山区高速公路桥梁设计特点与方法

山区高速公路桥梁设计特点与方法

李忠平 凡梦婷

云南远舟工程设计有限公司 昆明 650000

摘要：现代化经济发展背景下，我国高速公路建设水平日益提升，对推动区域经济发展做出了重要贡献。山区高速公路工程施工设计难度较大，地形复杂，只有对其实施科学设计，才能保障公路路线的畅通性。加强桥梁结构的设计质量，是保障山区高速公路运行安全性、可靠性的重要基础。本文主要对山区高速公路桥梁设计相关问题开展全方位、多角度的分析，旨在进一步提升山区高速公路桥梁结构设计质量，山区高速公路的可靠性设计施工奠定良好的基础。

关键词：山区 高速公路 桥梁设计 特点 方法

公路是我国交通系统的关键构成，尤其是山区高速公路建设，可以有效带动推动山区经济的稳定发展。但由于山区地理环境较为复杂，加大了山区公路建设难度，因此需要优化设计，需要确保运行可靠性，还可以符合实际的功能需求，保障安全出行，推动山区经济的可靠性发展。云南高速公路总里程高达9000多公里，而云南山区面积占据国土面积的94%，因此，大多的高速公路处于山区区域。云南桥梁共有一万多座，平均每公里就有一座桥，是中国各省、市、自治区之首，其中包含转弯桥、上坡桥、悬空桥、斜拉桥、隧道桥、吊桥、钢构桥、箱连桥等型式。基于此，需要对山区高速公路桥梁设计特点、影响因素、设计要点等进行全面性分析，从而制定科学的设计方案，提升整体山区高速公路桥梁设计水平，满足运营需求，延长桥梁使用寿命。

一、山区高速公路桥梁设计特点

（一）跨径设计

跨径设计较为复杂，要展开全面的现场勘察，从而制定针对性设计方案，需要注意：主河槽安装较大跨径，必要情况下增设通航孔，以便满足实际的通航需求；尽量选择地质简单、地形平缓的区域进行建设，避开水流湍急的段落；对连续梁结构、连续钢结构的跨径比例进行合理设计，确保中跨以及边跨的弯矩一致性，这样才能提升结构受力性能；分析现有施工水平，优化跨径选择，保障施工质量的基础上，加大工期、成本管理力度；体现桥梁外观的美观性，确保跨径与周边地形的协调性。^[1]

（二）跨越河流

山区地势复杂，河流的比降较大，水流速度较快，往往会出现大量的U形、V形横断面，泥石流、塌方等自然灾害较多。所以需要结合实际地形情况选这是的设计方案，如峡谷河段，需要一孔跨过，防止压缩水流；如果施工河段比较开阔，需要把墩身安装在较为平静的河道。

（三）跨越深沟

布置等跨径，墩身设置避开沟心，从而避免降水天气下上游冲击下来的试块冲击墩身，影响安全。如果墩深高度错落不一，需要利用组合式跨径进行施工，以地形相协调。^[2]

（四）跨越泥水流沟

当客观条件限制，桥位需要跨越泥石流沟时，尽量避免把墩身设置在沟中；需要结合实际情况选择一孔跨越，合理处理沟深，如可以利用护岸的方式保障施工稳定性，同时还可以使用导流槽对水流进行合理引导。

（五）横断面较大

如果横断面较大，容易出现左右横坡相对较陡的情况，所以需要根据地形环境，优化设计方案。横断面高差不大的情况下，可以实施不等长设计，确保错孔布置与地形相协调；横断面高差较大，需要对其左右幅路基内进行半填半挖时，同时利用锚杆、加筋挡墙等进行加固。

二、山区高速公路桥梁设计影响因素

（一）地质勘察

在具体的设计作业之前，需要设计人员深度实地，开展全面的地质勘察工作，精准测量地形地势，同时对当地的水文条件进行调查，收集准确数据，为设计方案的制定提供数据参考。

（二）公路桥梁结构附加力

公路桥梁结构附加力因素对整体设计方案的科学性和可行性非常重要，尤其要对桥梁受力能力范围进行测验，从而明确曲线桥梁在水平方向以及弯曲方向的侧力，从而优化桥梁空间设计思路。要对桥梁位置的动态变化进行时刻监测，同时及时调整设计方案，从而保障高墩长桥的安全性，增加结构稳固性。^[3]

（三）纵深陡坡下部结构

对纵深陡坡下部结构特点进行全面性分析，保障下部基础形式的合理性设计，促进结构的科学性和可行性。如果结构自身设计需要，可以优化挡墙布局设计，助力桥梁构造物之间的合理对接。在山区地势较高的情况下，还需要结合结构特点，强化抗震设计，同时做好桥梁伸缩装置设计，以便优化桥梁安全性。根据桥面排水需求，优化排水设计，强化防撞击结构，从而提升整体桥梁实体的耐用性。

三、山区高速公路桥梁设计原则

（一）经济性

要明确技术经济设计指标，不仅要确保设计质量符合标准要求，还要有效控制造价，减少施工费用，提升工程经济效益。

（二）安全性

安全性是桥梁设计的首要原则，山区施工环境复杂，不确定因素较多，气候环境多变，需要设计人员对结合前期勘察的相关数据，对桥梁结构安全进行精准计算，完善设计方案，明确桥梁结构的雪荷载和强风荷载，最大程度上桥梁结构的安全性和可靠性。^[4]

（三）环保性

山区高速公路桥梁设计、建设中，需要优化设计方案，避免对周边自然环境造成太大扰动，尽量做好施工后的生态恢复工作，减少环境污染、破坏现象，最大程度上提升整体工程的综合效益。

四、山区高速公路桥梁设计方法

（一）上部结构选型设计

为提高施工速度, 降低工程造价, 桥梁上部构造应尽量采用标准化、装配化的桥型。不同的跨径设计型式其施工成本存在很大的差异性，如果选择的桥梁跨径超过实际跨径，往往会加大施工费用，降低经济效益。在实际设计作业中，需要结合桥梁经济跨径，满足山区地形地势特点，选择合适的桥梁上部结构型式，其中主要涉及到多种跨径标准，如20米、25米、30米，≥30米等。此外，梁桥结构形式也越来越多元化，可以满足各种施工需求，如小箱梁、空心板。^[5]空心板型式容易出现裂缝、内部积水等问题，影响整体桥梁结果的稳定性与安全性，因此，在公路桥梁施工中不适用。其中，山区高速设计难点在≥30米的大跨径桥梁，主要使用采用的组合小箱梁或预应力混凝土T 梁方案进行施工，如图1所示，该类型式费用不高，而且便于施工操作，结构的稳定性较好；针对曲线桥梁，需要使用箱型桥梁型式，可以提升结构抗扭性能，避免出现横向倾覆的问题。山区整体环境较为复杂，尤其是桥梁处于山岭重丘区时，上部构造推荐采用30m或40m装配式预应力混凝土T梁或小箱梁，结构连续、刚构或连续-刚构体系，下部构造根据墩高、高跨比值采用双圆柱墩、十字墩。横向地形变化较大的地段，冲刷强烈的沟( 谷) 底, 原则上均采用钻(挖) 孔桩基础，以便尽量减少对自然环境的破坏。通过这种方式可以降低施工难度，从而减少费用，加快施工速度，保障桥梁质量。

图1 30米跨径标准下箱型桥梁型式和预应力混凝土T梁型式

（二）支座设计要点

要明确支座的功能作用，从而优化桥梁支座设计方案，提升其竖向承载能力，能够良好的承载上部结构的水平应力。在多跨连续桥梁工程施工中，需要在处于中心位置的桥墩区域设置固定支座，在桥台、桥墩等部位设置纵向滑动支座，这样一来可以避免桥梁出现变形现象，对上部结构应力均衡分布在桥梁跨内。如果是独柱墩，需要优化设计避免出现桥梁倾覆问题，例如可以把曲线桥梁中间墩进行横向偏移，从而对车辆偏载应力进行有效性抵抗和消解。同时要注意优化桥台设计，其中主要包含桩柱式桥台、肋板式桥台、重力U型桥台。一般情况下重力U型桥台较为常用，而且使用效果较好，在具体使用时需要对其桥台高度控制在十米以下，从而满足桥台填土压力需求。^[6]桥台设计质量的提升，推动了桥梁结构的安全性，但是需要做到以下几点：尽量降低桥台高度，从而强化上部结构长度方面的延伸性，提高建设质量；要选择合适的方式对基底实施科学性的处理，一般情况下使用换填片石混凝土的方式进行处理，该方式施工操作较为简单，可以防止台身出现竖向开裂、剪切破坏的现象。

（三）下部结构设计要点

山区地形较为复杂，难以开展施工，施工质量很难控制，如桥墩过多会加大土地占用空间；桥墩过高会加大施工难度等。因此，要优化设计桥梁下部结构，当桥墩高度范围在15米以下时，需要使用20米连续T梁桥；高度在15-40米范围之间时，选择30米的连续T梁桥；如果高度超过45米，一般情况下需要结合具体情况，选择使用40米连续T梁桥进行施工设计。要注重强化耐久性设计，保障结构形式的科学性与可靠性，延长使用寿命。如果桥梁跨径超过13米，可以利用预应力结构，超过20米，可以先简支梁后连续梁体系。在进场之前，要对施工材料质量实施全面的质量核检，避免不合格产品混入现场进行使用；要使用品质较高的混凝土对主梁、墩柱进行施工，使用之前对其密实度、抗渗性开展严格检测和审核。在设计施工中，需要综合考量技术、经济等指标进行优化选择，保障设计方案的合理性。如表1中30米T梁与40米T梁的经济性比较。

结语

综上所述，山区地形情况较为复杂，高速公路桥梁设计影响因素较多，需要结合其具体特点，对结构形式进行针对性设计和选择，强化桥梁结构耐久性，既要能够体现其经济性价值，同时还需要保障安全性，只有这样，才能有效提升山区桥梁设计质量，强化工程效果，推动山区经济的高质量发展。

参考文献

[1]李璐.山区高速公路桥梁设计的原则与方法分析[J].智能城市,2020,6(21):39-40.

[2]赵守哲.探究山区高速公路桥梁设计的特点和方法[J].科技创新导报,2020,17(13):24-25.

[3]崔鹏飞.研究山区高速公路桥梁设计的特点和方法[J].黑龙江交通科技,2019,42(11):129-130.

[4]陈楠.山区高速公路桥梁设计特点与方法[J].工程建设与设计,2019(21):114-115+119.

[5]金城.山区高速公路桥梁建设特点及优化设计[J].交通世界,2019(30):124-125.

[6]李平,陈卓.探究山区高速公路桥梁设计的特点和方法[J].低碳世界,2019,9(06):243-244.