山区高速公路桥梁设计关键要点及优化措施

倪志军

湖北长江路桥有限公司 湖北 武汉 430000

改革开放以来，中国社会经济快速发展，交通运输业也取得了很大进步。公路建设规模迅速扩大。桥梁工程作为道路最重要的组成部分，特别是山区已经设置了大量桥梁。面对复杂的地质地貌环境，应结合实际科学设计桥梁工程，为后期施工工作提供可靠的指导，确保山区高速公路桥梁的施工质量和经济效益。但部分山区公路桥梁设计缺乏对现场环境的关注，没有严格按照相关技术规范进行设计，设计方案的可行性不足。为保证山区高速公路桥梁的设计质量，设计者应紧密结合区域气候条件和地理环境，掌握设计要点，为山区高速公路桥梁施工质量奠定坚实基础。

1 山区高速公路桥梁设计特点

1.1 跨径设计

山区高速公路桥梁跨度设计比较复杂，设计人员在设计工作中需要遵循因地制宜的原则。通过比较和选择设计方案，可以选择更合理可行的设计方案。跨度设计应能满足导航需求。应根据河道设置更大跨度，在变化的河流上设置多个通航口岸，以提高桥梁的通航能力。在跨度设计中，最好不要选择地质地貌条件复杂的地区，比如水流快的地区。设计者可适当增加跨度，以避开地质地貌条件复杂的路段。确保桥梁结构受力点位置合理。对于连续梁结构和连续刚架桥梁，应保持良好的跨高比，以确保桥梁中间和两侧弯矩力相同。在跨度设计过程中，还要考虑其经济性，根据施工技术和经济性确定合适的跨度，在最大限度地减少投资的同时，努力保证质量和量地完成山区公路和桥梁的建设。山区高速公路桥梁质量易受地形、地质影响，但水文对桥梁设计的影响相对较小。在设计过程中，应确保桥梁跨度满足施工区道路建设的需要[1]。

1.2 跨越河流

山区河流比例高，山区河流一般具有合流时间短、流速快等特点。河床断面以U型或V型为主。山区高速公路桥梁容易受到泥石流、塌方等自然灾害的影响，设计师在设计山区高速公路桥梁时需要考虑这些情况是否会发生。在峡谷和河流地区修建山区高速公路桥梁时，重要的是不要压缩桥体河床，使尽可能多的通道通过洞口。如果你不能通过这些洞，你需要尽量减少桥墩的数量。树桩可以设置在河流比较缓慢的位置。

1.3 跨越深沟

山区高速公路桥梁跨深沟时，应以跨度布置为主，注意不要将跨度置于沟中央，以免雨后水流对跨度体产生强烈冲击，影响跨度稳定性。大雨也会引起泥石流，树桩受到石头冲击容易产生裂缝等问题，影响桥梁整体稳定性。当桥墩高度变化较大时，设计人员可采用组合跨度以更好地适应施工区域的地形条件。

1.4 跨越泥石流沟

山区的一些公路桥梁需要过泥石流沟。在设计过程中，桥墩不宜布置在沟槽中，否则沟槽流量的增加会对桥墩产生重大影响，从而影响桥梁下部结构的稳定性。设计人员应尽量通过洞口，妥善处理护岸和导流道设置等泥石流沟，以免泥石流灾害对桥梁结构造成破坏。

2 山区高速公路桥梁设计关键要点

2.1 合理选择桥型设计

一是地质条件差的山区高速公路桥梁型设计。山区地质环境复杂，不良地质条件可对桥型方案的实施产生重大影响，特别是在喀斯特地区。该路段宜选择跨度大的桥型，尽量减少桥墩数量。如果桥梁在断层带内，选择大跨度桥梁类型，断层带两侧不应有相同的基础。当桥梁施工正好处于滑坡区域时，设计应遵循桥梁施工前处理滑坡病害的原则，桥墩布置也应避免滑坡的位置。二是过江大桥的桥型设计。山区河谷一般较深，河床较窄，丰枯水期河流流量差异较大。如果公路桥梁需要通过这个路段，桥墩的数量需要尽量减少。如果桥墩不可避免地落河，设计时应注意河道侵蚀和滚石对桥梁基础和桥墩的影响。三是现有铁路段的桥型设计。要根据山区公路水平科学预留一定宽度，充分考虑建桥对铁路的潜在影响。为尽量减少桥梁施工对铁路运营的影响，应选择较为简单的施工工艺和技术。

2.2 桥梁上部结构设计

山区高速公路桥梁的传统上部结构类型通常包括预制T形梁、小箱梁、钢－混凝土复合梁、钢箱梁和现浇预应力混凝土连续箱梁。桥梁设计时应根据线形、跨度高、水文、地质、施工条件等不同因素合理选择桥梁上部结构型式。首先，当桥墩高度小于70m时，预制T梁和小箱梁往往是强制性的解决方案。两种类型的桥梁都具有设计和施工技术成熟、装配施工方便、穿越能力强等优点。但在相同跨度下，T梁上部结构高度高，景观效果差，小箱梁刚性高，扭转性能好，景观效果较好。但大跨度小箱梁上部结构较重，对吊装设备要求较高。通常，考虑到山区施工和吊装不便等因素，桥宽超过30m的情况下，T梁桥较为普遍。当桥墩较高时，T型梁与桥墩之间的固结比较方便。二是半径不超过250m的曲线桥，可连续封闭连续箱梁和连续板结构。曲线桥桥墩高、支柱安装困难时，在满足抗倾覆计算要求的情况下，还可以采用钢制桥顶起施工[2]。另外，在桥梁抗震要求高、桥下净空有限或穿越繁忙道路的情况下，具有自重小、刚度强、布局灵活、建筑高度低、顶棚施工快等优点，对电流影响最小，故采用钢-混凝土组合梁、优选钢箱梁等钢桥。但钢结构桥梁成本高，易腐蚀，维护相对困难，耐火性差，抗疲劳设计不足。因此，设计必须考虑多方面。另外，考虑到山区曲线桥的数量较多，可以采用“平行配置”的方法优化桥墩结构，使其半径更大，桥梁长度更短，实现桥梁上部预制件梁的跨度和纵向的协调。

2.3 桥梁支座设计

山区高速公路桥梁支撑体的设计首先要确保支撑体具有足够的垂直承载力，才能有效地承受桥梁上部结构的水平应力。为了防止桥梁支座在后期使用中变形，可以使用多跨度连续桥梁。中间桥墩可采用固定支撑体设计，桥台可采用纵向滑动支撑体设计。通过该方法，可以将桥梁的变形应力分配到桥梁的跨度内。对于单柱桥墩和桥梁支座，设计人员需注意翻车。如果是曲线桥，桥梁工程通车后对中间桥墩进行横向位移处理，可有效抵抗偏心荷载应力。另外，桥台的设计也是山区高速公路桥梁设计的重点之一。目前我国桥墩的一般形式有助板墩、重力U型墩和桩柱墩。相对而言，重力式U型桥台综合应用效果最好。根据有关规定，为满足山区高速公路桥梁台填土压力要求，已知重力式U桥台不得超过10m。在桥梁工程施工过程中桥台是连接桥梁与道路的纽带，因此需要充分重视桥台的设计。具体应注意两个方面：明确桥梁上部结构与桥台高度的关系。在设计过程中，尽量降低桥台的高度，延长道路上部结构的长度。二是为避免桥台台身出现裂缝的问题，地基处理技术可采用毛石混凝土回填施工技术。如果桥台较大，可以在墙外的暴露部分适当添加钢丝网，以避免桥台出现较大裂缝。

2.4 桥梁下部结构设计

在计算弯桥高墩设计时，应考虑偏心荷载、离心力和风荷载的影响。各桩的刚度必须一致，差异太大不能提高抗震性能。当桩高小于35m时，底部为圆柱形桩。桩高超过35m时，可采用双柱实心（空心）方形桥墩。桥梁下部结构形式应尽量整合统一，减少桩柱类型，便于施工。如果基础底部与岩石下垫相同方向的斜面，则必须使用桩基。使用双柱桩时，通常以钻孔桩为基础。但是，在地层中存在软弱的中间层、砂砾、岩石等地质条件或易崩塌的地质条件、气体或气体等有害气体的情况下，不允许使用钻孔桩。对于陡坡，应根据坡度的影响增加桩身深度。应通过控制增加坡面内埋桩深度，相邻桩间桩底高程差不得超过相邻桩间纯距离。膨胀基础底部应布置在岩石层之上，基础深度应与水流侵蚀和承载力一致。基础不能放在滑坡、崩塌等不稳定的斜坡上。在同一桥墩柱高度不同的情况下，采用底部延长桩的形状可以减少填土量和对山坡的破坏。原则上不应进行开挖，也不应进行过度开挖。在陡坡上设置高架桥，尽量避免在山区将桥梁长度延长至2—3m。梁向山上延伸，地质条件良好，可直接开挖岩层。

2.5 桥梁结构耐久性设计

在山区高速公路桥梁设计过程中，设计者首先要充分认识到桥梁结构耐久性的重要性，高度重视结构耐久性，综合考虑强风、雨雪、车辆荷载等各种影响因素。基于耐久性科学，桥梁结构设计应确保整体设计质量，以及结构的稳定性和安全性。从桥梁结构耐久性的角度出发，必须开展设计工作，以确保整个项目的设计质量。要根据实际情况选择耐久性好的材料，不断完善桥梁结构设计方案。处理各种各样的详细，后期考虑施工和维护成本等各种各样的方面。

2.6 附属结构及排水设计

各种附属结构和排水系统的优化设计也对山区高速公路桥梁的总体设计质量，特别是高速公路桥梁的稳定性有着重大影响。在具体设计中，应注意抽屉板的设计。如果有桥梁施工的路段是均匀的岩层，桥台的位置在开挖路段，设置坡道就不容易了。其次，注意桥梁伸缩装置的设计。当桥梁设计成高墩结构时，设计者需要仔细考虑其伸缩情况，在一定程度上计算其伸缩装置的伸长量。再次，桥面防水排水设计。根据桥梁工程的具体位置，合理优化桥面防排水设计。桥梁在凹曲线上时，应设置与曲线低凹点相对应的排水孔，对排水管进行加密。如果桥梁工程需要通过敏感水源保护区或通过储区，桥面宜采用集中排水，隔油沉淀，可设计满足排放标准。在具体设计过程中，桥面水应引至附近边沟，不得直接排放到道路上。否则会污染路面，也会影响道路的正常运行[3]。

2.7 桥梁防滑坡设计

有高速公路桥梁的山区气候条件往往很复杂。如果下大雨或大雪，汽车在这条路上行驶时很滑。稍有不慎就会导致严重的交通事故。针对这一问题，设计者在设计山区高速公路桥梁时要求加强防滑设计，根据具体地形，科学设计防滑，避免车辆运行时的打滑，确保车辆安全。设计者需要注意背压、减载、地面排水等因素，最大限度地降低滑坡风险，确保山区高速公路桥梁安全。如果无法避免滑动，可以对滑动体采取必要的保护和加固措施。防滑设计方案的具体选择，需要设计者深入现场调研、分析研究，分析当地实际情况，选择最佳设计方案，确保桥梁安全。

3 山区高速公路桥梁设计优化策略

3.1 设计方案的优化

山区的独特性主要表现在地形和自然环境上。为了充分了解和掌握整个项目的实际情况，在项目启动前对整个站点进行调查，并将所得数据信息作为设计参考，实现科学的工程设计方案是一种有效而重要的方法。设计方案的科学性是有效提高桥梁稳定性的关键。一般来说，桥梁有两种结构形式。即大跨度桥梁和标准跨度桥梁。由于这两种结构形式在设计控制要求上存在一定差异，因此在设计过程中出现的问题也可能存在差异。一般来说，山区高速公路桥梁最常见的结构形式是标准的跨度桥梁，可以提高设计的可行性，在施工过程中具有良好的可操作性和安全性。此外，与其他结构形式相比，这种结构形式需要更低的投资。

3.2 施工材料的合理选择

在高速公路桥梁整体施工中，施工原材料非常重要，所选原材料的性能在一定程度上决定了高速公路桥梁设计的安全性。在山区高速公路桥梁施工过程中，混凝土和钢筋是最常见的建筑材料类型。因此，这两种原材料的质量需要在选择过程中得到充分保证。在此基础上，在施工过程中，要保证原材料的使用具有一定的科学性，从而提高桥梁整体性能，为桥梁整体运行过程的稳定性提供基础和支撑。使用钢筋和混凝土材料时，应确保材料与整个项目兼容，并严格遵守最新的桥梁规格和标准。在进行桥梁设计和工程施工时，必须确保其合理性。

3.3 不同桥梁设计要点

山区地形有显著差异。在高速公路桥梁设计过程中，应结合现场实际环境条件，确保设计方案具有一定的针对性。例如，在设计弯道和大纵坡长桥时，需要充分分析和关注可能的稳定性要求和位移问题。由于大纵坡和长桥所处的施工现场条件和地形环境特点，需要高度重视位移问题。除了垂直法和垂直法之外，位移也容易产生偏差。因此，有必要充分考虑这些可能性。上述情况对桥梁设计方案的内容非常重要。因此，在山区高速公路桥梁早期设计阶段，需要高度重视这些情况，否则会严重影响整个项目的施工质量，导致整个桥梁在实践中不能正常应用。

3.4 结构设计

结构在任何建筑工程中都起着重要的支撑作用。山区高速公路桥梁在施工和运营过程中，外部自然环境往往严重影响高速公路桥梁的各种荷载结构位置。其中，主要发生风荷载、地下水破坏以及对自然环境和气候暴露地区的腐蚀。当这些问题发生时，整个公路桥梁的稳定性将严重而直接地遭到破坏。随着高速公路桥梁使用时间的增加，这些因素将对整个高速公路桥梁产生重大影响，使建筑材料性能逐渐下降。在这种情况下，公路桥梁的结构发生变化，伴随车辆在桥梁上行驶而产生动荷载，导致公路桥梁整体施工出现问题，最终影响耐久性[4]。

4 结束语

总之，山区公路建设对国民经济的发展起着至关重要的作用，而我国国土辽阔，地形复杂。因此，在山区修路时，必须考虑桥梁设计问题。在具体实施中，要根据现场情况选择合适的施工工艺，确保施工顺利进行，减少不必要的成本投入，最后在桥梁设计中要根据实际工程量确定相应的计算公式，使计算结果更加准确可靠。山区高速公路桥梁结构设计应严格遵循安全、经济、因地制宜、和谐的基本要求。要优化桥梁上部结构和桥墩设计，确保其设计科学、合理、有效。同时，还可以提高桥梁施工质量，促进公路建设的发展。