山區高速公路橋梁設計中的橋梁選型與安全評估

駱春雨，曹景，胡江

（天津市市政工程設計研究院，天津 300051）

山區高速公路橋梁設計中的橋梁選型與安全評估

駱春雨，曹景，胡江

（天津市市政工程設計研究院，天津 300051）

在山區中，高速公路橋梁建設通常選用常規橋梁和特殊橋梁這兩種形式。山區橋梁所處地勢復雜，因此要特別注意其選型和安全評估。論文從規模、氣候、地形、工藝等方面介紹了山區高速公路橋梁特征，分別闡述了常規橋梁和特殊橋梁的選型方法，提出了山區高速公路橋梁設計安全評估的措施。

山區；高速公路；橋梁設計；選型；安全評估

我國的高速公路建造事業，在21世紀的首個10a內已經邁入了迅速發展時期，到目前為止仍在持續發展中，并跨越到了一個嶄新的階段。當橋梁主要修建地區從東部轉移到中西部后，逐漸進入山高路陡的區域，橋梁建設工程也成了掌控項目資金和建造工時的核心要素之一。因此，在現階段的山區高速公路橋梁建設中，要貫徹落實國家相關法律法規，強化橋梁建設安全評估意識。

1 山區高速公路橋梁特征

1.1 橋梁建設規模較大

山區高速公路多修建于復雜險峻的地形中，需要翻越深溝與河谷，因此多數情況下采取大規模橋梁群建設，以免出現深挖深填等工程。對于溝壑、低谷等區域的橋梁建設，就要盡量適應當地地形，克服高度變化條件。據不完全統計結果顯示，山區高速公路目前修建的橋梁總長度在全部里程中所占據的比例超過了50%，在這其中，特殊橋梁（即本文專指的跨度大于150m的特大橋梁，不包括多跨徑總長度大于1000m的特大橋梁）在所有橋梁中占據的比例是10%～15%，而常規橋梁（即本文專指多跨徑總長度大于1000m的特大橋梁）在所有橋梁中占據的比例是85%～90%。目前，常規橋梁建設已變成掌控工時和資金的主要因素，如山區高速公路中常見的曲線橋，連續剛結構特大橋梁，以及艱險地形中的“以橋代路”等[1]。

1.2 橋梁所處地區氣候差異大

我國地理形態的主要特征是西高東低，構成顯著的“三級階梯”狀，每一級“臺階”之間高度差異達到千米以上，而第三級則是著名的“世界屋脊”——青藏高原。山區中修建的高速公路絕大多數匯集與中部和西部的第二、第三級階梯上，屬于溫帶大陸性氣候區域，夏天天氣炎熱，而冬天天氣干冷，一年四季氣候溫度差異較大，一天之中的氣溫變化落差也高，全年降雨量偏低。自然氣候環境對橋梁建造而言，是極為重要的因素之一。頻繁凍結與融解，可能會拉長建筑工期，對橋梁下部和基本構造的穩固性與持久性，也會產生不小的影響。

1.3 橋梁選址區域地形條件復雜

山區內所建橋梁大多會受到路段總體走向和地理形態的約束，因此基本都建造在荒無人煙的深山河谷中，進出入該區域可能會需要建設長度超過幾十公里的工程隧道。山區高速公路橋梁建造的地域范圍通常比較狹窄，如何對施工現場進行合理的布置，也是設計人員與工作人員需要面對的首要難題。一部分山區高速公路橋梁懸掛在半山腰上，如此一來，工程設備以及原材料運送等環節都有了更高的難度。

1.4 易受施工方案和工藝影響

在山區高速公路橋梁設計中，除了要考慮到橋梁選址、地理氣候特征等因素以外，還要考慮施工方案和施工工藝。對于一些特大型橋梁而言，施工方案起到的影響非常之大。所建橋梁采用的施工原料、施工設備、入場條件等，都能夠對橋梁的架構和形態起到決定作用[2]。而針對主橋型橋梁和其他部分特殊橋型的設計，施工工藝的質量尤為重要，例如懸索橋、拱梁組合體系橋等。

2 橋梁選型

2.1 常規橋梁

對于山區高速公路的常規橋梁設計，要遵循“技術過硬、安全穩固、結實耐久、經濟科學”等建設原則，在保障工程安全的前提條件下，選用經濟、實用、持久、環保的橋型，要保證從橋梁的整個使用期限看來，其綜合消耗最低，性價比最高。常規橋梁的橋型選擇大致可分為上部構造選型、下部和基本構造選型這兩種。

2.1.1 上部構造選型

常規橋梁的上部構造選型要利用更為成熟的新型技術，符合更高層次的建造標準。上部構造選型若要使造價更低，就要將其標準跨徑控制在50m之內（包括50m）。要選用場地預先制作的預應力混凝土T梁、箱梁、空心板等，運用小跨徑橋面連續或是鋼絞線構造連續。建造過程中，其50mT梁的單片梁橫向抗彎能力較小，而需要承吊的重量較大，在挑選和設計時要尤為慎重。對于單跨跨徑在50～80m以內的多跨度大橋，其上部構造可選用各截面相等的連續梁，將同節段在工廠中預先制作好，并利用架橋機吊裝方案進行施工，可以節省項目成本，取得良好的經濟效果。而對于單跨跨徑超過100m的橋梁上部構造，就要采取預應力混凝土連續梁方案，或者是多跨連續剛構設計，并選用掛籃移動懸臂澆筑法進行施工。不同跨徑橋梁的上部構造選型見表1所示，常規橋梁方案經濟的比較選擇見圖1所示。

表1 上部構造選型

圖1 常規橋梁方案經濟比較選擇

2.1.2 下部和基本構造選型

常規橋梁的下部構造通常選用圓柱形橋墩或是墻體形橋墩。對長橋來說，其下部構造要考慮施工現場的地理形態和橋墩高度變化，科學選出二、三種構造模式，在受力達到標準的前提下，保證視覺效果平穩舒適。常規橋梁下部基本構造通常采用擴張型橋基或是樁型橋基。下部基本構造選型要考慮實際地形，對于較陡的坡度或險峻的路段，可以優先選擇樁型橋基，謹慎進行開挖施工，盡量不選用開挖工程量浩大的擴張型橋基，以免對自然環境造成不必要的破壞。常規橋梁下部構造選型參照表2。

表2 下部構造選型參照表

2.2 特殊橋梁

2.2.1 橋梁位置的選擇

特殊橋梁位置的選擇是路線走向的決定性因素。對于水利、地理、工程條件比較復雜的建筑區域，要把橋梁位置選在既定路線上，不能脫離路線的大方向。要依據河流與峽谷的形態特點、水利狀況、地理條件、通行要求、建設基礎、地方交通規劃等要素，在更大范圍中挑選出最合適的橋梁建設位置。并采取必要的物理勘測、鉆探等技術，在深度相同的前提下進行科學的經濟對比選擇。

2.2.2 是橋梁形態的選擇

山區高速公路特殊橋梁的重要形態包括拱形橋、多跨連續剛構橋、低塔斜拉橋、懸索橋等。拱形橋通常可建在地理條件優良的深V形峽谷中，其溝寬在工程結束后要求達到的高度不能大于300m。拱形橋設計可以選用一孔跨溝法，根據行駛車道的方位建設上承式拱形橋或者中承式拱形橋，如要考慮經濟實用，就必須將拱橋跨度控制在250m以下。拱形橋的主拱圈骨架通常要選用剛性骨架強化的鋼筋混凝土箱狀橫截面，建造方式可選用旋轉或鐵索吊裝作業[3]。

3 安全評估

3.1 制作橋梁建設安全評估報告

依據國家相關規定，山區高速公路橋梁建設安全風險評估區間為：

1）跨徑超過40m的石拱橋、跨徑超過250m的鋼筋混凝土拱形橋、跨徑超過350m的鋼箱橋。

2）跨徑超過200m的梁式橋、跨徑超過400m的斜拉橋、跨徑超過1000m的懸索橋。

3）橋墩高度超過100m的橋。

4）橋梁建設處地震強度高于7級并且跨徑超過150m的橋。

5）其余建造環境險峻、技術需求較高的橋梁。

3.2 制作安全風險調查表

對于數目較多的常規橋梁，要合理制作安全風險調查表。依據最近幾年的實際建筑經驗，設計安全風險調查表時，要制作基本資料安全調查表、整體設計安全調查表、上部構造安全調查表、下部構造安全調查表、施工風險安全調查表。對于工作安全調查，要制作建造基礎安全調查表、使用材料安全調查表、基本工藝安全調查表、下部與上部構造建設工藝安全調查表、附近工程協調性調查表等。

4 結語

山區高速公路橋梁建筑設計安全等級總共分為4個級別，要針對不同級別的安全風險對橋梁修建工程進行科學評估，及時采取相應措施減少安全風險。要根據山區高速公路橋梁的形態特征、地理特征、氣候特征、工藝特征等，正確選擇橋梁的建造位置和結構，優化橋梁設計施工技術，推動我國橋梁建筑和高速公路建造事業的發展。

【1】趙進,侯靚雯,施菁華,呂一新.秦嶺山區高速公路橋梁設計[J].公路交通科技,2011(10):270-273.

【2】黎立新,何智勇,尚峰.山區高速公路常規橋梁選型設計[J].公路, 2014(7):145-148.

【3】尹智育.山區高速公路橋梁設計的風險問題研究[J].科技創新導報, 2011(7):108-108.

Model Selection and Safety Evaluation of Highway Bridge Design in Mountainous Area

LUO Chun-yu，CAO Jing，HU Jiang
（TianjinMunicipalEngineeringDesign&Research Institute，Tianjin 300051 China）

In the mountainousarea,the highway bridge construction usually selects the conventional bridge and the special bridge these two forms.The terrain iscomplex,soweshould payspecialattention to theselectionandsafetyassessment.Firstly from theaspectsofscale, climate,topography,process,introducesthemountainousareahighwaybridgecharacteristics,and thenexpoundstheselectionmethodof the conventional bridges and special bridge,and finally puts forward some measures to the mountainous area highway bridge design safety assessment.

mountainousarea;highway;bridgedesign;selection;safetyevaluation

U442.5

A

1007-9467（2016）08-0120-03

10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.031

2016-03-10

駱春雨（1980～），男，天津人，高級工程師，從事橋梁設計與研究（電子信箱）543800337@qq.com。