論如何優化山區高速公路橋梁設計

盧函恩

摘要：針對山區高速公路橋梁曲線多、大跨高墩、地形地質復雜、施工環境差等特點，從橋梁支承體系選擇入手，探討做好山區高速公路橋梁設計優化的做法，為實際的橋梁設計工作提供參考借鑒。

【關鍵詞】山區高速公路橋梁；橋梁設計；支承體系；上下部結構

山區高速公路橋梁設計需要考慮的因素較多，為保證設計質量，必須進行全方位綜合考慮，把握每一個設計要點和影響因素，并結合現有技術條件，選擇正確、先進、合理且經濟的方式，以此真正做好設計優化，提高設計水平。

1.選擇合適的支承體系

1.1簡支

目前，簡支梁橋的實際應用十分廣泛，尤其是在山區高速公路當中，常用于中小跨徑的公路橋梁，其優點包括：

（1）各孔的支承較為簡單，且單獨受力，互不影響，預制與架設都十分方便，對管理沒有過高要求，成本相對較低；

（2）受力明確且簡單，無附加應力，前期設計與受力計算都較為簡便，具備實現標準化的內外部條件；

（3）屬靜定體系，受地基變形等因素的影響極小，對橋梁基礎沒有過高要求，在地基條件較差的區域仍可建造。

當然，也存在一些缺點：

（1）接縫較多，舒適性差，耐久性、整體性等均有待于改善；

（2）僅適用于中小跨徑的橋梁，材料自身特性難以充分發揮；

（3）結構自重偏大，且支座數量多，下部結構尺寸因此往往較大，不利于美觀性。

為解決以上問題，出現了一種新的支承體系，即為簡支與橋面連續相結合，這一體系繼承了普通簡支全部優點，并且通過對橋面板實際厚度及連續長度的有效調整，減輕了結構自重，提高了舒適性。以某簡支結合橋面連續T梁為例（圖1），其具有以下眾多優勢：

（1）有橫縱兩向剛度的形成，參與受力，減輕結構自重，為施工創造便利；

（2）采用現場澆注的方法進行橋面板施工，能對梁間距進行靈活調整；

（3）接縫數量大幅減少，能保證行車的平順性，并提高耐久性及整體性。

1.2連續支承

連續結構及其支承體系在山區橋梁也十分常用，這一體系主要有三種不同的形式：其一，現澆單支點連續；其二，先簡支后單支點連續；其三，先簡支后雙支點連續。第一種形式與整體現澆結構相對應，目前使用較少。而如果橋梁處在半徑較小的曲線段，則要采用這一形式。具體應用過程中，應注重彎橋支座布置，以及偏心支承等設計要點。第二和第三種形式均屬先簡支后連續范疇，與裝配式結構相對應，預制與架設都較為方便，能很好的保證耐久性及舒適性，當前應用較多。

1.3剛構支承

山區高速公路橋梁以彎橋、高橋、長橋及坡橋居多。對曲線梁橋而言，因受到彎扭耦合作用，會向某點發生變形；對于縱坡長橋，其受汽車制動力等因素的影響，梁體會發生一定程度的滑移。在這種情況下，如果選擇連續支承形式，則變形與滑移會使梁體實際受力難以平衡，導致支座脫空或直接破壞。因此，應選擇剛構體系，以防以上現象的發生。

2.上、下部結構的設計優化

2.1上部結構

2.1.1跨徑布置

（1）跨徑和墩高

在山區，其地形起伏往往較大，需根據地形來選擇合適的跨徑，不宜以墩高為主要因素進行頻繁調整，如果墩高的實際變化也較大，則應實施跨徑組合。若有多種方案可供選擇使用，則需通過造價分析作出取舍，并優先考慮標準跨徑。

（1）曲線跨徑

山區中的曲線橋，如果梁長布置不相等，則應以曲線半徑為依據，在對跨徑及墩臺中心線具體位置進行確定時，充分考慮以下要點：當曲率半徑較大時，宜按照內弧長和標準跨徑相等來布置，跨徑達到標準，概念明確，有利于加快設計效率；當曲率半徑較小時，宜按照中線弧長和標準跨徑相等來布置，以減小梁長標準值和實際值的偏差。

2.1.2橋型結構

考慮到山區交通運輸條件與場地條件都很差，故設計應以裝配化與標準化為核心。對中小跨徑的橋梁，應優先考慮裝配式結構；對于半徑較小的曲線橋，應優先考慮連續閉合箱梁，因為其具有良好的抗扭性能；對于大跨徑橋梁，應優先考慮懸臂澆注。

2.2下部結構

2.2.1橋墩

橋墩有許多種不同形式，常用的有以下幾種：重力式實體墩、板式墩、空心薄壁墩與柱式墩等，不同形式有不同的特點與適用情況。對于墩高小于25m的橋墩，大多為板式墩與柱式墩。圓柱的構造較為簡單，在施工過程中易對質量和外觀進行控制，而且和樁基之間的銜接也十分方便；方柱能和上部結構良好協調，在受力方面優于圓柱，特別是剛構體系，但要設置額外的連接，工程量較大。可見，在具體設計中，應結合上部結構、地形與墩高等因素，進行綜合考慮，選出最佳結構形式。對于墩高在25-40m范圍內的橋墩，大多為實心板式墩，截面既可以是矩形，也可以是Y形。

2.2.2橋臺

在山區高速公路中，橋梁橋臺通常選擇樁柱式、重力式或肋板式，又以重力式U形臺應用最多。研究表明，U形臺最佳填土范圍是4-10m，故其高度必須不能超過10m，在設計過程中應結合地形等條件進行分臺階。對于樁柱式橋臺，因抗推剛度相對較小，所以如果聯長度較大，或臺后填土較高，則一般不允許使用。

2.2.3基礎

統計表明，在山區橋梁當中，樁基礎與擴大基礎是兩種最常用的基礎形式。其中，樁基礎通常為樁柱及嵌巖樁，在地質條件較差的段落，還會用到摩擦樁。而在地質條件良好的段落，多使用擴大基礎，而在有較大橫坡，或地質條件頻繁變化的段落，則應重點考慮樁基礎。在這種情況下，如果采用擴大基礎的形式，則雖然借助分離式擴大基礎，也難以滿足地形地勢方面的要求，為使地基達到預期的承載力要求，需要大量開挖，導致邊坡容易處在不穩定的狀態。除此之外，位于斜坡的橋梁擴大基礎和樁基礎，應充分考慮覆蓋層的實際厚度與基礎擴散角，并兼顧施工過程中可能受到的各類影響，在必要的情況下，采取有效措施提供穩定支護，如設置錨桿來形成擋墻等。

3.結束語

綜上所述，山區高速公路橋梁普遍具有地形復雜、縱坡較大、高墩大跨等特點，使設計與施工都面臨很大困難。因此，在實際工作中必須充分考慮所有特點，從結構體系選擇入手，做好設計、計算和優化，以達到穩定可靠、技術先進和經久耐用的根本目標。

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