高速公路橋梁設計的安全因素分析

王忠渝

招商局重慶交通科研設計院有限公司 重慶 400067

一、高速公路橋梁的安全性構成因素分析

（一）結構構件承載能力的安全性

在高速公路橋梁的使用過程中，無論是負載情況還是超載情況，都會加大橋梁的應力幅度，加劇橋梁的損傷，如果超載嚴重，甚至會導致橋梁結構的破壞，且破壞的橋梁內部將無法恢復。這樣的情況將會導致橋梁在正常荷載條件之下出現工作狀態的變化，對橋梁使用的安全性造成嚴重危害。

（二）橋梁結構的整體牢固性

所謂橋梁結構的整體牢固性，就是當橋梁的某處出現損壞情況時，不至于對大范圍造成連續性破壞甚至坍塌的一種能力。這種能力主要可以通過良好的結構延續性以及冗余度來進行控制[1]。良好的整體牢固性可以有效應對地震、爆炸、其他自然災害以及人為因素所釀成的后果，讓災難帶來的損失得以顯著降低。

（三）橋梁結構的耐久性

無論是結構設計還是施工規范方面，重點關注的都是各項荷載作用之下結構的強度，對于各種環境因素之下的耐久性卻缺乏足夠的關注。不論是在高速公路橋梁的建設過程中還是使用過程中，都很可能受到環境或者是有害物質的侵蝕，受到車輛、地震、風力、疲勞或人為因素等的作用的破壞，加之建筑材料性能的不斷退化，都會導致橋梁部分結構出現損傷惡化情況。雖然我國在上世紀九十年代就開始對高速公路橋梁的耐久性設計加以重視，但大多都是注重于材料方面的耐久性設計，結構設計和施工設計依然有待進一步提升，如注意鋼筋保護層厚度、混凝土養護及裂縫控制等。

二、高速公路橋梁設計的安全因素分析

（一）橋梁和路基方案的安全選擇

在前期設計階段，如果路基中心部位的填方高度在20m以上，就應該將其與橋梁方案進行比選。但是路橋設置選擇的界限始終是一個難以把握的問題，而這一問題也會對公路的造價帶來很大程度的影響。同時，因為高速公路的建設項目工期通常比較緊，往往會直接選擇橋梁方案，但就實際的施工而言，如果地質情況很好，且處于隧道和橋梁連接的地段，相比較橋梁方案而言，路基方案可以更好地利用隧道棄方，安全且經濟[2]。不過在寬闊平坦且運距比較遠的施工地段，由于填方路基會花費掉很多的資金，所以此時，出于經濟性方面考慮，設計施工中應該選擇橋梁方案。

（二）注重橋梁上部構件的設計

在高速公路橋梁的施工過程中，大多數的設計都會選擇更具經濟性且施工方便的標準化和預制裝配化結構。從美觀角度來說，小箱梁最優，在市政工程中較常采用，但從整體性上講，T梁優于小箱梁和空心板，且相同跨徑的前提下小箱梁自重最大，內膜拆除及吊裝都不比T梁方便。我院近些年在高速公路橋梁設計中，均選擇T梁或現澆梁，避免采用小箱梁及空心板。

在進行橋梁上部構件的設計過程中，首先應該注意預制構件安裝的安全性，如果施工場地不適合預制梁的遠距離運輸，或受地形條件限制，預制梁吊裝的時候反而危險的情況，可以采用支架現澆T梁，或直接現澆箱式梁的方法來提升施工安全性。另外平面處于圓曲線上時不宜采用預制梁，原則上預制梁長應小于曲線半徑的1/10以上。

（三）注重橋梁下部的構件設計

1、注重橋墩的設計

就美觀的角度來看，方柱棱角分明，且和上構梁體之間十分協調，視線誘導性很強；就受力方面而言，如果圓柱和方柱的橫截面積相同，方柱有著更大的抗彎剛度，所以較圓柱墩的受力性能更優越[3]，因此墩高在40米以上時，可采用方柱墩。而墩高40米以下則可選擇圓柱墩，因為圓柱的外觀質量在施工過程中容易控制，而且更加便于和樁基之間進行銜接，因此在山嶺重丘地區的應用十分廣泛。

受地形條件限制，有時橋梁下部設計時必須采用獨柱墩形式，自從無錫高架橋側翻事故以后，相關單位開始注意到，當荷載分布較為集中時，偏心荷載引起的失穩效應遠超橋梁上部結構穩定效應，造成橋梁支座系統失效，梁體和墩柱之間產生相對滑動和轉動，從而導致梁體側向滑移傾覆觸地。城市客貨分離后，高速公路上該問題尤其凸顯，因此在設計過程中，應該盡量少采用獨柱墩形式，或是墩梁固接的方法進行設計。

2、注重橋梁橋臺的設計

在對高速公路的橋梁橋臺進行設計的過程中，通常采用的方法是U型臺、樁柱式臺和肋板臺。其中最為常用的一種方式是U型臺，通常情況下，U型臺在4m-10m的填土范圍之內比較適用。樁柱式臺因為有著較小的抗推剛度，所以在臺后填土高度不超過5m的情況下比較適用，但是在具體的設計與施工過程中，應該將其聯長控制在150m以下。相比較前兩者而言，埋置式肋板臺有著更廣的適用范圍，但是在具體的施工過程中應保障其填土高度在12m以下。在填土高度過高且基巖較深的情況下，可以采取U臺接群樁基礎的橋臺形式，并驗算臺后填土壓力及水平推力，必要時在承臺和前墻連接位置增設連接鋼筋。

3、注重附屬公用構造的設計

附屬構造中的安全因素也不容小覷，自從萬州公交車墜橋事件以后，全國加大了橋梁的防撞設施排查。在新建橋梁設計工作中，混凝土防撞護欄的設置應滿足最新的交通安全規范細則，一般情況下，橫向鋼筋及預埋鋼筋間距為20厘米，有時也可以適當加密。如我院在城口至開州高速公路設計后續服務中，對沿線跨越公路、河流以及高墩橋梁的防撞護欄橫向鋼筋均加密為10厘米，相關設計變更得到業主的大力支持。

結束語：

綜上所述，隨著高速公路橋梁建設的不斷發展，橋梁設計的安全性也越來越受到人們的關注。因此，在進行高速公路橋梁的設計之中，設計人員不僅僅應該對施工的材料加以高度重視，同時也應該注重其結構體系的設計、構造的設計及其耐久性設計等，并全面考慮各項外在因素對設計與施工質量的影響。通過這樣的方式，才可以讓高速公路橋梁得到合理設計，保障其安全性和使用壽命，促進我國社會經濟的進一步發展。