山区高速公路桥梁建设的特点和设计

刘晓东

［摘 要］随着社会经济不断发展，高速公路桥梁建设逐渐向山区方向发展，但由于山区地形地貌过于复杂，山区高速公路建设中经常遇到小桥梁施工情况，涉及上部墩柱、上部桥梁等方面的选型问题，这些都是保证山区高速公路桥梁工程质量的基础要素。加之工作人员对水土保持、地质灾害、环境保护等方面的认知程度不足，导致其在山区公路桥梁选址和总体布局方面存在很多问题。基于此，本文通过分析我国高速公路桥梁设计思路，结合叶盛黄河大桥设计经验，提出集安全设计、环保设计、适应地形为一体的设计思路，来提升山区高速公路桥梁设计效率，并根据该种设计思路对比不同路线设计方案，解决山区高速公路桥梁建设方面存在的问题。

［关键词］山区高速公路；桥梁设计；设计原则；特征

［中图分类号］U44 文献标志码：A

近年来，我国公路建设取得质的突破，政府部门愈发提高对高速公路的重视程度，不断提升公路设计标准，对公路安全、环保等方面提出更高的要求，这些问题的出现，给高速公路桥梁设计带来了新的挑战，目前急需工作人员从工程设计源头来分析其中存在的问题。针对该种情况，工作人员要尽快转变自身设计理念，从不同方面来分析设计关键技术，推动公路建设实现可持续发展，从而满足现代高速公路对经济、环保、安全等方面的要求。特别在信息化时代背景下，该阶段作为高速公路桥梁发展的重要阶段，让高速公路桥梁逐渐向山区方向发展，道路设计标准逐渐提升，其地质条件和地形条件愈发复杂，为解决上述这些问题，工作人员要结合实际情况及时调整设计思路，不断优化设计模式，真正提升公路设计质量。

1 工程概况

叶盛黄河大桥坐落在宁夏地区，这是宁夏自主设计施工的第一座黄河公路大桥。1970年12月26日，全长502米的大桥竣工通车，结束了宁夏南北交通被黄河阻隔、有渡无桥的局面。此后的50年间，宁夏境内黄河上相继飞架起中宁黄河公路大桥、石嘴山黄河公路大桥等25座大桥，其中还有2座黄河公路大桥——中卫南站黄河大桥和中卫乌玛高速镇罗黄河特大桥在建。工程所在区域中有多条河流和农田，线路穿越面积较广，如果采用传统施工方式进行施工，不仅会影响到整体施工效果，还会耗费大量施工成本。同时，在整体沿线中有大量输油管道和采油设备，所需要的建筑材料极度匮乏，工程建筑材料需要从很远的地方进行运输，会大幅度提升材料运输成本。上述地区由于受到地形等因素的影响，其服务设备布置和路线设计非常困难。本项目桥梁跨越各种小型河流，为保证工程施工质量，工作人员要利用标准化预制构件，建设桥梁空心板和T形桥梁两个环节。在编制桥梁设置方案时，要避免影响到水面原生态环境，科学处理桥梁下部基础环节［1］。

2 山区高速公路特征

近年来，我国高速公路进入高速发展阶段，逐渐向山区方面发展，道路设计标准呈现逐年递增的趋势，公路建设地址条件和地形条件愈发复杂，再加上工作人员对环境保护的认知程度不足，公路建设指导思想仍然以经济思维为主体，导致其无法随着建设条件的改变而改变。随着公路建设工作的不断深入，给自然景观景观带来了各种不良影响，深挖路基、高填等措施引发了各种地质问题，无形中增加了防护加固、地基处理的工程造价，也给原有植被带来了严重影响，因此无法完全贯彻政府部门所提出的可持续发展策略。一直到20世纪20年代初期，政府部门主导的川主寺到九寨沟的高速公路项目，正式拉开高速公路走向可持续发展道路的序幕，全国各地相继贯彻可持续发展理念，结合本地地质情况，让公路建设向着生态路、环保路方向发展。

由于山区地表生态环境过于脆弱，容易引发各种地质灾害，高速公路在进入山区初级阶段，需要解决各种项目中的困难，如投资限制、地方发展需求矛盾等，如果工作人员对地质灾害认知存在问题，且未重视高填路堤和深挖路垫等方面的要求，就会导致公路上出现大量高填深挖路段。同时，受到传统公路建设思维的影响，在公路建设路线经过复杂地形时，通常需要进行多方面因素的对比，如对高架桥梁和高路堤以及半边桥和高边桥进行对比，从而收集大量地质方面的数据，但仍然将经济作为建设高速公路的主要因素，并未将生态环境破坏问题和复原程度作为主要的对比条件，无法实现可持续建设方案。因此，需要工作人员不斷从工程实践中总结建设经验，从而优化公路设计模式和理念，构建极具地方特色的公路建设方案［2］。

3 山区桥梁设计原则和思路

通过对项目各方面内容进行反复分析，再结合以往公路建设方面的经验，成功改进高速公路发展设计思路，根据高速公路项目基本特征，在本次高速公路桥梁设计过程中，要严格遵循地形适合、设计安全、设计环保的理念。考虑到山区高速公路建设环境非常复杂，在进行桥梁设计工作时要综合考虑各方面要素：第一，要保证桥梁自身的安全性和耐久性，这也是建设桥梁的最终目的，要合理控制后期维护工作量，在设计初期阶段考虑到桥梁自身的性能；第二，注重保护周围生态环境，对于山区高速公路项目来说，其附近有各种优质生态系统，因此在设计中要考虑到后期施工给生态环境带来的影响，尽可能地做到和自然协同发展［3］；第三，追求经济效益最大化原则，以不影响工程质量为基础条件，确定合理的施工方法和材料。由于山区桥梁施工环境过于复杂，影响因素趋于多样化，所以工作人员要提高对耐久性问题的重视程度，不然会加大后期的维护工作量和投入成本。从我国桥梁工程设计情况来看，一直存在计算理论滞后问题，注重分析桥梁强度和承载力，对耐久性方面的研究内容较少，在设计中要特别注意。很多桥梁工程经常出现钢筋锈蚀、构件连接位置疲劳等问题，很容易给整个结构耐久性能带来严重影响［4］。

4 山区高速公路桥梁设计特征和方法

本文以山区高速公路桥梁设计特征为基础，结合公路桥梁实际情况，从墩柱设计、桥梁上部结构选型、支座设计等方面进行分析，进一步优化高速公路桥梁设计内容，全面提高其设计合理性。

4.1 桥梁上部结构选型设计

在设计山区高速公路桥梁过程中，不仅要满足建筑行业的设计要求，还要结合桥梁施工所在区域的各方面数据，选择对应的桥梁跨径和类型，一旦桥梁跨径设计超过行业标准，势必会提高日常建筑施工成本，严重影响桥梁的使用年限。同时，在进行桥梁上部结构选型时，要对桥梁跨径有全面的认识，根据相关地质数据，选择最合理的桥梁跨径和类型。大量实验数据证明，在高速桥梁中空心板梁设计问题主要体现在仅能传输剪力，不能满足桥梁弯矩传递的要求。因此，在山区高速公路桥梁设计阶段要提前进行铰缝链接和桥面铺装环节，确保桥梁在应用中能传递剪力和承担横向弯矩传递［5］。其中，横向弯矩传递会影响到桥梁整体的安全性和耐久性，会导致铰缝在运行中出现多样化的病害，给桥梁工作性能带来严重影响，甚至出现桥梁整体破坏问题。在选择桥梁上部结构类型时，工作人员通常采用箱梁和T梁，施工工艺最常用预制施工工艺，能全面提高日常施工效率，提高工程施工质量。在设计山区高速公路曲线梁结构方面，要利用箱型梁桥，防止出现横向倾覆问题，如表1所示。

4.2 支座设计要点

支座设计作为山区高速公路桥梁设计中的重要环节，对桥梁后期使用效果有重要影响，其负责承担桥梁整体竖向承载力和水平变位能力。因此，为控制桥梁工程出现病害问题，要尽可能减少后期维护保养成本，对于多跨连续桥梁，要根据桥梁实际需求在中间桥梁位置设置固定支座。为充分发挥固定支座自身作用，要在其他桥墩位置和桥台位置设置纵向滑动支座，确保桥梁变形能均匀分布在桥梁各方面。同时，在独立柱墩桥梁支座设计方面，要注重桥梁倾覆问题和横向偏移问题，合理优化支座横向位置，增强设计可行性。

4.3 下部墩柱设计

下部墩柱作为山区高速公路桥梁中的重要环节，和桥梁使用效果有直接关系。因此，在设计下部墩柱过程中，要注重分析连续钢构桥和连续桥梁间的差异性；在墩柱形式方面，要结合施工所在区域的自然生态条件，在该设计中要严格遵循不破坏是最好的保护原则，避免出现高填深挖、降低变坡高度等问题。在正常情况下，山区公路针对生态环境影响通常表现在大幅度填挖方面，这种大规模填挖很容易给土地带来嚴重影响，导致其出现变形、移动等问题，从而造成植被的严重破坏。因此，针对该种地势起伏较高的填挖阶段，工作人员要从经济方面进行对比，根据环保优先原则来使用结构物，尽可能地采用隧道、桥梁等结构物。可通过将公路各方面元素，如路基宽度、构建物、平纵面线形和人文景观相互结合，从而形成一个完整的个体，科学选择墩柱类型，从而满足桥梁日常的应用要求［6］。

4.4 下部结构选型设计

由于本工程经常受到山区地形特征影响，如果利用多桥墩设计方案进行施工，则会侵占大量农田，给周围生态环境带来严重影响［7］。但如果使用较高桥墩，则会提高工程施工成本和难度。因此，在分析山区桥梁施工特征后，确定下部结构选型设计要遵循满足平面整齐的作用，在选线过程中不能使用直线定位法，要利用曲线定位法，这种布线方式具有线位控制准确、手法灵活等特征，有利于让选线和地形相互结合，构成多样化平面线形。同时，通过总结大量成功的山区高速公路经验，采用地形选线方式能更好地满足山区地势、地形等方面的要求，根据地形变化选择对应的线形，从而有效控制拆迁量和高填深挖路段，避免因施工给生态环境带来的严重影响，如表2所示。

1.4.5 耐久性设计

科学的结构是保证桥梁耐久性的重要因素，工作人员要结合工程项目的实际情况，严格遵循行业标准设计桥梁结构，所以桥梁结构均设计为梁式结构，针对不同梁式结构采用对应结构。同时，为保证桥梁整体的抗扭性能，最常用现浇结构，购买高质量的施工材料，满足其对工程强度、密实度、抗渗性等方面的要求。在道路设计中要树立安全意识，通过完善道路设计来合理保障交通安全性，避免出现大量交通事故，从而降低政府部门的经济损失。目前，工程安全主要分为运营安全和工程实体安全，从公路设计方面来看，要注重解决公路自身所产生的使用安全问题，合理利用主动预防和容错方式，在特殊时期可采取被动防护措施。同时，在主动预防过程中，可以通过优化线形设计来提升行车安全性，这能直接控制事故隐患。另外，在耐久性设计方面，要综合考虑周围环境对桥梁耐久性带来的影响，科学设计桥跨环节和路线，妥善处理易出现腐蚀的结构，增强桥梁结构的耐久性［8］。

5 结语

综上所述，由于山区地形过于复杂，桥梁工程对整个山区高速公路工程质量有重要作用，工作人员需要提前确定公路等级和性能，利用新设计理念来进行桥梁设计工作，注重山区公路基本特征，综合考虑各种外在因素，贯彻行业规范要求，注重优化桥梁各结构的工作内容，提高材料质量控制力度，建设高质量山区高速公路桥梁工程。

参考文献

［1］高勇. 沥青路面层间黏结性能技术探讨——以福建山区高速公路长上坡段为例［J］. 智能城市，2021，7（23）：135-136.

［2］徐应生. 山区河谷大跨径桥梁岸坡稳定性研究——以开州湖特大桥为例［D］. 贵州：贵州大学，2021.

［3］吴少磊. 高墩爬模施工控制措施分析——以云南省永勐高速公路南榨河大桥项目为例［J］. 工程技术研究，2021，6（23）：143-145.

［4］胡亚坤. 复杂山区高速公路地质选线研究——以乐山至汉源高速公路（汉源段）为例［D］. 四川：西南交通大学，2020.

［5］曾祥雄. 山区桥梁超高墩施工安全管理措施——以广连高速公路为例［J］. 绿色科技，2020（8）：167-169.

［6］李鸣策. 基于道路因素的高速公路安全性评价研究——以四川天府新区至邛崃高速公路为例［D］. 重庆：重庆交通大学，2020.

［7］宋俊杰，汪煦飚，白皓，等. 山区高速公路桥梁桥墩漂石撞击机理及防护措施探究［J］. 中国公路，2022（18）：112-113.

［8］张波，邬俊峰. 机制砂在山区高速公路桥梁高性能混凝土中的应用［J］. 山东交通科技，2022（5）：72-74.