對山區高速公路橋梁設計探討

何 鑫

（廣東省長大公路工程有限公司，510507）

對山區高速公路橋梁設計探討

何 鑫

（廣東省長大公路工程有限公司，510507）

簡要介紹了山區的地理環境特點，而后對修建山區高速公路橋梁的施工過程中存在的投資、時間花費、施工安全等難題做了闡述，并從橋梁的上部及下部兩個方面分析了山區高速公路橋梁在設計時的思路及注意事項，以期推動山區高速公路橋梁的建設工作。

山區 高速公路橋梁 建設難點 橋梁設計

一、前言

我國國土范圍廣，地域遼闊，山區在我國的國土總面積中占了相當大的比重，比例高達2/3以上。山區包含了丘陵、山地以及崎嶇的高原，由于山區的地形過于崎嶇，沒有平原的優勢，交通便捷程度低，基礎設施的建設工作落后，使山區高速公路橋梁建設成為了一項難度系數非常高的工程。山區的地形和地質十分復雜，在修建高速公路時，為了避開一些不利的因素，保證公路建設工作的順利進行，需要搭建合適的橋梁，而在這樣的自然條件下建設橋梁需要顧忌諸多問題。本文將對在山區修建高速公路橋梁的一些難點和高速公路橋梁的設計問題進行討論。

二、山區高速公路橋梁建設中的難點

（一）山區高速公路及橋梁的特點

山區的水文條件及地質地形都十分復雜，山區的水系繁多，水文條件不清明；地面落差相當大，地表多溝壑，存在斷層、巖溶、陡崖等地形，在暴雨等天氣條件下容易引發山體的滑坡和崩塌，以及泥石流等自然災害，給高速公路在山區的建設工作帶來了很大的困難。

受制于這些復雜的自然條件，工作人員在山區修建高速公路時，多根據當地的水系、地質地形來建設，循著這些地區的水系流向、地形變化來展開高速公路的線路，并且憑借建設橋梁盡可能地避免修建工作與自然環境的沖突。在這種方式下建設起來的高速公路往往具有縱坡大、平面半徑小、平曲線多的特點，且沿河設線的做法易使橋梁的設計傾向于修建縱向橋、多墩臺形式、多半幅橋等趨勢，所以在設計橋梁時，要結合水文、地形地質與所需構建橋梁的特點來進行設計。

（二）山區高速公路橋梁的建設難點

1.所需投資大

山區高速公路橋梁施工所需的投資包括資金、設備等各個方面的投入。在橋梁施工前期，施工單位會為工程墊付資金，但是高墩柱的建設工作較為困難，在長期的建設后仍未達到計量原則的標準，而此時橋梁的修建已轉入上構大梁等的建設上，施工單位的資金未回籠，只能靠承包商來維系，致使資金壓力的出現。橋梁的建設還需要投入大量的設備，如給每一根墩柱提供至少6m的模板，配給大噸位吊車以及其他眾多機械設備，這些都給橋梁的建設帶來了不少的壓力。

2.花費時間長

大型的工程建設本身需要花費更長的時間，再加上橋梁的修建需要進行高空作業，且由于在山區進行，需要花費更多的精力和時間。山區的高速公路橋梁橋墩受環境影響多為高橋墩，高橋墩的澆筑工作一般需要反復進行至少4次的澆筑才能完成，如果遇上天氣變化、設備故障等問題，則要進行更多的操作，因此橋梁的建設周期很長，具有不確定性。

3.施工存在安全問題

橋梁施工過程中采用最多的作業方式為高空作業，高空作業的安全系數較其他一般的作業方式來說更為困難，且安全系數低，再加上在地理環境復雜的地區進行，無法完全依賴機械進行，需要人工操作，使工作人員缺少安全保障。

三、山區高速公路橋梁的設計問題

（一）橋梁上部設計

1.一般設計原則

橋梁是山區高速公路的一個重要組成部分，數量較多，在設計、修建時，為了減少環境給施工帶來的不便，節省經濟成本，通常會運用預制裝配的、標準化的結構來進行建設，較為常見的裝配化、標準化的橋梁跨徑為50m、40m、30m、25m、20m、16m；若橋梁的跨徑大于20m跨，可選用小箱梁，等于20m，在小箱梁和空心板中二選一，倘若小于20m，則使用空心板；并且，由于山區的交通狀況和地理環境無法滿足修建大跨徑橋梁的條件，因此在修建山區高速公路橋梁時不常采用設計50m跨徑的橋梁的方案。此外，互通式立交中橋梁的設計應盡量使用平曲線能夠滿足的結構，以降低成本。

2.跨徑和墩高

按照橋梁的美學原則，當橋梁的跨徑和墩高之比值在0.618～1的范圍內時，其造價才相對合理。山區的地勢不平，導致山區高速公路也不斷地起伏變化，因此，橋梁的跨徑應由地形來決定，而非墩高，應盡量避免根據墩高改變橋梁跨徑的做法。如果橋梁墩柱的高度變化過大，理應組合相近的跨徑；而對于有特殊用途的橋梁，在修建時應先征求水利部門的意見，根據其要求來做選擇；如若橋梁的可選擇跨徑較多，則要綜合考慮整座橋梁的造價再選擇。

3.板、梁及平面曲線半徑

橋梁所處的平面曲線的半徑在很大程度上影響了橋梁的平面布置和跨徑選擇，主要表現在中矢高，內外弧有差距上，因此，正確處理這幾個方面的關系是至關重要的。解決這些問題的方法有兩個，除了使橋梁的梁長隨平面半徑變化之外，還可以加大橋梁的帽梁、封錨端，作加長現澆連續段處理，但保持橋梁的梁長不變。不過，這兩種方法中后者更為普及，原因在于前者雖然在設計等方面上較為簡單，但是所需的預制梁數量過大，在制作及堆放上存在困難；后者雖也存在外觀較差等問題，但從整體上看仍然比前者實用。

（二）橋梁下部設計

1.橋墩

橋墩有高矮之分，若橋墩的高度在40m之上，要將橋梁的穩定性考慮進設計方案中。文件《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）中指出L0/h > 30（L0即為受壓柱的有效長度），構件會由原先的材料破壞轉變為失穩破壞，L0的取值根據橋梁上部的構造、同墩柱的連接、以及施工的具體情況而變化，變化范圍為0.5～2倍的墩高。經過大量的實驗、計算發現橋墩低于50m，適合使用實心的矩形截面，反之應該采用空心的薄壁墩截面。

橋墩高度較矮，可以設計成圓柱形或方柱形的柱式墩，其中圓柱形柱式墩的使用較為廣泛。在截面積相同的情況下，方柱墩的受力、抗彎強度比圓柱墩強，而且便于墩柱剛度的調整，但是方柱墩需要靠樁帽才能實現樁基和墩柱的連接，從而加大了工程量。從橋梁的穩定性、安全性和施工強度考慮，圓柱墩更加適用。

2.橋墩和路幅的關系

當下的基礎設施建設工作越發重視工程與自然之間的和諧關系，例如在修建道路時，會盡量避開耕地，盡可能地保持原始的自然環境的狀態，減小對環境的破壞，在修建高速公路橋梁時也不例外。如在修建整體式路基的雙幅橋梁時，往往會分幅設計，采用“雙幅四柱”的做法；若修建時遭遇狹窄的河流，河流與橋梁的斜角角度過大，就會采用整體式下部構造（雙幅兩柱較半幅獨柱）。兩者中前者的行洪效果更為出色，且由于整體式蓋梁的跨度太大，要額外考慮扭矩的影響，施工難度大于“雙幅四柱”。但是后者在橫、縱兩個方向的剛度上優于前者，還可以減少工程量、材料用量及墩頂的變位。

四、結語

在地質、地形及水文狀況復雜的山地修建高速公路橋梁時，要根據山地的地理條件，結合山地橋梁線路長、曲線多、高墩等特點進行設計，設計的方案既要盡量考慮橋梁的美觀及修建成本問題，又要充分顧及橋梁的安全性，正視修建過程中的難點，選擇最合適的方式來建設，促進山區的交通發展。

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[3]陳奉民；汪宏；曾輝．山區高速公路橋梁的設計體會［J］．公路交通技術，2008（02）：55-58+67．

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1007-6344（2015）11-0279-01