高速公路橋梁設計的要點分析

丁晗

中設設計集團股份有限公司 江蘇 南京 210014

高速公路作為國內交通運輸的基礎建設命脈，設計質量已成了重中之重，尤其是城市化的不斷發展，普通公路已不能滿足人民的日常需求，高速公路的建設成了眼前當務之急的任務，而其中也伴隨著較為嚴峻的考驗，如果出現問題，所帶來的危害是最為巨大的，尤其體現在人民生命安全與巨額資金的維護和保養。因此，在橋梁設計方面，因地制宜，充分認識到橋梁設計的特點與要求，設計出適宜的橋梁結構，降低在運營期間內多帶來的各種安全隱患，保證最大利益的運營化。

1 高速公路橋梁設計的要點分析

橋梁設計方面包含了結構選型、材料選型、施工方法等，根據橋梁各個結構將從以下幾個方面來仔細分析。

（1）橋面設計

橋面鋪裝形式較為多樣，鋼與混凝土是如今采用較為廣泛的鋪裝形式，應該注意到，不同的鋪裝形式應該結合實際的橋梁結構來選擇，否則容易造成多樣化的病害，帶來了嚴重的經濟損失。例如：當水泥混凝土橋采用瀝青混凝土鋪裝層時，應采用雙層式瀝青硂鋪裝，瀝青總厚度為9-10cm，目前多采用4-6cm瀝青混凝土，橋面鋪裝采用較多的鋪裝形式，例如某高速橋梁工程就是使用該鋪裝模式。但由于瀝青混合材料的不穩定性，鋪裝內部產生較大的剪應力，使橋面發生了形狀變化，還有伴隨著溫度的變化，造成了橋面鋪裝層的開裂所產生的裂縫。在雨水沖刷后，使鋪裝里表層出現唧漿，混合料形成槽坑，破壞了橋面結構的完整性。同時，由于混凝土的變異系數較大，施工層厚度不均勻，因此，對瀝青混凝土鋪裝層與水泥混凝土橋面鋪裝，要從材料性能、防排水等方面精心設計，使瀝青與混凝土面板黏結牢固，防水滲水，耐溫開裂的良好性能，并盡可能的優化改善，在實踐中得出最完美的設計。

（2）防撞護欄設計

由于高速公路行車速度快，行車密度大，防撞護欄是安全設施的組成部分，防止行車事故起著重要的作用。然而設計不當的路側防護欄將成為一個極為危險的障礙物，對行駛車輛構成極為嚴重的威脅，而根據碰撞后的變形程度，將護欄分為剮性護欄、半剛性護欄、柔性護欄，剮性護欄碰撞后幾乎不變形，但對車輛和乘員的危害較大，半剛性護欄剛柔相間，具有鞍強的吸收碰撞的能力，對車輛和乘員傷害較小，柔性護欄碰撞后，變形較大，因此對車輛和乘員傷害較小，但考慮到以下性能：

第一、防淹性能，必須能夠阻擋失控車輛轉向，阻止車輛失控越出路外或使改變行駛方向，滿足我國公路實際情況，確保失控車輛不會越出、沖斷護欄。

第二、變形，失控車輛撞擊護欄的最大動態不應超過護欄與被防護之間容許的變形距離，如果間距較大則可對車輛與乘員造成的傷害較小，大多數護欄可通過增加立柱或者增加擋板的強度來提高整體強度。

第三、現場條件，根據現場條件和選擇相對應的防撞護欄，因地制宜，保證了乘員與車輛的危害減少。

第四、維護成本，護欄的建設伴隨著防撞等級的增加而減少維護成本。

護欄合理設計對車輛、乘客的安全有著重要的作用，充分掌握護欄的防撞機理，才能靈活應用規范設計。

（3）主梁結構設計

主梁結構是承受荷載橋梁上部結構，設計人員應對各種橋梁全面的認識，從經濟投入方面、橋梁使用病害，并根據當地的地理環境、施工方法與運營要求，選擇合理的橋梁結構形式。

比如：鋼筋混凝土箱型拱橋，箱型拱橋截面挖空率大，與板拱相比可大量減少圬工體積，減輕重量，節省上下部結構的造價，抗彎和抗扭剛度大，拱圈的整體性好，受力分布均勻，但是施工要求高，吊裝設備較多。而連續剛構橋是指墩梁固結的連續梁橋。分主跨為連續梁的多跨剛構橋和多跨連續-剛構橋，均采用預應力混凝土結構，有兩個以上主墩，采用墩梁固結體系，具有T形鋼構橋和連續梁橋的優點。具有較大的跨越能力，且無須設置大噸位支座，伸縮縫較少，行車平順、通暢、安全，養護簡單，抗震能力強，如：廣東虎門大橋輔航道橋，該橋已運營超過6年，狀況良好，尚未出現任何裂縫。隨著橋梁設施水平的不斷提高，對混凝土收縮、徐變和溫度等因素引起的變化，采用主梁結構設計應合理選擇。

（4）墩柱結構設計

墩柱，即土木工程中用于承載上部結構物的下部承重物。墩柱截面多為圓形，也有橢圓形、方形、曲線形、拋物線形等異性墩柱。其在高速公路橋梁建設工程中是重要的組成部分，墩柱的設計方式有兩種，第一種是雙柱式橋墩，這種橋墩安全性較高，受力均勻，比如：某城市某大橋是2015年全市重點建設項目，也是該城市重點交通工程，它是采用雙柱式橋墩，另一種，因為下方空間有限的條件下采用獨柱式橋墩，這種橋墩橫向扭性較差，因此，合理選擇尤為重要。

路基呈現多種方式：整體式路基、分離式路基，為了減少占地、保護環保、景觀優美的理念與想法，一般大部分都采用分離式路基。然而平時常見的隧道也是采用這種方法，除了一些極少數的，大部分高速公路建設還是采用整體式路基。

整體式下構帽梁跨度較大，還考慮到雙車行駛時所導致的扭矩影響，究竟是采用整體式下構還是分離式下構，需要結合實際，比如：水文地理、墩高等方面的因素來決定所選擇。

（5）支座設計

橋梁支座是連接橋梁上部結構和下部結構的重要結構部件。它能將橋梁上部結構的反力和變形（位移和轉角）可靠的傳遞給橋梁下部結構，從而使結構的實際受力與計算的理論圖式相符合。支座設計方面秉承著承載的性能，考慮上部結構水平的穩定性，消除支座所帶來的危害。對于連續橋梁，一定要在中間部位設置固定支座，來保證提高橋梁的穩定性，同時在橋臺與橋墩的其他位置設置一些滑動支座，來保證橋梁的受力均勻，防止橋梁受力問題所導致的傾覆，同時，在選擇不同的橋梁時，一定要合理的增加支座，優化整個橋梁建設[1]。

2 橋梁設計應和環境相融合

橋梁設計應該與環境相融合，考慮地質和當地環保的影響，并考慮到適當的橋梁基礎建設方案，從而提高橋梁設計水平。

橋梁設計要遵循“適用、安全、經濟、美觀、環保”的基本原則。在隨著經濟的增長，人民的精神需求越來越高，美觀與環保也越來越受到關注。橋梁設計在注重安全性、舒適性、耐久性的同時，也應該注入美觀性、環保性、人文性等，在保證橋梁使用功能的前提下，不破壞自然環境，使橋身與自然環境融為一體，維持自然風貌，保護動物，維持生態平衡，還要考慮到地區的民風、民俗，橋梁的設計工作不僅是對工藝的要求，還是對設計人員的藝術思維的考驗[2]。

3 抗震安全性

為了保證中小橋梁的抗震安全，主要應該從減震措施著手。（1）整體性

整體性要好，上部結構盡可能保持連續性，可以防止結構構件在地震時被震落的危險，同時，各個方面一定要均勻布置，合理布置，避免突然的變化。

（2）提高構件的強度與延性

構件的強度決定了橋梁主體的抗震安全性，震動能量的大小從地基傳入，因此，設計時地基的強度大可以減少震動的危害，構件的強度、延性、剛度等方面性能的突出，更加能避免震動所導致的后果，同時，只重視強度，而忽視延性，絕對不是一個良好的抗震的設計，相輔相成，保證高速公路橋梁的安全性。

（3）多道抗震設計

采用合理的抗震設計體系，必須重視抗震結構的轉變，在一個抗震結構體系中，一部分吸收了抗震所帶來的作用下，充分消耗了與吸收了抗震的能量，而其他一道、兩道、三道等看到防線依次消耗抗震能量，從而達到橋梁的抗震安全性[3]。

4 橋梁主體結構的穩定性

橋梁主體結構的穩定性近幾年發生了很多的變化，根據橋梁的結構分為多種方式呈現，獨柱墩采用了單一的支撐方式，缺乏橫向的扭轉性能，車輛在一邊行駛會導致另一邊受力不均勻的狀態下坍塌損壞，容易造成巨大的災害，如果一定要采用獨柱，則需要采用中間設置一定的支座，保證其穩定性提高。其次，應該采用雙柱，保證了支撐橋梁主體能夠受力均勻，防止支座橫向偏移所帶來的危害，尤其是針對有曲線橋梁和直線橋梁兩類型的，可以設置一些獨特的結構模式，讓整個橋梁主體結構更加的偏向穩定化，更加有效率的運營。

5 結束語

隨著我國橋梁建設的快速發展，精細化的設計可以有效降低運營期間的各種養護和管理費用，是我國經濟發展的趨勢所在。上文詳細介紹了高速公路橋梁建設中設計時各個要點問題，包含了橋面設計問題、防撞護欄、主梁結構、墩柱結構，支座結構、環境方面，安全性，穩定性等方面進行了細致討論，給出了設計解決對策。

[1] 周智海.城區高速公路擴建工程中央分隔帶護欄研究[J].公路交通技術,2015,(2):127-133.

[2] 唐波.山區高速公路橋梁施工難點及管理方法[J].交通世界(中旬刊),2017,(5):118-119.

[3] 高青林.高速公路橋梁拼接施工技術的應用[J].四川建材,2017,(9):182,222.