山区高速公路桥梁设计中的桥梁选型与安全评估

骆春雨，曹景，胡江

（天津市市政工程设计研究院，天津 300051）

山区高速公路桥梁设计中的桥梁选型与安全评估

骆春雨，曹景，胡江

（天津市市政工程设计研究院，天津 300051）

在山区中，高速公路桥梁建设通常选用常规桥梁和特殊桥梁这两种形式。山区桥梁所处地势复杂，因此要特别注意其选型和安全评估。论文从规模、气候、地形、工艺等方面介绍了山区高速公路桥梁特征，分别阐述了常规桥梁和特殊桥梁的选型方法，提出了山区高速公路桥梁设计安全评估的措施。

山区；高速公路；桥梁设计；选型；安全评估

我国的高速公路建造事业，在21世纪的首个10a内已经迈入了迅速发展时期，到目前为止仍在持续发展中，并跨越到了一个崭新的阶段。当桥梁主要修建地区从东部转移到中西部后，逐渐进入山高路陡的区域，桥梁建设工程也成了掌控项目资金和建造工时的核心要素之一。因此，在现阶段的山区高速公路桥梁建设中，要贯彻落实国家相关法律法规，强化桥梁建设安全评估意识。

1 山区高速公路桥梁特征

1.1 桥梁建设规模较大

山区高速公路多修建于复杂险峻的地形中，需要翻越深沟与河谷，因此多数情况下采取大规模桥梁群建设，以免出现深挖深填等工程。对于沟壑、低谷等区域的桥梁建设，就要尽量适应当地地形，克服高度变化条件。据不完全统计结果显示，山区高速公路目前修建的桥梁总长度在全部里程中所占据的比例超过了50%，在这其中，特殊桥梁（即本文专指的跨度大于150m的特大桥梁，不包括多跨径总长度大于1000m的特大桥梁）在所有桥梁中占据的比例是10%～15%，而常规桥梁（即本文专指多跨径总长度大于1000m的特大桥梁）在所有桥梁中占据的比例是85%～90%。目前，常规桥梁建设已变成掌控工时和资金的主要因素，如山区高速公路中常见的曲线桥，连续刚结构特大桥梁，以及艰险地形中的“以桥代路”等[1]。

1.2 桥梁所处地区气候差异大

我国地理形态的主要特征是西高东低，构成显著的“三级阶梯”状，每一级“台阶”之间高度差异达到千米以上，而第三级则是著名的“世界屋脊”——青藏高原。山区中修建的高速公路绝大多数汇集与中部和西部的第二、第三级阶梯上，属于温带大陆性气候区域，夏天天气炎热，而冬天天气干冷，一年四季气候温度差异较大，一天之中的气温变化落差也高，全年降雨量偏低。自然气候环境对桥梁建造而言，是极为重要的因素之一。频繁冻结与融解，可能会拉长建筑工期，对桥梁下部和基本构造的稳固性与持久性，也会产生不小的影响。

1.3 桥梁选址区域地形条件复杂

山区内所建桥梁大多会受到路段总体走向和地理形态的约束，因此基本都建造在荒无人烟的深山河谷中，进出入该区域可能会需要建设长度超过几十公里的工程隧道。山区高速公路桥梁建造的地域范围通常比较狭窄，如何对施工现场进行合理的布置，也是设计人员与工作人员需要面对的首要难题。一部分山区高速公路桥梁悬挂在半山腰上，如此一来，工程设备以及原材料运送等环节都有了更高的难度。

1.4 易受施工方案和工艺影响

在山区高速公路桥梁设计中，除了要考虑到桥梁选址、地理气候特征等因素以外，还要考虑施工方案和施工工艺。对于一些特大型桥梁而言，施工方案起到的影响非常之大。所建桥梁采用的施工原料、施工设备、入场条件等，都能够对桥梁的架构和形态起到决定作用[2]。而针对主桥型桥梁和其他部分特殊桥型的设计，施工工艺的质量尤为重要，例如悬索桥、拱梁组合体系桥等。

2 桥梁选型

2.1 常规桥梁

对于山区高速公路的常规桥梁设计，要遵循“技术过硬、安全稳固、结实耐久、经济科学”等建设原则，在保障工程安全的前提条件下，选用经济、实用、持久、环保的桥型，要保证从桥梁的整个使用期限看来，其综合消耗最低，性价比最高。常规桥梁的桥型选择大致可分为上部构造选型、下部和基本构造选型这两种。

2.1.1 上部构造选型

常规桥梁的上部构造选型要利用更为成熟的新型技术，符合更高层次的建造标准。上部构造选型若要使造价更低，就要将其标准跨径控制在50m之内（包括50m）。要选用场地预先制作的预应力混凝土T梁、箱梁、空心板等，运用小跨径桥面连续或是钢绞线构造连续。建造过程中，其50mT梁的单片梁横向抗弯能力较小，而需要承吊的重量较大，在挑选和设计时要尤为慎重。对于单跨跨径在50～80m以内的多跨度大桥，其上部构造可选用各截面相等的连续梁，将同节段在工厂中预先制作好，并利用架桥机吊装方案进行施工，可以节省项目成本，取得良好的经济效果。而对于单跨跨径超过100m的桥梁上部构造，就要采取预应力混凝土连续梁方案，或者是多跨连续刚构设计，并选用挂篮移动悬臂浇筑法进行施工。不同跨径桥梁的上部构造选型见表1所示，常规桥梁方案经济的比较选择见图1所示。

表1 上部构造选型

图1 常规桥梁方案经济比较选择

2.1.2 下部和基本构造选型

常规桥梁的下部构造通常选用圆柱形桥墩或是墙体形桥墩。对长桥来说，其下部构造要考虑施工现场的地理形态和桥墩高度变化，科学选出二、三种构造模式，在受力达到标准的前提下，保证视觉效果平稳舒适。常规桥梁下部基本构造通常采用扩张型桥基或是桩型桥基。下部基本构造选型要考虑实际地形，对于较陡的坡度或险峻的路段，可以优先选择桩型桥基，谨慎进行开挖施工，尽量不选用开挖工程量浩大的扩张型桥基，以免对自然环境造成不必要的破坏。常规桥梁下部构造选型参照表2。

表2 下部构造选型参照表

2.2 特殊桥梁

2.2.1 桥梁位置的选择

特殊桥梁位置的选择是路线走向的决定性因素。对于水利、地理、工程条件比较复杂的建筑区域，要把桥梁位置选在既定路线上，不能脱离路线的大方向。要依据河流与峡谷的形态特点、水利状况、地理条件、通行要求、建设基础、地方交通规划等要素，在更大范围中挑选出最合适的桥梁建设位置。并采取必要的物理勘测、钻探等技术，在深度相同的前提下进行科学的经济对比选择。

2.2.2 是桥梁形态的选择

山区高速公路特殊桥梁的重要形态包括拱形桥、多跨连续刚构桥、低塔斜拉桥、悬索桥等。拱形桥通常可建在地理条件优良的深V形峡谷中，其沟宽在工程结束后要求达到的高度不能大于300m。拱形桥设计可以选用一孔跨沟法，根据行驶车道的方位建设上承式拱形桥或者中承式拱形桥，如要考虑经济实用，就必须将拱桥跨度控制在250m以下。拱形桥的主拱圈骨架通常要选用刚性骨架强化的钢筋混凝土箱状横截面，建造方式可选用旋转或铁索吊装作业[3]。

3 安全评估

3.1 制作桥梁建设安全评估报告

依据国家相关规定，山区高速公路桥梁建设安全风险评估区间为：

1）跨径超过40m的石拱桥、跨径超过250m的钢筋混凝土拱形桥、跨径超过350m的钢箱桥。

2）跨径超过200m的梁式桥、跨径超过400m的斜拉桥、跨径超过1000m的悬索桥。

3）桥墩高度超过100m的桥。

4）桥梁建设处地震强度高于7级并且跨径超过150m的桥。

5）其余建造环境险峻、技术需求较高的桥梁。

3.2 制作安全风险调查表

对于数目较多的常规桥梁，要合理制作安全风险调查表。依据最近几年的实际建筑经验，设计安全风险调查表时，要制作基本资料安全调查表、整体设计安全调查表、上部构造安全调查表、下部构造安全调查表、施工风险安全调查表。对于工作安全调查，要制作建造基础安全调查表、使用材料安全调查表、基本工艺安全调查表、下部与上部构造建设工艺安全调查表、附近工程协调性调查表等。

4 结语

山区高速公路桥梁建筑设计安全等级总共分为4个级别，要针对不同级别的安全风险对桥梁修建工程进行科学评估，及时采取相应措施减少安全风险。要根据山区高速公路桥梁的形态特征、地理特征、气候特征、工艺特征等，正确选择桥梁的建造位置和结构，优化桥梁设计施工技术，推动我国桥梁建筑和高速公路建造事业的发展。

【1】赵进,侯靓雯,施菁华,吕一新.秦岭山区高速公路桥梁设计[J].公路交通科技,2011(10):270-273.

【2】黎立新,何智勇,尚峰.山区高速公路常规桥梁选型设计[J].公路, 2014(7):145-148.

【3】尹智育.山区高速公路桥梁设计的风险问题研究[J].科技创新导报, 2011(7):108-108.

Model Selection and Safety Evaluation of Highway Bridge Design in Mountainous Area

LUO Chun-yu，CAO Jing，HU Jiang
（TianjinMunicipalEngineeringDesign&Research Institute，Tianjin 300051 China）

In the mountainousarea,the highway bridge construction usually selects the conventional bridge and the special bridge these two forms.The terrain iscomplex,soweshould payspecialattention to theselectionandsafetyassessment.Firstly from theaspectsofscale, climate,topography,process,introducesthemountainousareahighwaybridgecharacteristics,and thenexpoundstheselectionmethodof the conventional bridges and special bridge,and finally puts forward some measures to the mountainous area highway bridge design safety assessment.

mountainousarea;highway;bridgedesign;selection;safetyevaluation

U442.5

A

1007-9467（2016）08-0120-03

10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.031

2016-03-10

骆春雨（1980～），男，天津人，高级工程师，从事桥梁设计与研究（电子信箱）543800337@qq.com。