論山區路橋設計的要點

王天津

【摘 要】 隨著國家經濟水平的提高和交通運輸需求的增加，國家對交通基礎建設的投入逐步加大，在山區建造的高速公路也越來越多。由于山區特殊的地理形勢，橋梁在山區高速公路網中扮演著十分重要的角色，設計橋梁的水平會直接影響山區高速公路的通行安全和工程的造價水平。

【關鍵詞】山區；高速公路；橋梁設計

1 前言

在山區由于受到其特殊的多山嶺和峽谷等地形地貌的限制，在設計高速公路的過程中隧道和橋梁所占有的比例往往很大，設計難度和建造難度也都很大。在設計山區高速公路時，高速公路的平面線形、長坡和大縱坡以及山區高墩橋梁的設計為一難點。而且，山區高速的各種因素也會相互影響，如加陡邊坡和大彎等，這使得設計過程頗為復雜。另一方面，山區地理形勢比較發雜，自然環境和原本存在的構筑物也給山區的道路、橋梁和隧道等的日常檢查和維修帶來困難，因而工程的耐久性問題也是需要解決的難點。最后，由于山區復雜的環境和本身通行不便，這也給道路和橋梁的施工工程帶來麻煩，如何有效進行施工組織設計和改善施工環境也是需要考慮的重點問題。

2 山區路橋設計的原則

2.1 合理考慮地形

在設計山區高速公路的時候，應充分考慮山區地形條件的影響，長考慮設計成高架公路橋等。在設計山區路橋時，應合理利用地形、周圍已有建筑物的位置分布情況、地質條件、挖填方量、排水條件、已有交通通行條件、工程施工條件以及工程建設的工期以及工程造價等因素。

2.2 合理設計路橋銜接形式

山區地形條件的特點為地形縱橫交錯、坡度大、坡度起伏大，在設計路橋時，橋梁的橋頭不應高于三米；地勢平緩的地區以及路線縱坡比較小的橋梁在設計時應考慮增加橋梁長度以減緩坡度；當長度不易減少時，可以適當增加橋頭的填土高度來達到降低工程造價的目的。考慮路橋銜接段時對于高大U形橋臺的使用要慎重考慮，便面出現這種橋臺與高擋墻的鏈接情況。同時要合理控制基礎開挖情況，不能破壞周圍山體，以防止邊坡失穩情況的出現，這樣容易導致橋臺基礎失穩，山區地質退化，生態環境也會受到一定的破壞。

3 常用橋梁結構形式

3.1 預應力體系及剛構體系

在預應力混凝土連續曲線橋內存在彎扭耦合作用，導致其會沿著某一變形不動點發生變形，與直線型橋梁相比較更容易滿足高速公路的設計要求。在大縱坡橋梁使用后，由于橋梁上部車輛行駛過程中存在著制動力，導致橋梁的產生向車輛行進方向移動的趨勢，特別是在單向行進橋梁中這個問題更加明顯。而將曲線和大坡度組合使用時，橋梁甚至會發生變形，然后產生橋梁上下部相對錯開，采用支座和梁體分開設計時，支座處受力將會發生不平衡的情況而導致支座破壞，橋梁上下部分產生相對移動，嚴重時會脫空，造成重大安全隱患。在改進設計中可以采用剛構體系將橋墩和橋梁剛結起來以增加橋梁的整體性和整體剛度。

3.2 連續剛構體系

曲線橋和大坡度橋梁的橋墩所承受的橫向水平力作用以及附加彎矩比一般的直線橋和平橋橋墩大很多，在這些橫向力和彎矩的影響下，橋墩發生變位與橋梁的上部結構和橋身與橋墩的連接形式都有關聯。在較強約束作用下，發生變位的可能性比較小，于是采用連續剛構體系可以大大降低橋梁上下部之間發生錯動的可能性，可以利用上部結構來增強對橋梁下部的約束，增加橋梁的整體穩定性，控制橋墩變位量。

3.3 高墩橋墩梁固結剛構體系

在設計高墩橋時，需要重點控制橋墩變位量和橋梁的整體穩定性，特別是在曲線橋和大坡橋的情況下，這時采用墩梁固結剛構體系能夠在很大程度上加強橋梁的整體穩定性，減少梁墩之間發生變位的可能性，有效地重新調節整個橋梁的內力分布形式，并且可以提高結構的耐久性。另外，為了減少因支座損壞而導致結構體系中出現的不利影響，在設計時還可以適當減少抵抗扭矩和抵抗滑移而設置的支座。

4 橋梁具體構造形式

4.1 橋梁上部構造形式

在山區高速公路的設計施工過程中，標準化和裝配化是通常采用的方式，以提高工程的施工速度和降低工程造價。其跨徑常見的有16m、20m、25m、30m、40m、50m或者根據實際情況而另行設計的跨度，橫斷面通常采用空心板、箱梁和T形梁等。在小跨度的橋梁設計中，以上三種結構形式都可以采用，而在跨度超過30m以上 跨徑中，則需要采用T型梁以更好地適應橋梁的受力特點。一般來說，跨徑20m的T型梁較為經濟，尤其是對于山區橋梁設計，在平原地區的橋梁則有些不同。對于半徑較小的平曲線，跨徑較大的T型梁由于內外梁的長度相差較大，跨中矢高也比很大，不適宜大型機械的通行和施工，因而并不經濟。因此，山區高速公路的橋梁設計時常采用跨徑小于50m的梁。T型梁之間通常使用剛接和鉸接兩種方式來進行橫向連接。如果采用鉸接形式，則在接縫處梁板所承受的剪力會非常大，需要對橋面板進行加厚設計，但是這樣一來必須同時增加鋼筋的使用量，而且對橋墩的承受能力也提出了更高的要求，所以這樣的做法并不經濟，設計時更傾向于采用剛接形式。

4.2 橋墩的結構形式

合理的橋墩布置和形式的選擇可以有效改善橋梁的內力分布情況，其與梁身的合理設置會直接影響到橋梁混凝土的溫度變形、應力分布和荷載分步及傳遞在橋梁中的分配和作用，并且能夠滿足橋梁施工和正式運營階段整體剛度和穩定性的要求。橋梁本身的需要有較大的抗彎剛度以及比較小的抗推剛度以滿足結構內力分配的需要。同時應具有良好的穩定性以滿足結構變形的需要，而且還應該合理控制結構的變形程度。在大縱坡的高墩長橋設計中，需要增加結構的縱向剛度以降低活荷載長期作用下導致的變位累積效果。而在曲線橋設計中，應該增強墩的橫向剛度以降低彎扭造成的橫向變位所產生的影響。

5 山區路橋設計中應注意的問題

5.1 耐久性

由于山區特殊的自然地理環境的影響，路橋在正常使用過程中所受到的正常損耗，而且周圍有害化學品的長期腐蝕、車輛荷載、風荷載、難以預測的地震荷載以及其他人為因素的影響，路橋必然會受到不同程度的損耗，其使用壽命必然會受到影響。另外，橋梁自身所使用的材料的性能也隨著時間而降低，橋梁自身設計和施工過程中也可能存在缺陷，工程結構的耐久性很難得到控制，這也加大了常規橋梁設計的難度。

5.2 路橋荷載及損耗

風荷載和車輛產生的荷載會給路橋尤其是橋梁帶來很大的壓力，而且所承受的荷載形式均為動荷載，在橋梁內部會產生反復變化的應力，導致橋梁產生振動和橋梁結構的損傷。在工程施工過程中所使用的材料和施工水平的限制，也會是橋梁存在很多難以控制盒監測的微小缺陷，在長時間的風荷載和汽車荷載以及一些不定荷載的影響下，這些缺陷會逐漸擴大造成損傷甚至出現明顯的裂紋，如果不進行合理控制，很有可能會進一步擴大損傷甚至影響整個工程的安全性。因此，在施工和正常運營的過程中都要持續進行對橋梁的質量和安全隱患的監測，保證橋梁的結構穩定和正常運營的安全性。

5.3 運營過程中的超載控制

車輛超載會對路橋造成較大的傷害，通常為車流量過大或者車輛運載貨物過重。車輛超載會造成路橋的應力和增加路橋的應力疲勞損傷，也會對結構的穩定性、安全性和耐久性造成影響，而且常常是無法恢復的。因而后期的運營過程中需要合理控制車輛超載情況。

結束語

山區高速公路的路橋設計和施工受到其特殊的自然地理環境的約束，而且沿線的地質條件也不盡相同，加之不同地區對路橋的使用要求又有所不同，對路橋的設計工作帶來了很大的困難。因此在設計過程中，應注重資料的收集和合理使用，同時對設計的方案要經過充分的比較和驗證方可投入使用，要充分考慮到安全性、穩定性和耐久性以及工程的經濟效益的要求。

參考文獻

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