山区桥梁设计原则及设计要点研究

山区桥梁设计原则及设计要点研究

程超

松阳县交通勘察设计所 浙江丽水 323400

摘要：山区与城市有所不同，在对桥梁工程进行设计时，考虑内容与城市桥梁建设大不相同，设计人员应掌握山区桥梁设计的基本原则和相关要点，才能给出合理的设计方案。基于此，本文以山区桥梁设计为基础，直接表明山区桥梁在设计环节需要遵守的基本原则，继而指出山区桥梁设计过程中须注意的相关要点。

关键词：山区桥梁；设计原则；设计要点

引言：山区公路的选线受到地形、地质以及水文环境等条件的限制，在布设线路的过程中桥梁占比较大，需设计大量桥梁构筑物。在山区桥梁进行总体设计过程中，必须充分考虑各种环境因素的直接影响，结合施工现场的地形地质变化情况设计出合理可行的设计方案。因此，掌握山区桥梁总体设计原则和设计要点十分重要。

1. 山区桥梁的设计原则

从整体上讲，桥梁结构设计应遵循安全、耐久、适用、环保、经济和美观的原则，并考虑沿线地形地质条件、水文环境、施工难易程度等。山区桥梁具有施工难度较大，所处位置的地形地质条件较复杂，容易发生地质灾害，同时需要考虑保护周围环境的特点，因而设计中应该坚持以下原则。

1.结构安全性原则

安全是设计的基本原则。由于山区的地形和地貌条件特殊,桥梁设计应重视山体滑坡、山洪暴发等地质灾害及河流冲刷对桥梁基础的影响，保证桥梁的结构安全性。

在勘察工作中要不断加强对山区地形的测量、地质环境的勘探以及水文环境的调查等工作，以确保提供资料的准确性。桥梁的总体设计应结合地形、地貌、地质等条件合理布设桥跨，确保跨径选择合理，墩台位置恰当，防止墩台位置大开挖，诱发山体地质灾害。

在结构设计施工过程中，除考虑恒载荷载和活载等施工荷载因素外，由于山区有多变的气候特征,所以在结构设计施工的过程中，还需要考虑季风的负载,雨雪负载,洪水阻力等因素对桥梁主体结构安全性能的影响，在设计过程中秉持结构安全原则。

2.经济合理性原则

山区地形的起伏较大，而且有大量纵横交错的沟壑，在这样的环境下进行桥梁建设，它的施工往往是困难的，所以在山区桥梁的设计过程中，一定要遵循有利于施工的原则。

在山区展开桥梁施工时，对现场进行布局的难度较大，与此同时,一些大型机械设备的使用相对不便,材料运输也有很多困难,所以在山区桥梁的设计时需考虑到这些因素,必须尽可能为施工现场布置创造良好的条件，同时，减少使用大型机械设备，尽量以标准化跨径、装配式结构和工厂化生产的施工方案为主。依照具体的地质条件，进行经济性比较，选择经济合理的跨径。以此保证工期，方便施工，节约成本。

3. 环保原则

山区通常都具有良好的自然生态环境，为了配合环境保护，在设计施工前需要合理的规划对环境的保护，分析公路、桥梁修建位置是否合理，是否需要对周围的生态进行大量的改变，是否存在破坏地质结构的问题，这些都是需要综合考量的问题。

从生态结构上看，山区桥梁有助于保护生态平衡，避免因过度开采造成山体滑坡、地质结构变化等情况。因而桥梁跨径选择时应该注意高跨比协调，采用经济、美观的高跨组合，避免对周围环境造成破坏，促进桥梁工程建设与周围自然环境协调统一。

二、山区桥梁的设计要点

1.桥位选择

桥梁施工主要受地形、地貌、工程地质、水文环境等因素影响，应根据实际情况综合考虑桥位的选择。主要考虑的内容有:(1)桥位应服从路线总体走向，尽量选择河道顺直、堤岸稳定、斜度较小的地段跨越；(2)跨越河沟时，具备条件的宜尽量不在河沟正中设墩、不改移现有河沟排灌特性；(3)跨越水库时，应尽量选择水库面较小、泥沙较少、冬季无硬冰的区域；(4)应尽量远离泥石流易发地区，墩台基础尽量避开破碎带等地质不良地段；(5)桥位选择应与水利规划、环评、行洪报告等密切配合，不宜压缩水利的规划河道，不宜对环境有太大的影响。

2.结构体系设计

在山区桥梁的结构体系选择中一般以简支体系和连续体系为主，根据不同的施工环境的地质情况、平面指标等因素选择不同的结构体系，以达到结构安全稳定、行车舒适的要求。

（1）简支体系。简支体系在山区公路施工的过程中应用比较广泛，适合于中小桥梁的施工建设，具有以下优点：①每孔都是单独受力，在预制、架设以及管理上都十分方便，且费用成本也比较低；②自身的结构比较稳定，不容易受到地基变形的影响，特别适用于一些地基基础比较差的桥梁施工。但也有缺点：桥面会有很多的接缝，影响行车的舒适性。

（2）连续体系。在山区公路的建设中，连续体系的使用是最多的，主要有现浇连续、先简支后连续两种形式。现浇连续体系主要适用于整体的现浇结构模式，一般山区低等级公路桥梁使用的比较多；先简支后连续体系主要适用于装配式的结构模式，可以很好地确保结构的稳定和行车安全，是高等级公路桥梁使用最多的一种形式。

3. 上部结构设计

（1）跨径选择。在同一座桥梁中应尽量减少跨径种类，桥梁跨径变化遵循在一定区域长度内尽量控制，以方便标准化设计和施工。山区路段桥梁跨越较深沟谷时，应考虑跨径和墩高的匹配性，对桥梁跨径及桥型方案进行比选。同时要考虑桥梁预制构件需通过老路或施工便道进行运输和架设，而山区老路平面指标一般较差，多处为小半径急弯，因此桥梁跨径的选择一般以中小跨径为主。

（2）主梁类型选择。预制装配式主梁主要包括空心板、小箱梁、T梁等，目前这三类主梁在山区中小跨径桥梁施工的应用非常广泛，并且设计和施工技术较为成熟，不同主梁具有不同特点，应用范围也略有差异：

①空心板---常用跨径10～16m。具有梁高低、施工方便、吊装重量轻等优点，但空心板横向连接铰缝过多，铰缝连接是结构受力薄弱点，限制了其向更大跨径发展。

②小箱梁---常用跨径20～30m。采用预制安装，纵、横向通过现浇湿接缝连成整体，具备一定的变宽能力，单片小箱梁自身封闭，结构稳定性较好，建筑高度适中，整体性较好，外观线条简洁、流畅。

③T梁---常用跨径为20～40m。采用预制安装，纵、横向通过现浇湿接缝连成整体，具备一定的变宽能力，该梁型建筑高度高，同等桥面宽度下梁数较多，横隔板道数多，结构整体受力好，外观简洁。

4.下部结构设计

（1）桥墩设计

设计过程中，应根据结构体系、主梁类型、桥墩高度、地形条件等因素，选择合适的桥墩形式。山区公路的桥墩形式有很多，主要有柱式墩、空心薄壁墩以及薄壁墩等。

①对于墩高不超过35m的桥梁，一般采用桩柱式桥墩；

②对于高度大于35m的桥墩宜采用空心薄壁墩，空心薄壁墩具有结构刚度和强度较好、自重轻、截面模量大以及截面积较小，可加强下部构造稳定性的特点；

③对于公路互通立交桥，桥墩需设在被交路中央分隔带中时，宜采用薄壁墩+护栏防护的形式，确保桥梁运行后的安全性。

因此，应该综合考虑桥梁的墩高，桥梁的上部结构，桥梁位置等情况，对桥墩作出科学合理的分析规划。

2. 桥台设计

山区桥梁的桥台结构形式主要有U型重力式桥台和桩柱式桥台。根据桥位所处地质条件及桥头填土高度来确定，对于桥头填土较矮(填土高度为1-5m)或挖方路段，浅层土层物理力学性质较好，可作持力层的选择U型桥台和扩大基础；对于桥头填土较高(填土高度为5-10m)上部卵石层或填土层较厚，持力土层较深的选择桩柱式桥台。

（3）基础设计

山区桥梁在基础设计时，一般采用桩基础或扩大基础方式。

桩基按承载性状分为摩擦桩和嵌岩桩、端承桩。摩擦桩适用于无基岩地质；嵌岩桩和端承桩适用于有基岩地质，嵌岩深度按基础规范计算，山体较陡的边坡，可适当加深，当桩基长度大于40m，受力接近端承桩时，入岩深度可考虑减短。

进行扩大基础设计时，如果地面横坡比较大或者是地质的变化情况比较复杂，需做好合理的基础分阶，确保地基承载力满足设计要求。同时基础开挖量比较大时，需适当采取相应的支护措施进行边坡稳定性防护。

结束语：综上所述，我国桥梁领域的技术人员越来越多，桥梁技术也越来越成熟。山区桥梁的许多设计难点和施工难点可以得到有效解决。但是在设计环节一定要注重实地考察，建出来的桥要有足够的安全性，能够适合环境。只有真正了解当地的实际情况，判断施工过程中可能遇到的困难和未来使用中可能遇到的困难，并提出相应的措施，才能设计出更加适合山区的桥梁。

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