淺析高速公路橋梁設計

[摘 要]山區高速公路具有地形復雜、構造物多、橋隧比大等特點，橋梁在山區高速公路建設中起著舉足輕重的作用，所以要設計安全系數高、經久耐用的高速公路橋梁，對山區高速公路的橋梁設計將是橋梁工程選擇施工方式的重要依據。本文結合山區高速公路橋梁建設的特點及設計要點的研究，來具體分析山區高速公路橋梁建設的設計方法。

[關鍵詞]高速公路 橋梁 設計

隨著我國經濟建設的高速發展，交通也變得越來越便利，公路工程建設規模也在不斷發展和壯大。我國修建的高速公路也在不斷從平原地區不斷向山區延伸，山區高速公路的地質、地形復雜，構造物多，橋梁隧道在線路中所占比例大，山區高速公路設計的成功與否，橋梁部分的設計就顯得十分重要。因此，對山區高等級公路橋梁設計的研究具有重要的現實意義。

一、山區高速公路的特點

山區高速公路地形復雜、地質不良、水文多變，其建設的最大特點是平曲線多，半徑小，縱坡大，橫坡陡，橋隧比例高，而且還往往存在著填挖方大，視距不良等情況影響交通安全和管理。山區高速公路在施工中，容易對環境造成嚴重破壞，如果沒有處理好，會誘發各種地質災害，不僅增加建設投資，還會給運營帶來安全隱患。基于山區高速公路存在以上特殊情況，為適應路線線形的布設，設計時一般采用高墩、曲線、長橋、大縱坡等，并要根據山區的實際情況在不同階段采取不同的方法和手段。

二、山區高速公路橋梁設計要點

1.與平原地區的高速公路相比，山區高速公路在地形、地質、水文條件等方面有著很大的差別，因此我們在設計橋梁時必須高度重視這些差別，尤其是在地形、地質方面。有時同一座橋在縱橋向的地質變化很大，在橫橋向的地形變化很大，如不重視，很容易出現差錯，因此在設計前一定要認真收集設計資料，做到心中有數，有條件時設計人員最好到實地調查一下，再保證施工質量的同時，盡量使設計的方案能給施工帶來方便。

2.由于山區高速公路的地面高差變化較大，地勢變化明顯，起伏不均，運輸材料、機械比較困難，給施工帶來很大的不便。所以我們在設計時一定要考慮到施工的可行性，到全面了解，對相關資料做出細致研究，具體情況具體分析，將設計的前期準備工作做好。

3.橋梁設計要遵循“適用、安全、經濟、美觀、環保”的基本原則。現在隨著國民經濟不斷提升“美觀和環保”已受到越來越多關注。橋梁設計在注重安全性、舒適性、和耐久性的同時，應引入“環保、美化、人文”的理念，把高速公路橋梁的景觀設計作為一項重要內容加以考慮。在保證橋梁使用功能的前提下，要盡可能地考慮到使建成后的橋梁與周圍環境相協調，不對原有的環境造成破壞。設計時應開拓藝術創新思路，全方位、多角度地展示橋梁景觀的美學效應，同時應維護生態平衡，保護珍稀動、植物及特有的地質風貌。對橋梁進行涂裝時，不但要考慮與周邊環境色調、橋梁造型相協調，還要考慮橋梁所在地區的民風、民俗。橋梁的設計工作不僅僅是技術的要求，也是對設計人員藝術思維的考驗。

三、上部結構設計要點

在山區高速公路的橋梁設計中，由于大跨徑橋梁數量畢竟較少，所以本文將重點對標準化、系統化、施工便利及造價合理的預制結構橋梁設計進行說明。在進行山區高速公路橋梁的設計中，橋梁上部預制結構常用的跨徑有以下幾個級別，即16m、20m、25m、30m、35m、40m及50m跨徑。橋梁的橫截面類型包括空心板、T型梁及小箱梁。當所設計的高速公路橋梁的跨徑在16m及20m時，多選用空心板，因為空心板預制簡單，安裝方便;在25m、30m及35m時，通常選用T梁或者預制小箱梁，因為這兩種結構形式都是結構合理，工藝成熟，行車舒適;而當橋梁的跨徑在40m及50m的級別時，需選用T型梁，因為T梁自重較小，安裝時較方便。因為在山區高速公路的橋梁施工時，當上部結構采用空心板及簡支小箱梁的結構形式時，會在架設橋梁時出現一片梁的四個支點的調平工作較困難的現象，進而導致支座出現脫空及受力不合理的情況，所以在山區高速公路中橋梁的上部結構的形式，T梁的截面形式較適合。

關于T梁的結構形式，受到山區自然條件的限制，往往山區的高速公路橋梁較少選用跨徑為50m的T梁，更常見的是在20m、25m、30m、40m幾個跨徑里進行選擇。T梁與T梁的橫向連接可采取鉸接或剛結的形式，當采取鉸接的形式時，可通過鉸進行剪力的傳遞，行駛車輛所產生的荷載作用到鉸縫部位時，所產生的彎矩靠現澆的混凝土橋面承擔，所以應將橋面的厚度適當增厚，防止在鉸縫部位的面板在長期荷載作用下形成縱向裂縫。但另一方面，伴隨著現澆混凝土橋面板厚度的增加，會引起荷載的變化，為支撐變重后的面板，需要增加T梁的配筋及預應力鋼束的設置，綜合考慮可知其經濟性較差。所以T梁實施剛結來進行橫向的連接的工程效果較好。

四、橋梁下部構造設計

1.橋墩的設計

對于普通結構的橋梁一般宜采用柱式墩身上置蓋梁的框架式體系。下面分成30°的兩種情況:橋梁斜交角度＜30°時，采用雙柱式橋墩;角度≥30°時，采用3柱式橋墩。對于特殊設計的橋梁，盡量取消橋墩蓋梁的設置，墩身設計力求簡潔美觀。墩臺的基礎應視不同的地形來考慮:在平原微丘區，視地質情況而定;在山嶺重丘區，橫向起伏較大，山區橫坡較陡處橋墩基礎應采用樁基，橋臺盡量采用肋板配挖孔樁或采用樁柱式，以避免大面積的開挖。但對于橫向坡度較小、縱向坡度較大的橋梁宜采用重力式墩臺、明開挖基礎。

2.橋臺的設計

為減少臺后填土高度給施工帶來的影響，要控制填土高度。在軟土路段臺后填土高度宜控制在6m以下，一般路段其高度宜控制在10m以下。橋臺采用擴大基礎時，臺身一般用重力式。為使受力更為合理，降低尺寸，節約造價，當臺高8m以上時，臺身前墻設置10:1的前傾斜坡。橫向地面變化大的重力式橋臺宜設置階梯式。對于采用“U”型臺的擴大基礎，其前墻尺寸與臺身高度和地基承載力有關。

五、基礎設計要點

山區高速公路橋梁最常用的基礎仍為樁基礎和擴大基礎。在地質情況良好的地段，采用擴大基礎的情況相對較多。若采用樁基礎，則地質情況較好的地段一般采用嵌巖樁，地質情況較差的地段一般采用摩擦樁。山區地質的一大特點就是大的方面一般符合地質變化規律，但局部地段地質復雜多變，往往同一橋位處，由于斷層的影響，相鄰很近的橋墩可能處在不同的地質構造帶上。因此，對于具體一座橋梁基礎設計時，地質的多樣性、復雜性則是其特點，特別是當橋位處出現斷層、巖溶、軟弱夾層等不良地質時，更增加了基礎設計的難度。總之，山區高速公路橋梁基礎設計應該根據橋位處基礎所處具體地質情況來逐一分析。

六、橋梁設計中需要注意的其它要點

1.結構設計上的特殊考慮，如曲線、大縱坡長橋下的高墩變位控制；墩彎曲穩定性計算問題；陡邊坡上的橋墩設計等。

2.野外勘察期間收集基礎材料，如水文資料的收集、軟基的勘察、凈空四角空間的復核計算等。因為山區高速公路的路線一般較高，設計水位一般不控制路線縱斷面和橋梁標高，易忽視水文資料的收集；軟基勘察的忽視可造成基礎設計或構造物移位的變更。

3.建設管理以及施工方面的問題。對采用等跨結構的較長橋梁，應根據地形、地物條件采用靈活橋跨布置，不宜強求采用全橋等跨、全橋斜交、全橋錯孔等方式；對地形起伏變化較大的橋梁，橋墩應結合運營狀態的應力和變形條件，盡量采用統一的型式，但不能絕對統一；現在設計單跨20m～40m跨徑的特大橋往往采用預制安裝連續剛構結構，但在使用過程中也存在一些問題等。

4.其他方面的細節問題，如單跨20m～40m跨徑的特大橋，設計多按150m～200m一般采用結構連續，設160型伸縮縫；曲線段橋梁的設計應引起充分注意，最好不要簡單地以折線橋處理；橋梁單幅兩側由于預埋構件的需要，一般均設計為混凝土構造，若未重視橋面排水設施的設計造成橋面集水，不僅會影響橋面結構的使用，還會造成行車安全事故等。

七、結語

在山區高速公路設計時，一定要從實際出發，因地制宜的靈活采用各項技術指標，確保線型的勻衡性、連續性及與周圍環境的協調性。加強施工質量管理外，要從橋梁設計理念、結構體系和構造的角度做好耐久性的設計，同時需要研究疲勞和超載對于橋梁結構耐久性的影響。

參考文獻：

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