山區高速公路橋梁設計關鍵問題研究

劉萬昌

（江蘇中設集團股份有限公司甘肅分公司，甘肅蘭州 730000）

0 前言

在山區修建高速公路橋梁本身與常規的施工環境不同，山區自身地形與地質情況十分復雜，存在橫坡變陡和地面高差大等特征，施工過程中山體滑坡和山體崩塌等災害發生概率較大。在進行線路布設期間，因為地形的特殊性，路線平面、縱面和橫斷面都會存在一定的限制，由此也普遍的表現出縱坡大、平面曲線多等特征。為了保障所設計的高速公路能夠提升與現場地形的相互適應性，在高速公路橋梁建設期間也需要建設更多的彎坡橋梁和更大規模的高墩橋梁，并且也需要設置更多的墩臺結構，還需注重各個部分細節的構造優化，提升其與地形和地質之間的協調性，盡量避免出現滑坡等嚴重事故。

且由于我國本身的地域十分遼闊，地形也多以山地和丘陵為主，在建設高速公路期間本身具有十分復雜的問題，而橋梁作為其中的關鍵工程內容，設計難度也會明顯提升。所以根據山區的實際地形特征與特點，對橋梁的設計工作深入研究有著十分必要的意義。

1 山區高速公路橋梁設計的原則

結合目前我國大量的山區高速橋梁建設的案例分析，此領域中包含各種類型的橋梁形式。因此要想保障整個橋梁結構的安全性，需要將合適的結構形式選擇作為關鍵點，根據其內部的構造特征選擇適合的優化措施。結合工程相關規范分析，山區高速公路橋梁建設可分為兩大部分：

（1）上部結構部分。需要對現場的地貌特征進行詳細分析，以分析結果來確定最佳的結構型式，這種結構型式對于整個橋梁的使用情況會帶來最為直接的影響。所以需要必要的合理設計[1]。

（2）下部結構部分。設計工作需要將橋墩臺的設計作為重點。

根據對山區高速公路的路線走向和不同的山區橋梁特點分析，在設計期間需要遵循的原則內容如下。

結構安全：山區高速公路橋梁施工現場的地形和地貌十分復雜，多變性特征明顯，橋梁在風、雨、雪等嚴苛的天氣條件下需要具備一定的穩定性；且還需注重剛性梁與柔性梁的科學分配。

可操作性良好：施工條件本身不夠良好，難以有效運輸相關設備和原材料。因此可選擇中小跨徑的構件，并且各類型的結構加以協調，提升施工效率。

成本低：由于山區高速公路橋梁本身的地質情況十分復雜，要求運輸和設計規模較大，因此需要結合現場勘察和自身施工能力，選擇經濟效益最大化的方案進行施工作業。

觀賞價值高、和自然環境協調：所建設的橋梁不僅需要具備正常的使用功能，還需要滿足其美觀性和與自然協調性的要求，不能大面積的破壞植被和自然環境。

2 工程背景及分析

某山區高速公路橋梁建設，本次工程設計總長度為437.395m，采取裝配式預應力混凝土連續箱梁，長度為30m，規格為14孔，下部結構采用雙柱式橋墩進行設計，每個橋墩的下部均設置支座，利用橡膠材料設計，整個殼體的端部橋臺均設置支座。

本次橋梁設計荷載為：公路-Ⅰ級；

橋面設計寬度：0.5m+凈14.75m+0.7m。

（1）計算下部墩柱的水平力。根據本橋體墩柱的形式和自身設置支座的方法，利用1.6m 和1.8m 的墩柱直徑進行設計，高度最高設計為28m。在對本橋橋墩設計過程中，出于對墩臺柔性考慮，結合水平作用力下橋墩能夠產生位移，而根據上部結構的傳遞會促使整個橋梁中的橋墩共同承擔水平作用力，保持橋梁的穩定性[2]。由此，將本次設計的力學模型取橋梁第二聯位置，然后其分配水平力的方法采取集成剛度法。

（2）在對下部墩柱進行分析期間，溫度變化和汽車制動會共同對墩柱產生水平方向的作用力，而所采取的集成剛度法就是根據相關計算來得出各個墩臺的剛度以及聯橋總抗推的剛度數值，根據二者對比比例來分配聯橋溫度力與制動力，隨后再將每個墩臺中所受到的水平力加以計算，再計算出每個墩臺所能夠承受的最大彎矩，最后將墩臺豎向受力進行計算，再結合計算配筋的數值和驗算裂縫的數值，完成下部墩臺結構的整體設計。

3 橋梁樁基礎設計

根據該橋梁建設的實際內容要求，需要對其樁基礎進行計算，進而為其設計出更加穩定、使用壽命更長的橋梁建筑。

3.1 橋位所處區域地質情況

經過前期地質鉆探的分析，該橋址的上部分位于該市的斷裂束內部，該斷裂束內部已經發育成為北西向的構造形式。同時本次工程高速公路沿線組成地層的結構為全、強、弱與微風化粉砂巖加上亞粘土層所組成，丘陵地區的剝蝕性特征十分明顯。

3.2 計算結果

1 號橋墩樁設計過程分析。在對樁長計算過程中，需要先對本橋址處的地質情況進行詳細觀察，并且還需根據該地區的地質構造情況來設計樁基長度和樁基性質，根據其位置判斷，選擇最近的鉆孔來計算具體樁基的長度值。

結合本次工程所處于的區域地質情況分析和地層情況勘測以及橋位區域的地質勘測，可以明確該橋位內存在復式褶皺的形式，且位置于北東50°，且斷層存在于3 與4 號橋墩位置。該分區屬于下石炭統碎屑巖情況，基層巖石為下石炭統泥質粉砂巖和石英砂巖所組成。且由于本身該巖層的巖石單軸抗壓強度Ra 值相對較大，因此需要根據嵌巖樁計算公式來計算出在微風化巖面上，底部支撐所能夠達到的出承載力數值。最后為了能夠保障嵌巖樁嵌入深度符合要求，需要考慮將嵌巖樁嵌入的深度定在5m到4m的范圍內。

對樁長度進行計算。在上部結構計算基礎上和對1號橋墩樁位置分析，該位置單樁樁頂力可以被設在5163.0KN，且結合所計算的摩擦樁取值24m，由此也可得出此位置單樁自身的承載力為：

所以設計樁長取24m滿足設計要求。

3 號和4 號橋墩樁位處于地質斷層上，由上部結構計算可以得出，3號橋墩位置需要的單樁樁頂力為5163.0KN，以樁基嵌入到微風化層2.5m進行計算，估計設計樁長為17m，單樁承載力計算得出為49989.0KN，大于5163.0KN，滿足設計樁長需求。

4 結語

綜上所述，山區高速公路橋梁建設本身由于山區環境復雜，施工難度較大，因此在實際設計中，需要嚴格遵循最新的橋梁工程規范，形成科學的設計方案，以確保橋梁穩定與安全為基本目標，盡可能提高其經濟效益。