山区高速公路桥梁工程方案设计

改造者：翟文涛

山区高速公路桥梁工程方案设计

改造者：翟文涛

论文选用的工程案例位于我国北方山区的某高速公路施工标段，结合该标段某桥梁的设计情况，分析了山区高速公路桥梁的设计特点，就山区高速公路桥梁设计在结构选型、总体布置和细部构造设计等方面的方案比选设计。

我国是一个多山的国家，大小山脉和河流纵横全国。为了保障交通运输和方便人们出行，在山区建桥是势所必然。同平原区公路相比，地形、地质、水文条件复杂是山区高速公路的主要特点。地面高差变化大，沟壑多，横坡陡；岩性、岩石风化程度各有不同，存在不同程度的崩塌、滑坡、陡岸、岩溶、泥石流、断层等；水文地质复杂，水系众多等。山区桥梁的建设具有地形起伏变化大，地质情况复杂，水流冲刷严重，河中漂浮物多，施工场地受限制，机械、材料运输困难等特点。设计中，需要从安全可靠性、耐久性、经济性、环保等方面的要求，合理地选择桥梁结构型式，综合考虑桥梁各方面建设因素，进行适宜的构造设计就显得非常必要。

山区公路桥梁工程设计案例及主要特点分析

我国北方山区的某高速公路施工标段是一条典型的山岭重丘区公路。地面标高在海拔180m～300m之间，路线经过区域地势总体是北高南低，地形起伏较大，沟壑纵横，河谷狭窄，河流弯道多、下切强烈。工程建设区域内现有道路等级低、路面窄，交通极不方便。场地地质地层自老至新发育较全，主要为中元古界、青白口系、震旦系、寒武系、奥陶系次为少是志留系及侏罗系和白垩系。区域内年平均降水时1400mm，降雨分配严重不均，主要集中在5～9月份。该标段工程范围内分布有大、中小桥梁共计18座。

结合上述分析，山区高速公路的主要特点足地形地质复杂等。受此影响，公路路线平纵横设计都要受到地形的影响，经验分析，平面半径小，平曲线多，纵坡大的特点。沿线的桥梁需要沿着道路的走向进行设计布置，也就同时具有了如下的几个特点。

（1）路线基本沿山腰展布，平曲线多，因此，曲线桥梁也就多。并且很多桥梁的平曲线半径都比较小，桥面超高变化复杂。

（2）路线所经地段大多为地形起伏较大丘陵斜坡和丘陵间沟谷的重丘和多呈U形或V形或W地形地貌的峭壁深谷，相对于线位高度，许多沟谷深度达几十米，最大沟深可超过百米。桥隧连续交替相连，桥高、桥长不受水文条件控制.主要决定于两岸地形。从沿线地形、地貌、地质等自然条件反映，多数桥梁施工点场地狭窄，高空作业地势险峻，运输较困难。同时。由于许多地段桥隧交替，紧密相连。施工十扰较大。这些影响I嗣素在桥型方案设计中均需作重点考虑。

（3）许多桥梁横桥向地形陡。地形变化复杂，设计时需因地制宜的选用合适的墩台形式，这就导致了墩台的结构形式比较多。

（4）山区高速公路桥梁最常用的基础仍为扩大基础与桩基础。但需根据实际情况采用，避免施下过程中因实际资料与设计采用资料不符合而变更墩台基础设计，从而影响整个工程的施工工期。

山区高速公路桥梁工程方案设计研究

山区高速公路桥梁设计的总体原则

（1）公路设计中，桥位服从路线，这算路桥配合的基本原则，设计中，尽量合理的考虑大型构造物两端的接线顺畅。

（2）山区中，需要利用桥梁进行跨越山谷，结合山谷的特点，大的河流较少，道路也不多，所以桥梁多设计为中、小跨径梁式的结构，不需要大的跨径。

（3）结合多种因素，尽可能采用标准化、系列化、经验成熟的预制装配施工技术进行桥梁的设计建造。

综合分析，桥梁常采用标准跨径的预制梁板上部结构，场地选择须考虑至桥位的运输、架设技术、经济可行性，沿线设置多个现场预制场。

桥型方案选择

在桥型设计方案选择时，设计人员根据线路总体走向，实地踏勘每座桥位的地形、地貌、水文和现场交通等情况，并做好详细的现场调查记录，本着安全、实用、经济、有利于环保和方便施工的原则，合理选择每一座桥梁建设方案。

（1）桥梁跨径的比选设计

桥梁设计中，对于跨径的选择，除满足基本功能需要外，还要充分考虑美学原则的影响，结合文小资料和设计案例，比值在0.618-1比较合理。由于山区地形起伏变化频繁，应根据地形尽量选择一种跨径，不宜根据墩高频繁变化跨径设计，如果墩柱高度变化很大，可根据全桥平均墩高综合考虑跨径。本着节约造价和方便施工的原则，在选择桥梁跨径布置时进行了多方案比选，选择合适的桥梁跨径布置。

1）当桥梁下部高度较低（小于10m），地质情况较好时，在满足泄洪断面需要的情况下，尽量选用小跨径桥梁。同时为了减少施工模板，方便工程施工和管理，桥梁跨径选用了13m和16m两种跨径。

2）当桥梁下部高度在10m～30m之间，地质情况适宜，河水较浅，选用中型跨径布置，并尽量统一的原则选用了20m和30m两种跨径。

3）当桥梁建设高度超过30m，河水较深时，选用了40m较大型桥梁跨径布置。

4）当桥梁建设高度超过50m，河中水深超过15m时，选用了120m大型桥梁跨径布置。

（2）桥梁上部结构比选设计

桥梁上部结构根据桥位处水文、地质、运输条件和有利于施工的原则选择适宜的结构型式。

山区桥梁由于受线位走向需要，很多桥梁位于斜、坡、弯路段，预制梁板施工困难，还有一些桥梁受地形条件制约，桥位附近没有预制场地，无法进行现场预制，此时，根据桥梁建筑高度和施工期过水断面需要，上部结构分别选用了满堂支架或跨墩门架现场浇筑混凝土施工方案。当桥位处路段线性比较平直且附近有预制场地时，常规标准跨径的桥梁上部结构采用现场预制结构，并综合考虑桥下场地、桥梁跨径和桥梁建筑高度等因素分别采用吊机安装或架桥机安装。对于河水较深，墩高较大，桥梁全长超过1km的标准跨径桥梁，上部结构采用移动模架现场浇筑混凝土。对于大跨径变截面连续结构选用挂篮悬臂浇筑混凝土。

（3）桥梁下部结构的比选

在桥梁下部结构的选择上，设计充分考虑了桥位处地形、地质、河流冲刷、漂浮物情况和现场材料等因素。

对于河中有可能出现较大漂浮物的桥梁，为了提高桥梁墩台的抗撞性能，下部结构优先选用重力式结构，将迎水面做成圆弧形或锥形，以利于行洪和漂流物，并根据当地材料情况选用了混凝土或浆砌石结构，其余优先采用轻型墩台。

当河中水较深，河流冲刷较大时，桥墩尽量采用钻孔灌注桩基础，当桥位处地质情况较好，河流枯水期水深较浅时，优先采用扩大基础。当河流冲刷较大，岩层埋深较浅，基础采用了扩大基础下接短钻孔群桩组合基础。

山区高速公路桥梁过程中， 采用桩柱式或肋板台限制较大，锥坡设置存在很大困难，可在锥坡底部设置与路基挡墙衔接的挡墙，采取组合式轻型桥台的方式处理。

因为所处地形、地质条件的复杂，所以该桥梁在路线布设上存在很大困难。桥梁建设受施工场地、运输条件等的制约；平面线形以曲线为主；路线必须跨越山谷的地段，桥梁的桥墩较高，大型桥梁构造物设置较多；同一座桥梁中的桥墩高度差别可能很大；如果从减少下部桥墩数量方面考虑，桥梁的下部桥墩可以采用全幅双柱式或单幅单柱式，但是因为上部结构连续引起高墩尺寸偏大的影响，进一步增大了下部盖梁及桥墩的尺寸；采用双幅双柱式或单幅单柱式的设计，就需要采用预应力盖梁的结构进行处理，不仅影响施工进度，还增加了造价和难度；所以，综合方案设计，均采用单幅双柱式墩进行后段全线工程的设计。

细部构造设计

（1）墩梁固结设计

弯、坡、高、长桥等是山区高速公路桥梁的特点。设计中如果采用连续支承体系，容易产生桥梁的支座脱空、破坏的现象，甚至桥梁的梁体开裂的严重后果。所以设计中选择使用墩梁固结体系结构形式。

当桥梁位于曲线、大纵坡的情况下，墩高超过20m的高墩桥，如果要有效的控制上部结构施工过程中的墩顶位移量，就需要采用墩梁固结的刚构体系，可以避免桥体的滑移，提高桥梁稳定性、耐久性。

（2）防护设计

针对山区河流冲刷大的特点，在基坑回填时要求结构物基础周边采用粘土回填，并在表面根据河水深度和流速状况分别做了护砌、干砌、抛石等各种形式的防护。桥头个根据现场地形分别做了锥坡、护坡、护岸等形式的防护，并为了做到与周边环境的协调选用了浆砌石、混凝土预制块和植被等多种防护类型。

（3）抗震设计

针对目前国内、外桥梁的震害表现，加强了对桥梁的抗震构造设计。对预制梁结构采用分片设置纵、横抗震挡块，对现浇混凝土梁（板）或预制板结构在墩台两侧设置抗震挡块，在抗震挡块设置上采用了两次设防，即内侧挡块构件做得纤细，地震时允许破坏以降耗地震能量，外侧挡块构造较强，防止落梁。对简支梁（板）结构分别在纵、竖向设置抗震防落梁连接件，并在构件接头间设置橡胶减震块，以便地震时能起到较好的缓冲作用。

结语

山区高速公路桥梁由于其所处位置地形多样，地质构造复杂，水位变化大等特点，其设计应具有很强的针对性。因此，在桥梁设计过程中，要对设计方案进行合理的选取，与其他构造物的衔接处理要得当，才能更好的体现设计水平。论文主要介绍了山区桥梁总体布置，结构选型、细部构造设计等方面，对以后类似的设计有较好的指导作用。

翟文涛

包头市公路规划勘测设计院

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.18.026