，对下部构造造成较大的不平衡反力，使得桥梁动态能量急剧增加。长、大纵坡桥梁设计要特意增加计算制动力与冲击力，且冲击力的计算还要去采取结构基频的分析方法确定结构的基本频率来。
　　对于支座设计，一般高墩桥梁都看成刚构体系，但是交接墩或矮墩上必须设置支座。对于曲线桥，除了要考虑支座反力差以外，还要顾及到曲线桥变形引起的变位方向的差异，这样设计的支座菜可以满足不同方向变位的需求。
　　4 总结
　　在山区高速公路的桥梁在路线平、纵、横设计确定后，不仅要满足过水断面要求来确定桥长，还要依据不压缩河道，桥长设计也不能仅考虑过水断面和地形，不能仅仅是为了降低造价而去压缩桥长多设路基的思想，应总观整条河流水力特性。应尽力优化路线平面使得桥位从最佳位置跨越河，尽量不要在较深的黄土冲沟桥上设置凹形竖曲线，容易被损坏。
　　参考文献
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　　[2] 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，(4)：18―19
　　[3] JTGD62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]
　　[4] JTG D60 2004，公路桥涵设计通用规范[S]
　　

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