山区公路桥梁设计与质量控制的研究

阮立冬

【摘 要】对于山区的公路桥梁建设来说，其设计的质量决定着整个工程的顺利实施与安全运行。本文着重对山区公路桥梁设计进行分析。

【关键词】山区；桥梁设计；质量控制

引言

随着我国西部大开发战略的实施，山区、边区的经济得到快速发展，山区公路的大量修建，方便了山区交通的同时也提高了山区人们的生活水平。因此，要改善落后地区特别是山区的交通状况，需要从搞好桥梁设计与施工入手，多建设一大批高品质、高等级的山区公路，推动欠发达地区经济社会又好又快发展。

1、公路桥梁设计的基本原则和要求

公路桥梁设计的基本原则主要包含以下几个方面：①桥梁设计应满足技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理等要求，同时注重景观和环保。②方案选择及布设除考虑结构本身的合理性外，还应注重与周围景观的协调。③桥梁尽可能服从于整体设计，其平、纵面与公路线形相融合。④桥梁方案选择时，应充分考虑施工场地、施工工艺及工期，避免设计与施工脱节。⑤合理布孔和桥孔分联，充分考虑桥梁下部的刚度协调一致，达到最佳受力效果。

具体的公路桥梁设计应分为上部结构和下部结构两部分，在进行详细的设计前，桥型方案的选择还应考虑以下几个方面：①桥型方案宜综合考虑桥位处地形、地物、水文、地质、施工工艺、场地等因素，在满足功能的条件下，尽量选择受力明确、外形简捷的结构，实现标准化、系列化和工厂化，结合运输条件可选择分段集中预制或现场预制。②在无特殊要求时尽量采用经济跨径。③上跨高速公路的立交桥梁，宜重视景观设计，力求与周围景观相协调，保证视野开阔，诱导良好，行车舒适安全。④路线跨越河流、冲沟时，宜采用稍大的桥梁跨径；避免桥梁设在溶洞、采空区等不良地质地段。

2、公路桥梁上部及下部结构型式的设计原则

2.1上部结构设计。多跨式桥梁上部结构形式及跨径选取宜根据地形、地质、水文、桥墩高度，选取合适的桥梁方案进行比选。平面位于直线或者曲线半径较大的桥梁主要以装配式T梁或小箱梁为主，对不同跨径进行比选，以确定与墩高和基础对应的经济跨径和合理结构，使上下部比例协调、桥型美观大方，并充分考虑施工的便捷，在高度相差不大的前提下，相近桥梁尽量跨径一致。为保证桥梁整体协调性，一般桥梁结构建议按下述选取：原则上常规桥梁L=20至40m采用先简支后连续预应力混凝土T梁或者小箱梁，L=6至16m采用钢筋砼或预应力混凝土空心板梁。

在跨越公路、河流、山谷等受到地形限制时，还应该根据具体情况选取现浇、悬浇等结构，即现浇连续箱梁、悬浇T构、连续刚构、拱桥等。

2.2下部结构设计

对于公路桥梁下部而言，设计的基本原则应围绕桥台以及桥墩内容展开，设计桥台时需要考虑台后填土的高、台后路基是否设置挡墙，桥墩形式的选择根据桥梁高度、斜角角度、水文情况等综合因素，选定圆柱墩、实心薄壁墩及空心薄壁墩。

3、山区公路常规桥梁的设计分析

3.1桥梁整体方案的设计。

山区公路桥梁设计的首要问题是考虑路是否采用桥梁方案，亦或是路基方案。修筑山区公路桥梁是为了跨越河流、沟谷以及绕开某些特定的不良地质段而进行的工程。在山区一般而言，由于地形起伏而修筑的旱桥所占的比重较大。在这种情况下，设桥地段的填方路基高度限值的设定就成为关键问题，这是因为一方面这是整个桥梁工程的基础，另一方面，这也直接影响到桥梁工程的建设规模和投資。在实际设计中，设计人员应该结合路线方案与桥梁各部分的构造物来进行最后的方案设计。尤其在路基中心填方高度大于20m时，更需要参照具体情况而定。

3.2桥梁上部结构设计

3.2.1处理好跨径和墩高之间的关系。从美学角度出发，桥梁跨径与墩高之间的比值应在0.5～1.0之间，即桥梁跨径如果是30m，墩高最好在15～30m之间。将桥梁跨径与墩高之间最佳比值固定在0.5～1.0间，原因在于这样的设计比较经济实用，既不影响桥梁外形的美观度，也能达到控制投资成本的效果。但山区公路地形变化频繁，不易根据墩高来决定跨径，应根据公路地形的变化情况选择一种跨径。但是，如果地形起伏变化非常频繁，也可以选择组合跨径。通常一个公路桥梁工程不止有一种跨径方案，这种情况下，要经过多方面对比分析，选择造价低、质量有保障、施工方便的方案。

3.2.2合理设置弯梁桥的横坡。

在桥梁建设中，为了尽可能的满足行车的舒适度要求，在设计桥梁结构横断面时，适当的提高桥面外弧侧，确保其能够向内弧侧进行倾斜。而通常在设置横坡时能够采用的方法有下述两种：第一种方法是将横断面上的每一根梁肋都设置成不等高的，第二种则是将横梁断面设置成等高的，确保其能够向内弧侧进行倾斜，而在采用第二方法时还需要将墩的盖梁也设置成倾斜的，同时在梁底设置楔形垫块确保支座的受力平衡。

3.2.3处理好上部结构与平面线形之间的关系。

若不能处理好上部结构与平面线形之间的关系，可能导致出现曲线桥。曲线桥一般表现为内外弧差和中矢高。在布置墩台径向时，内外桥梁因受到曲率半径的影响会出现梁长不等的情况，半径越小，内外梁长度差越大。为了有效解决这一问题，必须处理好上部结构与平面线形之间的关系。针对内外弧差这一问题，需改变预制梁长、加大封锚端或加长现浇连续段的方式以适应平面半径的变化。如果半径比较小，可以采用梁中线长度等于标准跨径布置。针对中矢高这一问题，如果中矢高在10cm以内，一般可通过调整护墙内缘的方式适应平面线形。在中矢高超过10cm时，不易调整护墙，以免影响桥梁整体外形的美观度和消弱护墙功能。最好的解决方式就是按照实际曲线情况预制梁悬臂，以此来适应平面线形。不管采用哪种加长梁长的方式，都需注意端横梁及中横梁都应在同一直线上，且梁端支座中心尽量设置在端横梁中心线下。

3.3桥墩的设计。

桥墩的选择要结合山区地区的地质条件、桥梁的跨径、墩高进行综合考虑。山区桥墩的常见形式有柱式墩、薄壁墩、空心墩等，在实际设计中对于桥墩的设计要点主要有以下几个方面：

（1）当桥墩的墩高<30m时，一般采用双柱或三柱圆柱墩，30m≤墩高≤50m时，建议采用实心薄壁墩，墩高>50m时，建议采用空心薄壁墩。而在墩高大于7m的双柱式或三柱式桥墩处则应设置系梁，设置的间距为每7m设置一道，桩顶设置地系梁。（2）墩柱直径的型号最好是一种或者两种，如果过多则容易造成施工的困难，也不利于节约工程造价。（3）在桥墩超过30m时，一般采用墩梁固结。（4）桩基嵌入的深度宜在基岩的3倍桩径处，在左右横坡较大的地方要加长桩长，但是应注意左右桩的长度不宜相差太大。在横坡较陡、高差较大的地方，需增加桩长。当出现覆盖层较厚且偏压严重时，宜在桩位的上坡方向设置抗滑桩来抵抗偏压。

3.4桥台设计。

桥台山区公路桥梁的桥台主要采用肋板台、桩柱式台和重力U型台，其中重力U型台最为常见，《墩台与基础》规定，重力U型台的填土范围应在4～10m，因而重力U型台的高度应控制在10m内。为了适应山区地形地貌、减小开挖量，重力U型台的设计应充分结合地质条件和地形特征进行分台和错台。由于桩柱式台的抗推刚度比较小，因而不适用于台后填土较高、联长较长的情况，一般来说桩柱式桥台适用于台后高度5m以下，联长150m以内的情况。另外，埋置式肋板台的适用范围相对较广，但台后填土高度也不应超过12m。除此之外，山区公路桥梁往往要克服陡峭的地形，此时桥台施工中不能设置锥坡，这使桩柱式台和肋板台的施工收到严重限制。因而恶劣的地质情况下常采用重力U型台。

3.5基础。

樁基础是山区公路桥梁最常用的基础，除此之外，扩大基础也是比较常见的方式。在地形地质条件比较好的情况下，适宜采用扩大基础，桩基础适用于地质情况比较恶劣的情况。地质条件非常恶劣，则可采用摩擦桩。如果桥梁架构在斜坡上，无论采用扩大基础还是桩基础，在设计时都应考虑基础扩散角和覆盖层厚度，以及在施工过程中可能出现的问题。桩基础的施工方法多为挖孔桩和钻孔桩。尽管挖孔桩造价比较低，但是由于其不适用于地下水位比较高、易形成塌孔的地质条件，为此，是否选择挖孔桩应根据实际情况来决定。

4、山区公路常规桥梁设计的其他注意事项

在掌握了以上设计的原则和要点外，还有一些情况需要加以注意。当桥跨区部分的地面占据了上部板梁位置时，地面至梁板底面至少50cm的区域要加以清空，而且要对清空位置进行边坡防护工作。如果要在道路的中央分隔带设置桥墩，那么在设计中应该考虑增加桥墩的防撞设计同时提高桥墩的刚度。在允许的情况下，桥墩最好不设计为独柱墩，独柱墩虽然也有其自身的优势和多种适用性，但是也容易发生偏载和倾覆。如果现实条件决定了一定要采用独柱墩的设计时，则应采取相应措施防止偏压和倾覆。

结束语

与平原地区的公路桥梁相比，山区公路桥梁设计有着一定的特殊性。为了保证山区公路桥梁设计方案的合理性和安全性，相关人员应针对山区地形地质条件探索出最佳的设计方案。设计时，除了要求设计人员有着专业的、高超的业务能力，更要求对山区公路桥梁工程有着深入的认识，只有这样才能根据经验有效应对设计中遇到的各种问题，创造出优秀的设计方案。

参考文献：

[1]王永超.山区公路桥梁特征及其设计对策探讨[J].黑龙江交通科技，2013，02：127.

[2]李雪梅.浅谈山区公路桥梁设计[J].林业建设，2008，06：48-50.

[3]赵君黎，冯苠，刘晓娣，李雪，翟慧娜.中国大跨径公路桥梁设计规范关键问题探讨[J].公路，2009，05：47-52.

[4]李建强.山区公路桥梁的总体设计[J].交通世界（建养.机械），2010，Z1：214-215.