山区高速公路桥梁设计特点与可行性设计准则

谢士清

（中交一公局海威工程有限公司海威工程建设有限公司，北京 101100）

1 工程概述

某地区为了满足运输需求、促进地区经济发展，项目所在地以山区地貌为主，其中道路还经过盆地地形，所以该高速公路整体路线呈现两端较低、中部较高。高速公路沿线还会经过农田、河流等地貌，如果采用传统的现浇混凝土施工不仅存在极大的施工难度，且成本支出较高。本工程在设计阶段结合工程的实际情况，为了满足施工需求，采用预制施工方法进行施工，可以保证施工效率，实现施工成本的降低。山区高速公路桥梁的设计中上部桥梁与下桥墩柱型的选型是关键内容，其无论是对于桥梁设计的可行性，还是对于山区高速公路桥梁未来的运营与使用都具有重要的影响。

2 山区高速公路桥梁的特点

相对于地势平坦地区的地形而言，山区高速公路桥梁设计阶段必须要考虑项目建设所在地的地形地貌的复杂性以及在实际施工过程中所面临的问题与困难。因此，为了保证桥梁的设计与施工能够满足使用需求，必须对山区高速公路桥梁的特点有清晰认识与了解。而山区高速公路桥梁的特点主要表现为平曲线、半径小、纵坡大、横向坡度陡等。

山区高速公路桥梁实际施工建设过程中还需要进行大量的挖方与填方施工，会对施工区域周围的环境造成一定的影响，同时不合理的施工设计还会引发一系列的地质灾害，对后续的施工造成极为不利的影响。因此，结合山区实际环境与地质情况，以山区高速公路桥梁设计特点为基础，通过建造高墩、曲线、大坡度、长跨径的桥梁，有效降低对于周围环境的影响程度，同时还可以采用预制装配式施工工艺减少施工对于环境与地质的影响，为施工的有序开展以及工程质量提供重要的基础保障。

3 山区高速公路桥梁设计的可行性准则与理念

山区高速公路桥梁建设具有鲜明的特点，所以山区高速公路桥梁的设计应遵循其可行性准则。

（1）满足公路桥梁安全使用与耐久新能。

在桥梁设计阶段、施工阶段以及运营阶段，耐久性与安全性同等重要，为了减少高速公路桥梁在运营阶段的管理与维护问题的发生，需要在设计阶段重视公路桥梁耐久性与安全性设计。

（2）遵循生态环境保护原则。

山区高速公路桥梁施工过程中势必会影响周围环境的平衡与环境，所以为了降低施工影响，实现施工与环境协调可持续发展，在桥梁设计阶段必须对桥梁建设地的环境与地质情况全面掌握，在设计阶段遵循生态环境保护原则，实现生态环境保护的同时为施工质量提供基础保障。

（3）遵循经济效益最大化原则。

山区高速公路桥梁建设应用以保证施工质量为目标，结合施工区域的实际地质结构特征与建设要求，合理选择建设使用材料、施工工艺，并且通过制定科学的施工计划与方案保证施工有序进行，降低成本支出，实现经济效益最大化。

耐久性与安全性始终是山区高速公路桥梁设计与建设关注的核心问题与重要的设计理念，通过合理的设计与科学的施工实现公路桥梁安全性与耐久性的全面提升，减少后期公路桥梁养护与管理成本的支出。

4 山区高速公路桥梁设计特点与方法

以山区高速公路桥梁设计的基本特点、原则等为基础，针对山区高速公路桥梁的实际需求与情况，基于桥梁上部结构选型、支座设计、墩柱设计三个方面展开研究与分析，期望相关设计能够得到有效的优化，实现可行性的全面提升。

4.1 桥梁上部结构选型设计

山区高速公路桥梁设计不仅应符合相关行业设计要求与标准，还应结合桥梁建设的实际需求、建设所在地的地质情况等，合理选择桥型以及经济实施的桥梁跨径，如果桥梁跨径设计超出合理范围，不仅会造成成本的增加，还会为桥梁未来的稳定运行与维护留下安全隐患。针对桥梁上部结构选型既要对经济跨径有全面的认识，也要对建设所在地的实际地质情况有全面的数据支持，才能选择最佳的桥型与跨径。通过实践验证与探索，当前针对高速桥梁中空心板梁的设计理论中具有较大的偏差与不足，具体表现为空心板桥梁受到外力的作用时，只能传递剪力，无法满足桥梁弯矩传递，所以在山区高速公路桥梁设计阶段必须将桥面的铺装与铰缝向链接，保证桥梁在实际使用过程中既可以传递剪力，也可以承担横向弯矩传递。

横向弯矩的传递会对桥梁整体的耐久性与安全性造成一定的影响，具体主要表现为横向弯矩的存在会导致铰缝在运营过程中出现较多病害，其中较为严重的是过早出现开裂现象，严重影响桥梁的工作性能，甚至会出现板梁整体的破坏与倒塌现象。

桥梁上部结构选型设计可以选择T梁或箱梁，施工工艺采用预制施工方法，可以有效提升施工效率，为工程质量提供有力的保障。山区高速公路设计中曲线梁的结构可以通过选择箱型梁桥避免横向倾覆问题的发生。

4.2 支座设计要点

支座设计是山区高速公路桥梁设计中的重要内容，并且在桥梁后续的使用过程中具有重要的影响，其主要承担了桥梁整体的竖向承载力与水平变位能力。为了降低病害发生概率，降低后期维护保养成本的支出，针对多跨连续桥梁的设计时需要在中间桥墩按照桥梁的实际需求设置一定的固定支座。为了更好地发挥支座的作用，还要在桥台以及其他桥墩位置设置纵向滑动支座，有效保证桥梁变形能够均匀分布在桥梁的全跨内。

独立柱墩桥梁支座的设计中需要关注桥梁倾覆问题，同时还要重点关注桥梁的横向偏移，在设计过程中可以通过对支座横向位置进行合理优化设计，提升设计的可行性。

4.3 下部墩柱设计

下部墩柱作为山区高速公路桥梁中的核心部分，对于桥梁的使用与质量有极大影响。下部墩柱设计过程中应注重分析连续梁桥与连续钢构桥之间的差异与优势，同时在墩柱的形式方面，还要结合建设所在区域的实际环境合理选择墩柱的型式，更好地满足桥梁的使用需求。

5 山区高速公路桥梁设计实例

5.1 上部结构选型设计

根据本工程的实际情况，本工程在上部结构选型设计中针对T梁与小箱梁进行了比选，主要的目的是有效降低山区桥墩数量，减少对周围环境的影响。

上部结果经济性比选分析如表1所示。

表1 上部结构经济性比选分析

（1）T型桥梁的优势主要表现为经过不断实践已经拥有成熟的施工工艺，且施工周期较短、技术较为简单，后期维护与保养较为容易。

（2）箱型梁的优势主要表现为整体性、耐久性等方面有较大优势，但施工工艺较为复杂且后期维护与保养存在较大的难度。

5.2 下部结构选型设计

本工程项受山区地形特点影响，如果采用多桥墩设计，会占据大量农田，对周围环境造成严重的影响，但采用较高的桥墩会增加施工难度与施工成本。通过对于山区特点的分析之后，下部结构选型设计应该遵循相关原则，如表2所示。

表2 下部结构选型设计原则

5.3 耐久性设计

科学合理的结构是保证桥梁耐久性与安全性的重要基础，所以结合本工程的实际情况耐久性的设计应该遵循相关原则。桥梁的所有结构设计必须采用梁式结构，且针对不同的梁式结构采用不同的结构。

为了保证桥梁整体的抗扭性能与整体性能，推荐采用现浇结构，使用高品质的施工材料，以期满足密实度、强度以及抗渗性等要求。

此外，耐久性设计时还要考虑周围环境对于桥梁耐久性的影响，设计时要对施工建设区域的环境、地下水腐蚀性进行全面分析，合理设计路线和桥跨布置，有效避开可能对结构产生腐蚀的位置，保证桥梁结构的耐久性。

6 结语

综上所述，山区高速公路桥梁设计、建设以及后期养护过程中会受到山区地形地质复杂性的影响。所以，在山区高速公路桥梁设计时注重对设计特点与可行性准则的研究，对于山区高速公路桥梁的设计与施工、后期的运营管理与养护都具有深远的影响与重要的意义。