山區公路橋梁設計問題探討

楊 清 寶

(山西誠達公路勘察設計有限公司，山西 太原 030000)

0 引言

當代交通的快速發展，促進了山區橋梁工程的發展。然而對整個工程的造價和使用功能起關鍵作用的是設計方案的合理性。在山區橋梁的設計中稍有不慎便會引起施工困難和使用的安全問題。為此，越來越多的設計專家投入大量精力對山區橋梁的結構設計進行研究分析，提出了許多新的設計要點。以下對山區橋梁的設計問題進行簡單的介紹和分析。

1 山區橋梁的特點

山區地形條件和地質條件都比較復雜，因此在山區進行公路的修建時橋隧比重較高。而山區公路橋梁的設計、修建主要有以下幾個特點。

1.1 地形地質

山區的地形地貌存在較大的落差，這些落差的變化較為劇烈，且落差變化的頻繁性也較高。除此之外，山區地質的構造也比平原地區復雜，修建中常常遇到巖溶、崩塌、煤層等不利于工程建設的地質現象。結合高程變化和公路路線技術指標的要求，在山區中常常修建彎坡橋，且橋墩高度普遍較高、墩臺的樣式也較多。

1.2 彎坡橋

山區彎坡橋的曲線要素主要是由障礙物、公路路線走勢及半徑大小控制的。其縱坡的坡度和長度均應符合路線設計規范的要求。而山區地形起伏的劇烈程度往往會對橋梁墩臺的高度具有決定作用。因此山區常常會因為河谷的線型、地質的運動情況以及水流的沖刷、侵蝕作用的影響而使得橋梁墩臺呈現為高度大、變化快的特點。同時為滿足路與橋的順利相接，防止橋頭出現跳車現象常常會在山區橋梁的設計中采用多種形式的墩臺類型，而橋梁也會呈現為蜿蜒綿長的特點。

2 橋梁結構體系及設計方案的簡述

在山區對橋梁進行設計必須因地制宜，協調好橋梁結構體系與山區地質地形的關系，從而擬定幾個合適的橋梁設計方案，并對其進行比選。

2.1 橋梁體系的選擇

對橋梁體系的選擇具有決定作用的是橋梁的承載能力和當地的施工條件。簡支體系、組合體系及鋼結構和連續體系是在山區橋梁的設計中最常使用的體系，現對這些體系的應用做簡要說明。

2.1.1簡支體系

在山區橋梁建設中簡支體系的應用最為廣泛，簡支結構自身的穩定性較高，不會受到基礎沉降、溫度變化等因素的影響而產生次內力，有利于保證橋梁結構使用過程的安全性。同時簡支體系的每一跨都是獨立的，本跨受到損傷后對其他跨度的結構產生的影響較小。簡支梁的施工技術也較為簡便，有利于現場施工，費用也相對較低。但在同等跨度下與其他體系相比，簡支體系的跨中內力較大，因此混凝土結構的簡支梁跨度較小，適用于中小跨度的橋梁建設。但跨度較大時可以考慮自重較小的鋼結構或組合梁。

2.1.2連續體系

連續體系在山區橋梁建設中的使用率也較高。連續體系最大的優勢是具有較高的承載能力，增大了橋梁跨徑。且連續體系的整體性較好，也提高了行車過程的舒適性。但連續結構受外界環境(溫度、地基沉降)的影響容易產生較大的內應力。且設計時需對施工階段進行分析考慮，目前連續梁的施工有三種方式：現澆單支點連續、先簡支后連續和先簡支后雙支點連續。而現澆單支點連續施工較為困難，因此在山區橋梁建設中不常用。

2.2 橋梁方案選取

公路橋梁建設中由于橋梁的造價較高，往往需要對橋梁與路基方案進行比選。而山區橋梁主要是為跨越河流、溝谷等障礙而設置的，其中受地形變化的因素而設置的旱橋占的比重較大。因此在做方案設計時，需要對路基的填方高度進行限值選取，這是方案設計的核心，限值大小直接影響橋梁規模，決定工程總造價。一般在設計中對于路基填方超過20 m的情況下，才會對方案進行比選。但不同的設計單位也會根據實際情況綜合考慮地質、地形后進行限值擬定。

3 山區橋梁結構設計

3.1 上部結構設計

山區公路橋梁由于地形等因素的限制，在進行上部結構設計時常常采用標準化的配置和裝備，目前常用的跨度有：10 m,20 m,25 m,30 m等。通過同行業設計人員多年的設計經驗，筆者總結出以下幾點設計原則：1)橋梁跨徑與高度比在0.618～1范圍內時，具有較好的經濟性。而在山區進行設計時往往受到地形變化的影響并不能很好地保證這一經濟性，因此常常采用組合跨徑來進行設計。常用的有20 m和30 m的組合、30 m和40 m的組合。但在地形起伏較大、較為頻繁的地區由于頻繁改變跨徑不利于施工，因此可設計為一種跨徑。在對橋梁上部結構進行設計時可以綜合考慮施工條件和地形條件擬定多個方案，從經濟效益和施工周期、難易度對方案比選分析，確保橋梁結構的實用性。2)山區橋梁建設往往容易受到現場情況的限制，對施工方法提出更高的技術要求。尤其是曲線橋和變寬橋的建設中，往往會采用現場澆筑的方法進行施工，一方面加大了山區橋梁的施工難度，另一方面也會加長施工周期。因此，設計人員必須對現場做好調查，依據實際情況縮小現澆段的距離或者改變現澆段的位置，降低山區橋梁施工的難度，提高施工過程的安全性。

3.2 下部結構設計

橋梁中下部結構的墩臺類型較多，在進行橋墩設計時往往遵循以下幾點原則：1)橋墩高度低于25 m時，對比各類橋墩的受力性能和承載力性能后發現圓形和方形橋墩較為優越，因此應優先使用圓柱形和方柱形橋墩。2)在橋墩高度為25 m～40 m時，考慮到力學性能和受力情況的均勻性可選用實心墩。3)當橋墩高度大于40 m時考慮到實心墩的自重和承載能力，應選用薄壁墩。橋臺造價較高，因此在山區往往會根據山區的地形設置10 m以內的重力式橋臺，填土高度不宜設置太高，做橋臺基礎時還應注意做好分階。若是地形容許的情況下，盡量選擇合適的位置設置橋臺，力求降低橋臺高度。

做基礎設計時需要根據地質情況選擇受力合理、施工方便的基礎類型。按照樁基礎的受力可以分為摩擦樁和嵌巖樁，但摩擦樁是在地形條件較為惡劣的情況下才采用的一種基礎。在地基基礎承載力較大的情況下可以采用擴大基礎，節約造價。但其開挖量較大，容易造成邊坡不穩，因此在開挖后需對其進行維護。

3.3 曲線橋設計

曲線橋的布梁方法有兩種：加寬橋梁和彎橋折做。在設計中最常用的是在橫向上適當地將橋梁進行加寬，或者對橋梁的中心線做適當的調整，以滿足行車需要，比較適合應用在小跨度的橋梁中。彎橋折做主要是通過設置多條折線來代替曲線，每孔的線形都為直線，但在橋墩處需進行處理，滿足折角要求。曲線橋中墩臺布置形式較為多樣，主要有平行布置和徑向布置兩種。平行布置主要用在彎橋直做的情況下，保證橋梁軸線與墩臺軸線是處于相互平衡的。但如果橋梁采用的是整體式結構就很容易成為歪斜橋，因此此方法一般在半徑較大且長度較短的橋梁設計中應用較為廣泛。徑向布置橋墩是在橋墩位置沿著曲線橋的徑向做一個角度的旋轉，以滿足曲線行車和路線的要求。

在進行山區橋梁設計時除結合上述原則外，還需運用先進技術采用最為安全可靠的方法進行設計，確保橋梁的質量和安全性才是設計最為基本的原則。