山區(qū)公路橋梁工程設(shè)計要點研究

王二贊

摘 要：經(jīng)濟社會的發(fā)展推動著我國道路建設(shè)不斷發(fā)展，但我國山區(qū)面積大，山區(qū)地形地勢復雜，加大了道路建設(shè)難度。其中，橋梁工程是山區(qū)道路建設(shè)的難點。考慮到山區(qū)特殊的地形地勢和橋梁工程項目的設(shè)計要點，結(jié)合當前山區(qū)橋梁工程建設(shè)在我國交通系統(tǒng)中的重要作用，本文著重探討山區(qū)公路橋梁工程設(shè)計要點及難點，希望能為山區(qū)橋梁建設(shè)提供參考依據(jù)，提高山區(qū)橋梁建設(shè)質(zhì)量，為山區(qū)經(jīng)濟發(fā)展做出貢獻。

關(guān)鍵詞：山區(qū);公路;橋梁工程;設(shè)計要點

中圖分類號：U442.5文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）32-0109-03

Abstract： The development of economy and society promotes the continuous development of road construction in China， but China has a large mountain area and the mountainous terrain is complex， which increases the difficulty of road construction. Among them， bridge engineering is a difficult point in mountain road construction. Taking into account the special topography of mountainous areas and the design points of bridge engineering projects， combined with the current important role of mountain bridge engineering in Chinas transportation system， this paper focused on discussing the key points and difficulties of mountain highway bridge engineering design， hoping to provide a reference for mountain bridge construction， improve the quality of mountain bridge construction， and contribute to the economic development of mountain areas.

Keywords： mountainous area;highway;bridge engineering;design points

我國地形地貌復雜多樣，山區(qū)面積約占我國國土面積的2/3，不利于不同地區(qū)的經(jīng)濟文化交流。因此，我國持續(xù)加大交通建設(shè)力度，擴大山區(qū)公路建設(shè)規(guī)模，不斷完善道路系統(tǒng)。山區(qū)公路建設(shè)的重點是橋梁工程，但山區(qū)地勢復雜，施工環(huán)境惡劣，公路橋梁工程建設(shè)難度大。所以，施工人員必須對橋梁設(shè)計特點、難點及要點進行全面分析與把控，不斷提高山區(qū)公路橋梁工程建設(shè)質(zhì)量，以確保山區(qū)公路橋梁的安全性、穩(wěn)定性和耐久性。

1 山區(qū)公路橋梁的特點

山區(qū)自然環(huán)境是影響山區(qū)公路橋梁設(shè)計的基礎(chǔ)因素。首先，山區(qū)地勢起伏大，易發(fā)生山體滑坡、泥石流、山洪等地質(zhì)災害。其次，受山區(qū)天氣影響，雨水較多，容易對山區(qū)公路地基造成沖刷。受自然環(huán)境的影響，山區(qū)公路橋梁建設(shè)難度大，需要考慮很多問題，其設(shè)計思路、設(shè)計原則和設(shè)計要點不同于平原地區(qū)，具有特殊性和挑戰(zhàn)性。

2 山區(qū)公路橋梁工程設(shè)計難點

2.1 施工難度大

山區(qū)地形復雜、溝壑交錯、坡度大，公路橋梁設(shè)計難度大。在這種情況下，首先要考慮施工條件是否具備。山區(qū)施工場地有限，常規(guī)大型機械應用受到限制，同時施工材料運輸條件差，大跨徑預制構(gòu)件的使用也受到限制。不利的地形條件是山區(qū)公路橋梁工程面對的主要阻礙[1]。

2.2 工程造價高

山區(qū)不利的地形條件加大了施工難度，施工材料運輸成本較高，施工單位不能采用常規(guī)材料，公路橋梁工程建設(shè)成本高，風險大。另外，山區(qū)不利的地形條件加大了施工技術(shù)難度，受山區(qū)特殊地形的影響，技術(shù)可行性受到嚴格的考驗。在進行橋梁工程施工前，設(shè)計單位不僅要充分考慮橋梁類型選擇，還要根據(jù)山區(qū)條件選擇經(jīng)濟可行的技術(shù)方案。

2.3 環(huán)境保護難度大

山區(qū)公路橋梁工程建設(shè)必然對山區(qū)生態(tài)環(huán)境造成影響，如何既能建好山區(qū)公路橋梁工程，改善山區(qū)交通條件，又能最大限度地保護原有自然環(huán)境，是橋梁工程設(shè)計和施工必須考慮的問題。如何科學設(shè)計、科學施工，重視環(huán)境保護和水土保持，減少對植被的破壞，杜絕因工程施工造成山區(qū)次生災害，是山區(qū)公路橋梁工程施工的重點和難點。

3 山區(qū)公路橋梁工程的設(shè)計原則

山區(qū)公路橋梁工程設(shè)計既要遵循常規(guī)橋梁設(shè)計原則，還要充分結(jié)合山區(qū)地形地勢特點和生態(tài)環(huán)境特點，遵循安全性、適用性、經(jīng)濟性、生態(tài)性和美觀性的設(shè)計原則。

安全性指的是橋梁工程設(shè)計能確保施工安全、橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、橋梁耐久性良好;適用性是指山區(qū)公路橋梁工程設(shè)計根據(jù)山區(qū)所在地實際地質(zhì)地勢，結(jié)合山區(qū)居民出行需要和設(shè)計總體目標要求，能夠最大限度地實現(xiàn)橋梁工程的使用價值、經(jīng)濟價值和社會價值;經(jīng)濟性是指橋梁工程設(shè)計要在保證適用性的基礎(chǔ)上節(jié)約成本，合理控制造價;生態(tài)性是指橋梁工程設(shè)計要在最大限度保護項目所在區(qū)域生態(tài)環(huán)境的前提下進行設(shè)計，不能以犧牲環(huán)境為代價;美觀性是指整個橋梁工程設(shè)計應具有美觀效果，在滿足安全性、適用性、經(jīng)濟性、生態(tài)性的基礎(chǔ)上，橋梁設(shè)計還要考慮外在美觀，與周邊環(huán)境相融合[2]。

4 山區(qū)公路橋梁工程設(shè)計要點

橋梁在山區(qū)公路建設(shè)中占有很大比例，因此，明確山區(qū)公路橋梁工程設(shè)計要點對促進山區(qū)公路發(fā)展，實現(xiàn)山區(qū)與城市有效連接，促進山區(qū)經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。山區(qū)公路橋梁設(shè)計同平原地區(qū)橋梁設(shè)計相比，二者有相同之處，也有不同之處。相同之處都是為了確保公路橋梁耐久性和安全穩(wěn)固性的實現(xiàn)，完善公路交通設(shè)施，推動經(jīng)濟社會發(fā)展。不同之處在于，山區(qū)公路橋梁工程設(shè)計具有更高的技術(shù)要求和施工要求，對設(shè)計人員和施工人員提出了更高的技術(shù)挑戰(zhàn)，山區(qū)公路橋梁設(shè)計既要保證橋梁結(jié)構(gòu)安全、便于施工、成本經(jīng)濟合理，又要保證山區(qū)公路橋梁易于維修養(yǎng)護、造型美觀，實現(xiàn)山區(qū)橋梁與山區(qū)自然環(huán)境統(tǒng)一協(xié)調(diào)發(fā)展的目的。

經(jīng)分析，山區(qū)公路橋梁工程設(shè)計要點主要表現(xiàn)在以下方面。

4.1 勘查山區(qū)地形、地質(zhì)、水文條件，掌握真實有效的設(shè)計數(shù)據(jù)

山區(qū)公路建設(shè)要高度重視地形、地質(zhì)和水文條件，這些與平原地區(qū)有著天壤之別，因此山區(qū)公路橋梁工程設(shè)計要考慮這些因素。受地形地勢影響，其施工難度較大，尤其是橋梁材料運輸、施工機械設(shè)備運輸條件都受到考驗，前期設(shè)計要考慮山區(qū)施工條件，保證施工的可行性。

山區(qū)公路橋梁工程設(shè)計要考慮地震荷載、恒載、活載、施工荷載等多種因素對橋梁穩(wěn)固性的影響，加上山區(qū)多變的自然和氣候條件，其還要考慮風荷載、雪荷載、凍脹力、水力等多種自然因素對山區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性的不良影響[3]。

4.2 重視保護山區(qū)環(huán)境原貌

相對城市來說，山區(qū)自然生態(tài)環(huán)境保存完好，但依然較為脆弱，一旦遭受破壞，往往不可恢復。因此，山區(qū)公路橋梁工程設(shè)計要充分考慮環(huán)境因素，認真研究山區(qū)的自然環(huán)境和人文環(huán)境，以保護當?shù)丨h(huán)境為主要支撐點，在達到橋梁設(shè)計總要求的基礎(chǔ)上最大限度地保護山區(qū)地形地貌原有狀態(tài)。

另外，受山區(qū)獨特的水文條件和自然環(huán)境影響，山區(qū)公路橋梁工程設(shè)計在滿足橋梁安全通行功能的基礎(chǔ)上要充分結(jié)合景觀設(shè)計相關(guān)知識，與當?shù)刈匀痪坝^充分結(jié)合，賦予橋梁更多的功能。

4.3 優(yōu)化橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

受山區(qū)特殊的地形、地勢影響，特殊大跨徑的橋梁不適合在山區(qū)建設(shè)，因此山區(qū)較多選擇中小跨徑的橋梁結(jié)構(gòu)。常用的標準中小跨徑有6、8、10、13、16 m五種，其在山區(qū)公路橋梁工程設(shè)計中較多采用。

在山區(qū)公路橋梁工程設(shè)計中，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括空心板、預制T型梁、預制小箱型梁等。不同跨徑橋梁采用不同的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計，比如，橋梁跨徑小于30 m時，上部結(jié)構(gòu)可以設(shè)計成空心板，預制T型梁，預制小箱型梁，三者都可滿足山區(qū)橋梁設(shè)計要求;在設(shè)計跨徑為35 m、40 m或50 m的橋梁時，設(shè)計人員需要根據(jù)橋梁上部結(jié)構(gòu)的實際受力及最大受力情況，選用較為常用的T型梁、預制小箱梁。T型梁充分利用混凝土的抗壓性能和鋼筋的抗拉性能，減輕橋梁結(jié)構(gòu)的自重。當橋梁跨徑小于20 m時，為合理控制造價成本，橋梁上部結(jié)構(gòu)可采用空心板設(shè)計形式，跟其他設(shè)計形式相比，空心板截面造價比較低，成本投入不大，經(jīng)濟實用。所以，跨徑比較小、橋下凈空不高的橋梁更適合選用空心板截面設(shè)計[4-5]。

4.4 優(yōu)化山區(qū)公路橋梁工程橋墩設(shè)計

山區(qū)橋梁橋墩設(shè)計要結(jié)合山區(qū)地形地勢條件，根據(jù)墩高進行具體分析。比如，當橋墩高度小于40 m時，可采用柱式墩或Y型薄壁墩。對于山區(qū)橋梁橋墩設(shè)計來說，常使用柱式墩的結(jié)構(gòu)形式。考慮到山區(qū)公路橋梁工程設(shè)計的難點，在進行橋墩設(shè)計時，應對其涉及的兩種形式（圓柱和方柱）進行認真研究。圓柱形和方柱形兩者在外觀上易于區(qū)分，同圓柱相比，方柱具有一定的美觀性，圓柱在外觀上較為常規(guī)，圓柱上、下部結(jié)構(gòu)與樁基銜接較為簡單，并且圓柱形橋墩箍筋的主要成分為混凝土，具有良好的穩(wěn)固性，保障了樁基強度[6]。

4.5 優(yōu)化山區(qū)公路橋梁橋臺設(shè)計

對于山區(qū)公路橋梁工程設(shè)計而言，橋臺設(shè)計也占很大比例，常見的山區(qū)橋梁橋臺設(shè)計形式有重力式的U型臺、肋式臺和柱式臺三種形式。結(jié)合山區(qū)的實際情況，山區(qū)橋梁的U型臺設(shè)計要合理設(shè)置臺階數(shù)，施工時要合理減少開挖，減少開挖可能造成的二次破壞。另外，當選擇柱式臺時，要考慮其本身特點，抗推剛度小，而在橋長較長、臺后填土較高的工況需要抗推剛度較大的橋臺，因此這時不適合選用柱式臺。當臺后填土高度控制在5 m以下，橋長控制在150 m以內(nèi)時，適合選擇柱式臺[7]。

4.6 優(yōu)化山區(qū)橋梁橋墩與路幅的關(guān)系

在山區(qū)公路橋梁工程設(shè)計中，路基設(shè)計基本包括兩種形式，一種是整體式路基，一種是分離式路基。選擇時，人們要根據(jù)山區(qū)橋梁設(shè)計總體思路，結(jié)合山區(qū)自然景觀現(xiàn)狀及山區(qū)橋梁工程設(shè)計環(huán)保要求。根據(jù)上述情況，山區(qū)橋梁多選擇整體式路基，整體式路基具有明顯的特點，即橋墩與路幅為雙幅四柱的形式，具體表現(xiàn)為整體式路基為雙幅橋，與之相對應的下部結(jié)構(gòu)應采用分幅進行單獨設(shè)計，以保證橋墩、橋身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性[8]。

4.7 優(yōu)化山區(qū)公路橋梁基礎(chǔ)設(shè)計

對于山區(qū)公路橋梁而言，其基礎(chǔ)設(shè)計形式主要是擴大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)。兩種基礎(chǔ)設(shè)計形式有著明顯的區(qū)別，擴大基礎(chǔ)設(shè)計主要用于地質(zhì)地勢相對較好的區(qū)域，山區(qū)公路橋梁工程多選擇該種形式。擴大基礎(chǔ)是一種施工較為快捷又較為經(jīng)濟合理的橋梁基礎(chǔ)。但是，在設(shè)計過程中，人們還應考慮地形地勢條件是否適用，若地質(zhì)條件特別惡劣，則要考慮樁基礎(chǔ)設(shè)計形式，其主要利用樁基加強橋梁下部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。

5 結(jié)語

山區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復雜，地形多變，地勢起伏大，山區(qū)多為我國經(jīng)濟發(fā)展較為落后的地區(qū)，也是我國打贏脫貧攻堅戰(zhàn)的關(guān)鍵節(jié)點。因此，建設(shè)和完善山區(qū)交通設(shè)施是國家全面建成小康社會的需要，也是山區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的需要。因山區(qū)地形地勢多樣，公路橋梁結(jié)構(gòu)選擇各有不同，設(shè)計方案也有所區(qū)別，不同山區(qū)地質(zhì)條件對不同橋梁結(jié)構(gòu)的要求不同，因此，設(shè)計人員要加大對山區(qū)公路橋梁工程設(shè)計的研究力度，做好山區(qū)資料收集工作，對各地區(qū)情況進行科學分析，實地考察，設(shè)計出符合山區(qū)需要的橋梁工程設(shè)計方案。另外，為保證山區(qū)公路橋梁施工質(zhì)量，施工單位應嚴格按照設(shè)計要求、設(shè)計標準進行施工。施工期間，設(shè)計人員要與施工單位時刻保持聯(lián)系，根據(jù)現(xiàn)場施工條件，及時修改設(shè)計方案中不合理的地方，并上報主管部門進行批復。

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