山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵要點(diǎn)及優(yōu)化措施

鄒霖，韓相宏，李丹，鮑勝

（云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，昆明650000）

1 引言

在經(jīng)濟(jì)良好發(fā)展的背景下，高速公路發(fā)展迎來(lái)全新契機(jī)。我國(guó)地域遼闊，在擴(kuò)展高速公路網(wǎng)絡(luò)時(shí)常遇到丘陵、山地等特殊的地質(zhì)環(huán)境。為解決此類地質(zhì)的隔斷性問題，常通過(guò)建設(shè)橋梁的方式實(shí)現(xiàn)公路間的連接。針對(duì)山區(qū)地質(zhì)環(huán)境的特殊性，橋梁設(shè)計(jì)工作中尤為關(guān)鍵的是掌握設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以設(shè)計(jì)規(guī)范為指導(dǎo)，形成科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，在設(shè)計(jì)工作中要加強(qiáng)對(duì)細(xì)節(jié)的處理，全面確保工程質(zhì)量。

2 山區(qū)高速公路橋梁的特殊性分析

山區(qū)高速公路橋梁的修建不同于常規(guī)的施工環(huán)境，山區(qū)的地形組成更為復(fù)雜，存在地面高差大、橫坡變陡的特點(diǎn)，易發(fā)生崩塌、滑坡事故。布設(shè)線路時(shí)，因地形的特殊性使得平面、縱面、橫斷面3個(gè)方面都存在一定的限制，普遍表現(xiàn)出平曲線多、縱坡大的特點(diǎn)[1]。為提高與現(xiàn)場(chǎng)地形的相適性，高速公路橋梁建設(shè)時(shí)也要建造更多的彎坡橋、更大規(guī)模的高墩以及設(shè)置數(shù)量更多的墩臺(tái)結(jié)構(gòu)。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，要注重對(duì)各細(xì)部構(gòu)造的優(yōu)化，提升其與地形地質(zhì)的協(xié)調(diào)性，盡可能避免滑坡等事故。

我國(guó)地域遼闊，地形主要以丘陵、山地居多，高速公路建設(shè)本來(lái)就復(fù)雜，橋梁作為關(guān)鍵的部分，其設(shè)計(jì)難度明顯加大，因此根據(jù)山區(qū)的地形特點(diǎn)，進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)研究工作的重要性不言而喻。

3 山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)原則

縱觀大量山區(qū)高速橋梁案例，得知此領(lǐng)域幾乎涵蓋了各類型橋梁，若要確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全性，最為關(guān)鍵的便是選擇合適的結(jié)構(gòu)形式，針對(duì)細(xì)部構(gòu)造采取優(yōu)化措施[2]。以設(shè)計(jì)規(guī)范為指導(dǎo)，將橋梁整體拆分為2部分：（1）上構(gòu)部分，要充分考慮現(xiàn)場(chǎng)的地貌特征，以此為基本參考確定合適的結(jié)構(gòu)型式，對(duì)橋梁的整體使用情況將帶來(lái)直接影響。因此，合理的設(shè)計(jì)具有必要性。（2）下構(gòu)部分，設(shè)計(jì)工作重點(diǎn)圍繞橋墩臺(tái)展開。

絕大部分山區(qū)高速公路橋梁對(duì)于橋墩形式的選擇都大體相同[3]，以圓形墩或矩形墩居多，其特點(diǎn)在于設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，施工便捷。從山區(qū)高速公路的線路走向來(lái)看，沿水線路居多，普遍采用斜拉橋的設(shè)計(jì)形式；針對(duì)山區(qū)地形起伏的特點(diǎn)，半邊橋得到廣泛應(yīng)用；為順利跨越溝壑，較為合適的是建造高墩大跨徑橋。基于不同的山區(qū)橋梁特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循特定的原則，具體內(nèi)容見表1。

表1 山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)原則總結(jié)

4 山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題

4.1 設(shè)計(jì)理念存在偏差

基于山區(qū)橋梁施工的基本特點(diǎn)，橋梁設(shè)計(jì)時(shí)最為基礎(chǔ)的便是確保穩(wěn)定性與安全性，要從結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，對(duì)其采取科學(xué)的優(yōu)化措施，提升結(jié)構(gòu)的合理性[4]。作為設(shè)計(jì)人員要對(duì)結(jié)構(gòu)特征形成準(zhǔn)確的認(rèn)知，但從實(shí)際設(shè)計(jì)工作來(lái)看，大量的干擾因素均會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)造成影響，加之設(shè)計(jì)人員在專業(yè)水平上的欠缺，不具備合理選擇橋梁結(jié)構(gòu)與材料的能力，因此，設(shè)計(jì)方案存在可行性偏低的問題。此外，部分情況下設(shè)計(jì)圖紙缺乏完整性，未準(zhǔn)確交代橋梁工藝要點(diǎn)，后期施工難度加大，易出現(xiàn)質(zhì)量問題。

4.2 施工難度大

山區(qū)環(huán)境下的高速公路橋梁施工存在難度大、復(fù)雜度高的特點(diǎn)。現(xiàn)場(chǎng)面對(duì)的地理環(huán)境及施工條件在設(shè)計(jì)過(guò)程中并不能充分考慮到，這就對(duì)工程管理人員提出了更高的技術(shù)要求，在現(xiàn)場(chǎng)能夠針對(duì)設(shè)計(jì)的不足提出更合理的優(yōu)化方案。此外，施工中未落實(shí)管理制度，缺乏對(duì)工程項(xiàng)目的全方位管理。從出現(xiàn)安全事故的橋梁項(xiàng)目來(lái)看，各類事故的發(fā)生與管理制度不健全密切的關(guān)聯(lián)。

4.3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問題

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是決定全橋質(zhì)量的關(guān)鍵，墩臺(tái)基礎(chǔ)是重要組成部分，現(xiàn)階段以鉆孔灌注樁基礎(chǔ)最為典型。部分施工區(qū)域地質(zhì)條件優(yōu)良，基巖處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，此時(shí)明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)也具有可行性。針對(duì)構(gòu)造偏小的涵洞，此環(huán)境下則以淺基礎(chǔ)居多。部分地區(qū)的土質(zhì)偏向松軟，盡管存在穩(wěn)定的地基持力層，但其所處位置在地層深部，此時(shí)以樁基礎(chǔ)的形式為宜。不僅于此，橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)還要兼顧地形、生態(tài)環(huán)境等多方面要求。

4.4 鋼筋混凝土耐久性問題

橋梁建設(shè)作業(yè)的關(guān)鍵在于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土的應(yīng)用可起到增強(qiáng)鋼筋強(qiáng)度的效果，并通過(guò)裹覆的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼筋的保護(hù)。所以，合理選擇鋼筋混凝土材料尤為關(guān)鍵。因電化學(xué)反應(yīng)的存在，致使鋼筋發(fā)生銹蝕現(xiàn)象，加之受力狀況等方面的影響，甚至?xí){到鋼筋混凝土的整體穩(wěn)定性。混凝土裸露于自然環(huán)境中，受生物成分的影響，加之不同程度的物化作用，伴隨時(shí)間的推移易導(dǎo)致混凝土內(nèi)部發(fā)生變化，作用于鋼筋結(jié)構(gòu)中，使其發(fā)生腐蝕。針對(duì)此類問題，可選擇抗腐蝕性的環(huán)氧涂層鋼筋，或是形成混凝土結(jié)構(gòu)后于外部增設(shè)涂層，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的有效保護(hù)。

5 山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

5.1 設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化

山區(qū)在地形與自然環(huán)境等方面都具有特殊性，前期的現(xiàn)場(chǎng)考察是掌握施工情況的重要途徑，以所得的結(jié)果為參考，再形成科學(xué)的設(shè)計(jì)方案，此項(xiàng)工作是提升橋梁穩(wěn)定性的關(guān)鍵。橋梁結(jié)構(gòu)主要有2種形式，即：大跨度橋梁和標(biāo)準(zhǔn)跨度橋梁。二者對(duì)于設(shè)計(jì)控制的要求存在差異，因此，設(shè)計(jì)中所面臨的問題也不盡相同。通常，山區(qū)橋梁工程中使用更為頻繁的是標(biāo)準(zhǔn)跨度形式，其特點(diǎn)在于可提升設(shè)計(jì)的可行性，施工中可操作性好且更為安全，同時(shí)，投入成本也相對(duì)較少。

5.2 施工材料合理選擇

原材料是施工作業(yè)中的重要因素，橋梁設(shè)計(jì)安全性在很大程度上取決于材料性能。橋梁施工材料類型豐富，以混凝土和鋼筋最為典型，兩類材料的質(zhì)量必須得到保障，在此基礎(chǔ)上還需采取科學(xué)的使用方法，以便提升橋梁的整體性能，為全橋的穩(wěn)定運(yùn)行提供支持。所用的鋼筋與混凝土要具有相適性，嚴(yán)格遵循最新的橋梁規(guī)范，合理地做好橋梁設(shè)計(jì)與施工工作。對(duì)此，結(jié)合現(xiàn)階段橋梁的最新規(guī)范，對(duì)材料使用情況進(jìn)行總結(jié)，具體內(nèi)容見表2。

表2 某山區(qū)高速公路橋梁工程材料使用情況表

5.3 不同橋梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)

山區(qū)地形差異化明顯，橋梁設(shè)計(jì)要立足實(shí)際情況，形成有針對(duì)性的設(shè)計(jì)方案。若為曲線、大縱坡長(zhǎng)橋，此時(shí)的設(shè)計(jì)工作應(yīng)重點(diǎn)考慮穩(wěn)定性要求以及變位問題；而針對(duì)大縱坡與長(zhǎng)橋相結(jié)合的施工環(huán)境，更要高度重視變位問題，除了縱向與豎向2種形式的變位外，還要避免偏位現(xiàn)象。上述問題都是橋梁設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，必須在前期設(shè)計(jì)工作中給予高度重視，否則，將會(huì)出現(xiàn)施工質(zhì)量問題，不利于橋梁的正常使用。

5.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

任何建（構(gòu)）筑物施工中，結(jié)構(gòu)都是最為關(guān)鍵的支撐部分。山區(qū)高速公路橋梁在后續(xù)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，各受力結(jié)構(gòu)部位都更容易受到自然環(huán)境的影響。包括風(fēng)荷載、地下水破壞及裸露部位受氣候的腐蝕等，這一類問題直接破壞了橋梁的穩(wěn)定性。伴隨橋梁使用時(shí)間的延長(zhǎng)，上述因素帶來(lái)的影響更為明顯，材料更容易出現(xiàn)性能下降的情況。在此環(huán)境下，橋梁結(jié)構(gòu)易發(fā)生變化，加之車輛通行產(chǎn)生的動(dòng)荷載，最終將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)問題，嚴(yán)重影響橋梁的耐久性。

5.5 運(yùn)營(yíng)安全性

無(wú)論何種形式的橋梁，都要具備長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)的能力。山區(qū)高速公路橋梁則表現(xiàn)出更明顯的特殊性，所處運(yùn)營(yíng)環(huán)境更為復(fù)雜，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)更要注重后續(xù)使用階段的穩(wěn)定性問題，要給車輛提供足夠安全的通行環(huán)境。在設(shè)計(jì)工作中，除了要注重上述提到的結(jié)構(gòu)、材料等方面的內(nèi)容外，還要輔以合適的防撞措施，以免因防護(hù)欄異常而引發(fā)交通事故。

6 結(jié)語(yǔ)

山區(qū)高速公路是現(xiàn)代交通建設(shè)領(lǐng)域得以持續(xù)發(fā)展的必要途徑，也是經(jīng)濟(jì)良好發(fā)展大環(huán)境下的基本要求。高速公路的建設(shè)，可帶動(dòng)山區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。由于山區(qū)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，橋梁成為高速公路的重要組成部分，但諸如地形、氣候等均會(huì)對(duì)橋梁施工與使用帶來(lái)不同程度的影響。鑒于此，需在前期做好設(shè)計(jì)工作，嚴(yán)格遵循最新的橋梁工程規(guī)范，形成科學(xué)的設(shè)計(jì)方案，以確保橋梁穩(wěn)定與安全為基本目標(biāo)，盡可能提高其經(jīng)濟(jì)效益。本文分析了山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)工作中的相關(guān)問題，以期給類似工程提供參考。