山區高速公路橋梁設計的關鍵問題討論

文/何國星，中煤科工集團南京設計研究院有限公司

基于山區的地貌地形及地質情況，山區高速公路在連接方面存在較大的難題，科學合理的進行高速公路橋梁設計十分關鍵。

1 山區高速公路橋梁設計的主要特征

通常情況下，山區地理環境嚴重影響著該區高速公路橋梁的建設及設計。山區高速公路本身有著地形復雜、地質復雜等特點，這是進行高速公路橋梁設計中的重點問題所在。施工前期應該實施全面的實地調查，之后根據實地調查科學實施圖紙設計；設計中應該嚴格保證橋梁施工的安全性和穩定性，增強工程質量，保證后期運營安全；另外，設計過程應該嚴格確保相關規范要求，具體施工過程針對技術和質量的精度要求很高，所以工程師應該精準計算各項數據，盡可能降低誤差。

2 山區高速公路橋梁設計的關鍵問題

2.1 山區橋梁基礎設計問題

橋梁基礎設計與橋梁的施工質量和使用性能密切相關。在實際施工中常采用的墩臺基礎形式有兩種：樁基礎和明挖擴大基礎。明挖擴大基礎通常用于地質條件好，地質穩定、坡度較小的淺基礎橋梁位置。如果地質過于松軟，承載能力比較低時，可以使用樁基礎施工技術。樁基礎設計的關鍵在于保證單樁承載力，采用的控制指標為摩擦樁的長度；嵌巖樁采用的控制指標有兩個：基巖強度和嵌巖深度。除此以外，由于山區地區的生態環境和地理環境極為復雜，必須根據具體的勘察結果來進行橋梁的設計，并且需要盡可能不破壞附近的生態環境。

2.2 橋梁上部構造設計問題

在山區橋梁實際設計中，一般會采用的方式就是跨徑橋梁，這種方式設計的橋梁具有顯著的優勢。在具體的設計過程中，一是要將橋墩高度和橋梁主體跨徑之間的關系處理好，應將主跨徑和墩高的比值控制在0.618-1的范圍里，考慮橋梁整體美感。在設計時更要考慮地形地勢起伏情況，科學選擇橋梁跨徑，嚴禁頻繁改變跨徑、墩高，可選擇20m和30m、30m和40m的橋梁組合式跨徑。二是要將橋梁上部構造和整體橋梁平面曲線半徑的關系處理好，按照橋梁的平面曲線半徑的變化適當變更橋梁內外梁長，在不改變梁長的前提下科學加長帽梁、封錨端，適當加長橋梁現澆連續斷面。

2.3 橋梁下部橋墩設計問題

針對高度比25m小的低矮橋墩，在設計時要選擇圓端形或矩形的薄板式橋墩、方柱或圓柱的柱式橋墩，而山區高速公路橋梁設計多選擇柱式橋墩，原因在于柱式橋墩能更和諧地對接橋梁上部結構，有更強的抗壓能力，薄板式橋墩則廣泛應用于高速公路的互通式立交橋梁設計，使橋梁更美觀；針對高度為25m-40m的中高橋墩設計，適宜選擇厚板式實心橋墩，只是施工難度較大，不過橋墩整體能均勻受力；針對高度超過40m的橋墩設計，適宜選擇薄壁式空心橋墩。這就需要設計人員對山區高速公路橋梁的上部結構、墩高以及地形對施工的影響等因素進行綜合考慮，優化設計橋墩。

2.4 橋梁下部橋臺設計問題

在山區的高速公路中修建橋梁橋臺可以采用三種方式，分別是肋式臺、柱式臺以及重力式U型臺等。肋式臺填土的范圍低于12m，而且適用范圍也比較廣泛；而柱式臺填土的高度在5m內，并且其聯長低于150m；最后，重力式U型臺需要的填土范圍4至10m。按照《墩臺與基礎》相關規定可知，U臺控制中填土的范圍是4至l0m，而U臺高度需要控制于10米內。在山區橋梁中U臺特征是縱向、橫向的坡陡，因此，為了能夠更好地適應地形情況，可以通過減少開挖的方式，從而有效節約山地圬工的方量，并U臺設計中增加合理的臺階。

2.5 曲線預制梁橋梁及梁板

山區高速公路橋梁設計應該合理遵循因地制宜原則，根據當地的建設環境，在曲線上的橋梁，能夠使用橋面鋪裝來調節平縱坡組合后橋面超高橫坡的影響，以最少處大于8cm，最大處小于13cm為限，下部蓋梁設計實施正做斜置的方法。一般情況下，山區高速公路橋梁項目基于施工環境特點，應用預制結構形式的橋梁最具有實用性。因為山區地理環境的影響，高速公路橋梁結構大多是曲線型結構，所以經常利用調整內外梁片的懸臂長度來完成曲線橋梁的上部設計，從而令曲線預制橋梁的設計更加科學合理。總的來說，在實施山區高速公路橋梁設計時，應該全面按照橋梁現實性、安全性、穩定性及規范性等基本特征對設計內容實施科學修正完善。

2.6 橋梁防滑坡的設計問題

山區高速公路橋梁的防滑坡設計應堅持預防為主、治理為輔的原則。在防滑坡設計中應優先選擇減載、反壓、地面排水以及地下排水等易操作效果顯著的措施，盡量在旱季設計治理山區高速公路橋梁滑坡。另外要做好減載和反壓。減載和反壓都屬于土石方工程，其操作簡單，但是為了避免在具體施工中出現質量問題，要求減重的位置在牽引段和主滑段；反壓工程應該填在抗滑段以下，同時保證自身穩定和滑坡不越頂滑出。此外，目前在大型滑坡設計中廣泛運用抗滑樁代替抗滑擋墻。應當注意選用抗滑樁，并且要求抗滑樁設計的中，最好選擇錨索抗滑樁，錨索長度一般為30m-50m。除了設置抗滑樁之外，還可以設置兩根或三根組合形成排架樁、剛架樁。

2.7 鋼筋混凝土的結構問題

鋼筋混凝土結構的耐久性與建筑的質量和穩固性密切相關。鋼筋與結構的抗拉強度相關，混凝土與結構的抗壓強度相關，同時混凝土還起到保護鋼筋的目的。所以如果鋼筋和混凝土出現問題會影響混凝土結構的耐久性。鋼筋的問題主要體現在銹蝕方面，這一問題是因為電化學反應造成的，而引起電化學反應的原因有很多，比如混凝土的材質、外界環境、鋼筋自身的分子結構等。混凝土方面最主要的體現就是自身性能的衰退，混凝土在使用中會受到各種外界因素的影響，進而致使混凝土的成分結構出現變化，出現開裂、膨脹、變形等情況。在當下常使用的保護方式有以下幾種：電化學保護、為鋼筋涂抹防銹劑、在混凝土外層涂抹保護劑、使用高性能混凝土等等。

3 結語

總的來說，山區的地形及自然條件相對較為復雜，因此山區高速公路橋梁設計工作難度很高，在設計中要重視山區橋梁設計的幾個關鍵問題。

[1]蔡昌明.探討山區公路橋梁設計應該注意的問題[J].黑龍江交通科技，2014.