山区高速公路桥梁设计关键问题研究

宋同禄

摘 要：近年来，随着我国经济的快速增长，高速公路建设规模不断扩大，尤其是前两年实施的西部大开发战略使山区高速公路建设得到突飞猛进的发展。山区高速公路在修建过程中呈现出复杂地质地形和较多的构造物等特点，山高谷深，地形高差大，地面自然坡度陡，大部分路段都以桥梁隧道为主，一条山区高速公路设计的成功与否，桥梁部分的设计就显得尤为重要。本文围绕山区高速公路桥梁的设计要点，深入分析桥梁设计中的关键问题，以期能为有关方面的需要提供借鉴和参考。

关键词：山区高速公路；桥梁设计；关键问题

中图分类号：U448.14 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）06-0096-01

1 山区高速公路桥梁设计原则

山区高速公路桥梁将大部分的桥梁类型几乎覆盖，通过合理的构造处理和可靠的结构计算分析能够确保桥梁结构自身的安全性。受山区自然条件的影响，还需要对水力、雪载荷、强风等因素进行综合考虑，避免山区桥梁出现稳定性和刚度不足。山岭地区地形起伏，布设施工现场具有一定的难度，尤其不利于大型施工机具的使用。为预制构件提供大型的施工场地基本不可能，另外蜿蜒曲折的山路给运输造成一定困难，在山区桥梁设计中大跨径的预制构件受到很大的限制。但是中、小跨径预制构件有利于施工和节省造价，在山区施工中得到广泛应用。山区高速公路相比于平原地区，增加了大量的结构物，从而造成施工成本大幅提高。在经济不发达地区建设公路桥梁，就需要综合考虑造价成本，在满足经济指标的基础上，对施工技术的可行性进行考虑。所以，山区高速公路桥梁的技术经济指标需要根据工程所处的施工条件和地理环境进行论证，确保获得最佳方案，使工程费用得到良好控制。

2 山区高速公路桥梁设计的要点

（1）做好基础设计。扩大基础与桩基础目前仍然是山区高速公路桥梁最常用的基础。通过长期实际能够看出，挖孔桩和钻孔桩在桩基础施工中得到广泛应用，但是山区复杂的地质条件给施工单位提出了较高的要求，需要施工人员详细勘察岩土资料，认真分析工程地质、水文条件，根据环境因素设计适当的施工技术。在实际设计桩基础施工方式时，需要对两种不同施工方式对于沉淀层厚度的要求进行充分考虑，按照施工路段的特点进行确定。

（2）注重设计理念。受地形条件和地理条件的影响，在设计山区高速公路桥梁时需要对山地的高度、坡度等因素进行综合考虑。通过长期实践能够看出，与常规的公路桥梁建设相比，山区高速公路桥梁的建设更容易受地理环境、气候情况等因素的影响，具有较大的施工难度和危险性，因此各种影响因素都需要考虑在内。所以，在山区高速公路桥梁设计中，我们需要对工程的设计理念加强重视，对先进的技术积极学习，同时周全考虑设计时对各方面的影响，详尽的设计安排具有较大危险程度的工艺。特殊情况下，需要事先预防工程施工中可能出现的紧急情况，及时预测相应结果，并将完备的工程预险方案制定出来。

（3）加强施工管理。由于山区地区本来就是比较陡，容易发生事故，因此有很多意外情况和交通事故出现在山区高速公路桥梁施工过程中，因此要对桥梁施工加强管理。在施工过程中，需要安排施工管理人员实时监视和处理各种不专业或不安全行为。设计人员和施工人员在施工过程中要严格按照设计要求进行施工，严格杜绝有偷工减料行为出现，这同时也要求管理人员对自己的职责严格履行，将巡查管理工作做好。同时要将一套专业科学的巡查管理体系制定出来，让管理者在工作时能够有专业的科学理论，确保各项工作有序进行，实现安全施工。

3 山区高速公路桥梁设计关键问题

（1）山区曲线预制梁桥预制梁、板布设。在山区高速公路桥梁施工中，预制结构是最常见的桥梁结构。但是，对于预制结构桥梁来说，它存在一定的局限性，一是预制桥梁的上部结构需要达到标准的长度跨径。公路工程使用的预制板、预制T梁跨径和预制小箱梁跨径都有相应的标准（表1）。

所以，如果确定施工方案为预制结构桥梁时，需要按照标准跨径布置孔跨；二是将高速公路修建在山区时，桥梁受地势环境影响，通常会有一些曲线半径存在于平面线型中，在山区公路桥梁中普遍存在弯桥。所以，施工单位要合理制定方案，科学布置板梁，充分发挥预制结构优点，确保整体线型能够满足平曲线型的布置要求；三是解决好上部构造板梁布置和平面区县的适应关系。桥位处于平面曲线半径对桥梁上部结构的平面布置具有较大影响，一般表现为中矢高和内外弧差两个方面。在布置墩台角度时，受曲率半径影响，内外梁梁长存在一定差异，内外梁梁长差随着半径的变小而增大。在平行布置墩台时，中矢高的大小受桥梁平面线形路面平曲线的直接影响。通常来说，桥梁的中矢高如果在10cm以下，则可用按照直线平行布孔，桥梁的中矢高如果在10cm-20cm直接，则在平行布孔以后将桥梁整体向曲线凸出方向移动，中矢高如果在20cm以上则需要按照折线平行布设，同时要适当调整边梁翼缘。

（2）桥梁上部结构应力设计。在山区高速公路桥梁施工中，对于非标准跨径的结构，一般采用两种结构，一种是预应力钢筋混凝土现浇，另一种是钢筋混凝土现浇桥梁。其中，上部结构的内力计算是现浇桥梁結构设计中的关键问题。按照结构受力情况，预应力混凝土结构可分为部分预应力混凝土和全预应力混凝土结构。在计算预应力混凝土现浇梁桥上部结构时，混凝土梁在各种载荷组合作用下，各个截面是不产生拉应力的，截面最小应力σ≥0MPa。

如果个别截面由于次内力的影响无法将拉应力消除，则允许存在较小的拉应力，但要控制拉应力在2MPa以下。与此同时，因为C50混凝土有着2.65MPa的轴心抗拉强度标准值，因此只要将个别截面的拉应力控制在2.65MPa以下，混凝土就能够满足结构正常使用，不会出现开裂情况。

（3）桥梁下部柔性高墩设计。如果山区桥墩的高度在40m以上时，就需要对桥梁的稳定性加强重视，因为当桥梁具有较高高度时，复杂的环境因素会给桥梁造成更大的压力，直接影响着桥梁的稳定性。按照相关标准，当l0/h>30时，构件已由材料破坏变为失稳破坏。l0/h=30是第一类稳定与第二类稳定的分界点，因此，施工单位需要对高度的柔性设计加强重视，通过柔性高墩的合理设计能够桥梁稳定性问题得到有效解决。施工人员除了要考虑高墩桥梁的最大承受极限和桥面承载能力以外，还需要对连续梁结构时各个桥墩互相制约等因素进行综合考虑，对整体的桥梁进行分析，对下部的高墩的柔性设计深入研究。

另外，还需要对漂流物或水质腐蚀性影响等外部因素进行综合考虑，进行配筋计算和裂缝验算，完成对整个墩台的下部结构计算。

（4）山区复杂地质条件桥梁桩基设计。在实际施工中，可能会遇到斜坡、断层破碎带、采空区以及深厚覆盖层等地质条件。以深厚覆盖层条件为例，较厚覆盖层分布厚度在50-70m左右，我们在选择桩基施工方式时需要根据覆盖层的厚度进行。30m以下厚度的一般是按照嵌岩桩设计，超过40m的按照摩擦桩设计，大于30m且小于40m范围内的可以根据经济水平、技术水平等任意选择。施工人员需要根据桩基施工方式来确定桩长，并对侧壁摩阻力的作用进行充分考虑，使桩长适当减少。与此同时，采用摩擦桩时需要对沉降对上部结构的影响进行综合考虑，特殊情况下上部结构采用简支结构，从而使沉降对桥梁上部结构的影响有所降低。

4 结语

综上所述，随着山区经济的发展和现代化进程的加快，山区高速公路有着更高的要求和更大的需求，因此需要通过多种手段使公路的设计质量得到提高。其中桥梁在山区高速公路设计中占有较大比重，所以要加强对桥梁设计关键问题的探索，把握好山区高速桥梁设计的关键问题，保障山区高速公路桥梁设计质量，提高山区高速公路的稳定性、安全性和舒适性。

参考文献

[1]石春瑞.山区高速公路桥梁设计关键问题探讨[J].科技与创新，2014（15）：83+87.