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山区高速公路桥梁设计关键问题探讨

作者 :李立峰 龚循坤更新时间:2019-09-11

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 (中国公路工程咨询集团有限公司 北京  100089)

摘要:高度公路对于山区的经济和社会发展具有重要的推动作用,而由于地形的原因,山区高速公路建设中桥梁的占比较大。因此对山区高速公路桥梁进行设计分析 研究十分具有现实意义。本文主要对山区桥梁的特性及设计原则进行了分析,并结合山区的实际特性对设计过程中的要点进行了说明,以期为相关的实践提供参考。 

关键词:山区 高速公路 桥梁设计 

1 引言 

      在促进山区经济发展的过程中,公路尤其是高速公路的建设显得 尤为重要,高速公路可以显著提升当地经济的发展和社会的建设水 平。西部地区多山区,在高度公路建设中桥梁的修建和设计必不可少, 由于山区高速公路的桥梁具有其自身特性,在设计时需要结合具体实 际情况进行修建。本文主要对山区高速公路桥梁设计进行分析探讨, 对山区桥梁的特性进行分析,并对桥梁设计原则和设计过程中的关键 技术进行分析。 

2 山区桥梁的特性 

      山区高速公路的建设和应用中,由于山区地形复杂,构造物较多, 导致山区桥梁在山区高速公路中的占比较多。据相关的统计数据显 示,山区桥梁总长在整条高速公路路线中占比甚至可以达到 80%,可 见山区高速公路的设计和建设中,桥梁的设计和建设是关键。 山区高速公路的特性主要体现在三个方面:地形、地质和水文条 件。地形方面的特性主要为地势出现较大的高度差,并且高度的变化 较为频繁,因此陡坡的出现数量较多;地质方面的特性主要为岩溶、 不稳定坡、滑坡交替出现且比例较多,并且岩石的风化程度不同,其 稳定性的差异较为明显。水文条件的特性主要为暴雨、洪水、泥沙的 路线分布较广且不均一。由于这些因素的影响,高速公路布设时存在 平纵横三个方面的约束,终导致形成的平面半径较小,平曲线较多, 并且坡度较大。由于山区高速公路的上述特性也就决定了山区公路中 的桥梁具有其特有的性质。山区高速公路往往沿溪展线,路线中时常 会存在河流交替出现的现象,因此山区高速桥梁中斜弯桥的比例较 多;山区的地形复杂,横陡坡较多,因此也导致山区高速桥梁中半边 桥和高挡墙较多;高速公路跨越较多的沟壑,因此高墩桥数量较多, 且地形复杂也导致桥墩的形式多种多样。山区的复杂地形决定了桥梁 的设计工作重要且复杂。在山区高速公路中,除了大型沟渠需要设置 桥梁外,对于一些小的隧道、沟渠等也需要桥梁,只是此处的桥梁相 对较小,整个山区公路中,小型桥梁的数量巨大,并且形状多样。 

3 桥梁设计的总原则 

      山区桥梁设计几乎包括了平原地区桥梁设计所需要考虑的所有 内容,例如恒载负荷、活载负荷、施工负荷等。对于其结构稳定性需 要合理的构造进行保证外,还存在一些特定的需求。例如山区条件的 复杂多样性,应该更加关注暴风、泥石流、雪负荷等对于桥梁的影响。 对于一些受到地形要求严格的地段,还需要结合具体路线的特殊性进 行桥梁的设计工作,例如会出现高墩大跨度结构。因此,下部结构中 刚度分配和稳定性分析是山区桥梁设计中必须考虑的内容。 山区地带地形起伏、沟壑较多,施工现场较为严苛,对于大型施工 机械的使用极为不便,预制构件的施工几乎不太可能。但在桥梁的施工 设计中,从施工经济性分析,桥梁预制件是山区桥梁设计的必选方案。

       山区高速公路建设中,由于其地形的复杂性导致公路的造价一般 远远高于平原地区的公路造价。然而山区一般发展相对较为落后,经 济相对贫困。因此,山区高速公路的建设中,经济性是重要的指标, 桥梁的设计更是如此。因此,对于山区高速公路的桥梁设计,不仅要 充分考虑技术的可行性和有效性,更重要的是所选的桥梁的构型设计 经济性是否满足经济佳性。在实际的设计工作中,往往需要结合具 体的地理位置和施工条件进行多方案的技术经济性评析,以期找到 佳经济性方案,在保证桥梁稳定性和有效性的基础之上,能够更好的 节约施工成本。 绿色环保是我国发展的主题,因此桥梁设计施工中也要考虑桥梁 和环境的匹配度,是否和周围的环境能够协调统一是设计的关键。另 外,施工中也应注意避免对原有的岩石结构进行过多的破坏,预防自 然灾害的发生频率。减少对于环境的损害,实现桥梁与自然和谐统一 的目标。 

4 山区高速公路桥梁设计要点分析 

      山区地形复杂多样,因此高速公路建设中的桥梁设计和施工的影 响因素较为繁多,下文按照上部桥梁设计、下部桥梁设计以及基础设 计三个方面分别介绍桥梁设计过程中的要点。 

4.1 上部桥梁设计 

       山区高速公路建设中桥梁的占比比较大,以中小跨径桥梁为主, 大跨径桥梁的数量较少。考虑经济性、施工简便性等因素,一般情况 下以标准化、预制装配化结构为主。桥梁设计中的跨径一般有以下几 种:16m、20m、25m、30m、35m、40m(中、大跨径);6m、8m、10m、 13m(中、小跨径)。设计使用中为常见的桥梁的断面主要有空心板、 预制 T 梁、预制小箱梁等。一般情况下,对于跨径在 30m 以下的桥 梁设计中,上述三种断面形式均可以采用,而对于大于 30m 的大跨 径桥梁设计中,往往采取预制小箱梁和 T梁,以保证其具有稳定的结 构和抗压性。在跨径小于 30m 以下的桥梁设计中,由于三种断面均 可以采用,出于经济性分析,发现空心板的造价低,且施工难度相 对较小,另外建筑高度相对较低,因此使用频率较高。预制 T梁较小 箱梁的稳定性更好,但造价也较高,因此一般常在跨径大于 40m 的 桥梁中使用,而预制小箱梁则在 25-35m范围内跨径桥梁中使用更多。 在实际桥梁设计中,除了考虑跨径的因素外,还需要根据实际的地形 特点,采取合适的桥梁形式。 

4.2 下部结构设计 

      桥梁的下部结构设计即桥墩的设计。实际使用中,桥墩的形式主 要为柱形墩台和 Y型墩台,其中以柱形墩台为主。按照外观的不同, 柱形墩台可以分为圆形墩台和方形墩台,其中平原地区以圆形墩台为 主。圆形墩台的施工质量更容易得到保证,并且其与桥梁的衔接更简 便和稳定。但从受力角度分析,方形墩台的受力更优于圆形墩台,并 且外观更佳。但方形墩台使用中,需要依靠墩帽实现与桥梁的衔接, 墩帽的增加不仅会加大施工难度并且也会提升成本。一般情况下只用 于对于抗弯性要求较高的地区。Y型墩台的设计和施工难度要高于柱 形墩台,如果对于采取两种形式均可的地区,选择 Y型墩台无疑会增 加成本,但由于 Y型墩台相当于独柱双肢,对于地面的横坡坡度较大 的地面,Y型墩台具有先天的优势。 

4.3 基础结构的设计 

      山区高速公路桥梁设计的基础结构一般有两种:桩基础和扩大基 础。扩大基础在地质好的条件下使用较多;使用桩基础时一般采用嵌岩 形式,地质较差的地带采用摩擦桩。由于山区结构的复杂性,导致山区 地质呈现多种多样性,往往相邻地带的岩石结构存在一些差异,因此在 实际的设计施工中,应该首先考察基础岩石的形式和结构,再结合具体 的特点选择合适的基础结构,常常存在两种基础交叉使用的情况。 

5 结语 

      桥梁设计和施工对于山区高速公路的建设具有重要的意义。由于 山区地形的复杂性,山区桥梁的设计和施工较平原地区更为复杂。经 过对山区桥梁的特性和设计要点的分析,可以看出桥梁设计中不仅要 参考桥梁设计原则,更重要的是要结合山区实际地形特点来选择适宜 的桥梁形式。 

参考文献: 

[1] 王德龙. 山区高速公路桥梁设计中的诸多问题探讨[J]. 建筑工 程技术与设计, 2015(15). 

[2] 陈晓明. 设计新理念在山区高速公路桥梁中的应用探讨[J]. 工 程建设与设计, 2017(2):75-76.

 [3] 蒋骧, 罗小春. 山区高速公路常规桥梁设计要点研究[J]. 交通 世界, 2016(32):94-95. 

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