山区公路中小跨桥梁设计关键问题研究

曾霁

（中大工程设计有限公司，西安710119）

1 引言

近些年，我国公路桥梁建设发展迅速，东部平原地区的路桥建设体量大、难度小，路网成型迅速，因此我国东部地区的经济发展也十分迅速。相反，在西北和西南等多山地的地区，山区由于其地形的复杂性、山体高程的不连续性，路桥建设难度大，山区桥梁分布呈现“中小跨、零散、不均”的特点，路网成型缓慢，由此导致的是该部分地区经济发展速度明显不及交通发达的东部地区。因此，这类山区公路中小跨桥梁的设计将是山区路桥建设中的一大重点与难点。本文将从山区公路桥梁特点出发，并针对中小跨桥梁设计问题进行分析，并提出一些解决建议与方案。

2 山区公路桥梁特点分析

由于山区地形的复杂性，山区公路桥梁与平原地区的公路桥梁以及城市道路、立交桥在线形、结构、施工等方面都有很大的不同。山区公路桥梁的特点主要包括以下5 点。

1）需要适应复杂的地形、地质和水文情况。在山路建设中，一方面由于山地存在多种不同的地质构造，岩溶、塌方、滑坡等地质灾害频发，设计者与施工者要面对陡峭的地形、较高的地表高差等问题；另一方面由于山区水系多且杂，暴雨、洪水、泥石流等地质灾害频发，因此还要面对山涧侵蚀、雨季防洪、地质灾害等问题。

2）需要采用高墩结构形式。为了适应高差巨大的地形条件，中小跨度桥梁需要采用高墩结构类型。高墩结构的特点在于施工过程中突出的稳定性，但高墩结构的柔性较大，受施工期间的横风影响大，且地震对高墩桥的影响也更为显著，此时墩柱存在过大的侧向位移变形，导致上部结构落梁和墩柱本身的强度受损【1】。

3）桥梁数量与长度占比大。由于山区高低起伏的地形和复杂多变的地貌，山区公路的建设一般由平面半径小的平曲线和半桥以及高档墙组成。若是在高程起伏大的区域，桥梁数量与长度都较多，最多甚至可以占据总路线80%的长度。

4）桥梁分布零散、间断，路桥频繁交错相接。由于山体高程的不连续性，地形障碍的分布是间断的，故需采用中小跨的桥梁结构形式，桥梁间断分布，不利于桥梁的施工管养。这就要求山区桥梁在设计时，应该在保证安全性的同时更注重材料与结构的耐久性，保证桥梁使用寿命并减少病害发生概率，否则大量分散的中小跨桥梁若出现病害，将会给后期的管养带来很大的困难。

5）施工工艺受限，难度提高。山区由于地形条件复杂，使得原材料的运输、混凝土的现场浇筑变得困难，既不能在桥梁底部进行支架施工，也不能采用预制手段通过运输方式进行施工。

3 山区中小跨桥梁设计问题分析

3.1 承载能力接近极限值

一方面，山区公路中小跨桥梁的高墩柱具有横截面面积相对较小、重心高、墩身长且柔度大、对施工精度要求高等特点，在如此苛刻的条件下，设计人员往往会将设计标准不断下调，导致承载能力处在相关设计规范极限值的边缘。在这样的情况下，如果在施工过程中存在一定程度的疏忽，如材料的缺漏、质量不达标等，将造成严重的后果【2】。

3.2 耐久性无法得到保障

由于近年来各国桥梁坍塌的事件层出不穷，其中大量中小跨径桥梁的使用性能都在呈下降的趋势，部分桥梁的耐久性受到了质疑和挑战。

影响桥梁耐久性最关键的问题一方面在于对桥梁定期妥善的管理、养护、检测没有到位，由于中小跨桥梁数量多、分散的特点，十分不利于后期的运营，这就对设计提出了更高的要求。因此，设计人员更要着眼于从材料和结构的角度去提高桥梁的耐久性，而非寄希望于后期的管养运营。另一方面在于该领域的科技创新水平还没有完善提高，科研人员与设计人员之间存在“学术界”与“工业界”一定的脱轨现象。如何将学术科研成果有效地转化为可直接产生经济效益的工业成果，从根本上使中小跨桥梁耐久性提升一个档次，是现在业界人员需要共同思考和努力的方向。

3.3 设计理念与方法落后

中小跨桥梁的设计方案在最终敲定之前，需要关注桥梁的经济性、耐久性、实用性等，充分考虑各部分连接点的合理性。然而我国处在基础设施高速发展的阶段，设计与施工都追求高效率而部分忽视了对质量的高追求，并且现如今相关的桥梁设计软件很多且功能越来越强大，将造成设计人员的设计理念与方法落后【3】。

一方面，很多时候设计人员为尽快完成任务，过度依赖设计软件与系统，而不根据工程与现场环境进行具体的细节推敲。设计人员在设计时仅仅只是关注桥梁设计要满足计算的标准，而忽略了整个建造过程中桥梁的具体位置和在建造材料。另一方面，设计人员缺乏自主创新意识，为追求效率而简单套用以往流传下来的标准图。如果桥梁设计人员在设计中一味地照搬、复制以往的经验，而不带有自己对于该位置桥梁的思考与理念，那么山区中小跨桥梁将会变得不适应特殊地形、构造千篇一律的问题。因此，设计人员仍然需要秉持创新的精神，将自己的思想融入设计方案与工程实际中去。

4 山区中小跨桥梁设计要点分析

4.1 设计应充分考虑施工可行性

有些设计在设计层面上看似毫无问题，但在山区这样复杂恶劣的地理条件下，往往会出现施工可操作性低、施工质量难以保证的情况，如空心板铰缝，存在的施工空间小、操作难度高的问题，如图1 所示。设计人员应正视这一类问题，充分考虑现阶段施工人员队伍的素质、施工工艺水平和人员调度管理水平，做到能够以一位施工人员的视角去做设计，这样的设计才是有效的、符合实际需求的。

图1 山区中小跨桥梁施工

4.2 采用高耐久性结构设计方案

设计人员在进行中小跨桥梁初步设计时，应全方位、多角度考察各种自然条件与车辆荷载对桥梁结构与材料造成的影响，综合考虑各方面的限制与要求，宜在可行的几个方案中采用耐久性更高的设计方案。同时，其在进行设计时，要选取使用抗腐蚀、耐久的材料，并且要不断优化桥体设计构造，注重细节的完善，尽量降低后期维护的成本，保障桥梁能够无障碍使用。

4.3 树立自主创新设计的意识

在现如今基础设施建设飞速发展的时代，人们似乎都习惯了千篇一律的房屋住宅、千篇一律的道路桥梁，而忽视了这些基础设施作为建筑物、构造物，它们本身也具有人文属性与艺术属性。设计的过程实则为一个将理念具象化的创造过程，这个理念包含了传统意义上的工程技术理念，即从力学角度上保证结构物的安全性；同时还包含着人文理念与艺术理念，这意味着设计人员至少应该在设计标准图的基础上，根据实际工程的地理环境以及桥梁预期的定位，来有针对性地进行设计与改良，将自己的设计思想与理念融入工程设计实体中。

5 结语

山区公路中小跨桥梁在设计时通常会涉及承载能力接近极限值、耐久性无法得到保障、设计理念与方法落后等问题，这是山区特殊的地理环境以及国内如今的基础设施建设环境所导致的。因此，设计人员在设计时应充分考虑施工可行性，采用高耐久性结构设计方案，树立自主创新设计的意识，不断提高山区公路中小跨桥梁设计的质量。