论山区路桥设计的要点

王天津

【摘 要】 随着国家经济水平的提高和交通运输需求的增加，国家对交通基础建设的投入逐步加大，在山区建造的高速公路也越来越多。由于山区特殊的地理形势，桥梁在山区高速公路网中扮演着十分重要的角色，设计桥梁的水平会直接影响山区高速公路的通行安全和工程的造价水平。

【关键词】山区；高速公路；桥梁设计

1 前言

在山区由于受到其特殊的多山岭和峡谷等地形地貌的限制，在设计高速公路的过程中隧道和桥梁所占有的比例往往很大，设计难度和建造难度也都很大。在设计山区高速公路时，高速公路的平面线形、长坡和大纵坡以及山区高墩桥梁的设计为一难点。而且，山区高速的各种因素也会相互影响，如加陡边坡和大弯等，这使得设计过程颇为复杂。另一方面，山区地理形势比较发杂，自然环境和原本存在的构筑物也给山区的道路、桥梁和隧道等的日常检查和维修带来困难，因而工程的耐久性问题也是需要解决的难点。最后，由于山区复杂的环境和本身通行不便，这也给道路和桥梁的施工工程带来麻烦，如何有效进行施工组织设计和改善施工环境也是需要考虑的重点问题。

2 山区路桥设计的原则

2.1 合理考虑地形

在设计山区高速公路的时候，应充分考虑山区地形条件的影响，长考虑设计成高架公路桥等。在设计山区路桥时，应合理利用地形、周围已有建筑物的位置分布情况、地质条件、挖填方量、排水条件、已有交通通行条件、工程施工条件以及工程建设的工期以及工程造价等因素。

2.2 合理设计路桥衔接形式

山区地形条件的特点为地形纵横交错、坡度大、坡度起伏大，在设计路桥时，桥梁的桥头不应高于三米；地势平缓的地区以及路线纵坡比较小的桥梁在设计时应考虑增加桥梁长度以减缓坡度；当长度不易减少时，可以适当增加桥头的填土高度来达到降低工程造价的目的。考虑路桥衔接段时对于高大U形桥台的使用要慎重考虑，便面出现这种桥台与高挡墙的链接情况。同时要合理控制基础开挖情况，不能破坏周围山体，以防止边坡失稳情况的出现，这样容易导致桥台基础失稳，山区地质退化，生态环境也会受到一定的破坏。

3 常用桥梁结构形式

3.1 预应力体系及刚构体系

在预应力混凝土连续曲线桥内存在弯扭耦合作用，导致其会沿着某一变形不动点发生变形，与直线型桥梁相比较更容易满足高速公路的设计要求。在大纵坡桥梁使用后，由于桥梁上部车辆行驶过程中存在着制动力，导致桥梁的产生向车辆行进方向移动的趋势，特别是在单向行进桥梁中这个问题更加明显。而将曲线和大坡度组合使用时，桥梁甚至会发生变形，然后产生桥梁上下部相对错开，采用支座和梁体分开设计时，支座处受力将会发生不平衡的情况而导致支座破坏，桥梁上下部分产生相对移动，严重时会脱空，造成重大安全隐患。在改进设计中可以采用刚构体系将桥墩和桥梁刚结起来以增加桥梁的整体性和整体刚度。

3.2 连续刚构体系

曲线桥和大坡度桥梁的桥墩所承受的横向水平力作用以及附加弯矩比一般的直线桥和平桥桥墩大很多，在这些横向力和弯矩的影响下，桥墩发生变位与桥梁的上部结构和桥身与桥墩的连接形式都有关联。在较强约束作用下，发生变位的可能性比较小，于是采用连续刚构体系可以大大降低桥梁上下部之间发生错动的可能性，可以利用上部结构来增强对桥梁下部的约束，增加桥梁的整体稳定性，控制桥墩变位量。

3.3 高墩桥墩梁固结刚构体系

在设计高墩桥时，需要重点控制桥墩变位量和桥梁的整体稳定性，特别是在曲线桥和大坡桥的情况下，这时采用墩梁固结刚构体系能够在很大程度上加强桥梁的整体稳定性，减少梁墩之间发生变位的可能性，有效地重新调节整个桥梁的内力分布形式，并且可以提高结构的耐久性。另外，为了减少因支座损坏而导致结构体系中出现的不利影响，在设计时还可以适当减少抵抗扭矩和抵抗滑移而设置的支座。

4 桥梁具体构造形式

4.1 桥梁上部构造形式

在山区高速公路的设计施工过程中，标准化和装配化是通常采用的方式，以提高工程的施工速度和降低工程造价。其跨径常见的有16m、20m、25m、30m、40m、50m或者根据实际情况而另行设计的跨度，横断面通常采用空心板、箱梁和T形梁等。在小跨度的桥梁设计中，以上三种结构形式都可以采用，而在跨度超过30m以上 跨径中，则需要采用T型梁以更好地适应桥梁的受力特点。一般来说，跨径20m的T型梁较为经济，尤其是对于山区桥梁设计，在平原地区的桥梁则有些不同。对于半径较小的平曲线，跨径较大的T型梁由于内外梁的长度相差较大，跨中矢高也比很大，不适宜大型机械的通行和施工，因而并不经济。因此，山区高速公路的桥梁设计时常采用跨径小于50m的梁。T型梁之间通常使用刚接和铰接两种方式来进行横向连接。如果采用铰接形式，则在接缝处梁板所承受的剪力会非常大，需要对桥面板进行加厚设计，但是这样一来必须同时增加钢筋的使用量，而且对桥墩的承受能力也提出了更高的要求，所以这样的做法并不经济，设计时更倾向于采用刚接形式。

4.2 桥墩的结构形式

合理的桥墩布置和形式的选择可以有效改善桥梁的内力分布情况，其与梁身的合理设置会直接影响到桥梁混凝土的温度变形、应力分布和荷载分步及传递在桥梁中的分配和作用，并且能够满足桥梁施工和正式运营阶段整体刚度和稳定性的要求。桥梁本身的需要有较大的抗弯刚度以及比较小的抗推刚度以满足结构内力分配的需要。同时应具有良好的稳定性以满足结构变形的需要，而且还应该合理控制结构的变形程度。在大纵坡的高墩长桥设计中，需要增加结构的纵向刚度以降低活荷载长期作用下导致的变位累积效果。而在曲线桥设计中，应该增强墩的横向刚度以降低弯扭造成的横向变位所产生的影响。

5 山区路桥设计中应注意的问题

5.1 耐久性

由于山区特殊的自然地理环境的影响，路桥在正常使用过程中所受到的正常损耗，而且周围有害化学品的长期腐蚀、车辆荷载、风荷载、难以预测的地震荷载以及其他人为因素的影响，路桥必然会受到不同程度的损耗，其使用寿命必然会受到影响。另外，桥梁自身所使用的材料的性能也随着时间而降低，桥梁自身设计和施工过程中也可能存在缺陷，工程结构的耐久性很难得到控制，这也加大了常规桥梁设计的难度。

5.2 路桥荷载及损耗

风荷载和车辆产生的荷载会给路桥尤其是桥梁带来很大的压力，而且所承受的荷载形式均为动荷载，在桥梁内部会产生反复变化的应力，导致桥梁产生振动和桥梁结构的损傷。在工程施工过程中所使用的材料和施工水平的限制，也会是桥梁存在很多难以控制盒监测的微小缺陷，在长时间的风荷载和汽车荷载以及一些不定荷载的影响下，这些缺陷会逐渐扩大造成损伤甚至出现明显的裂纹，如果不进行合理控制，很有可能会进一步扩大损伤甚至影响整个工程的安全性。因此，在施工和正常运营的过程中都要持续进行对桥梁的质量和安全隐患的监测，保证桥梁的结构稳定和正常运营的安全性。

5.3 运营过程中的超载控制

车辆超载会对路桥造成较大的伤害，通常为车流量过大或者车辆运载货物过重。车辆超载会造成路桥的应力和增加路桥的应力疲劳损伤，也会对结构的稳定性、安全性和耐久性造成影响，而且常常是无法恢复的。因而后期的运营过程中需要合理控制车辆超载情况。

结束语

山区高速公路的路桥设计和施工受到其特殊的自然地理环境的约束，而且沿线的地质条件也不尽相同，加之不同地区对路桥的使用要求又有所不同，对路桥的设计工作带来了很大的困难。因此在设计过程中，应注重资料的收集和合理使用，同时对设计的方案要经过充分的比较和验证方可投入使用，要充分考虑到安全性、稳定性和耐久性以及工程的经济效益的要求。

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