山區(qū)高速公路橋梁建設(shè)的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)

劉曉東

［摘 要］隨著社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，高速公路橋梁建設(shè)逐漸向山區(qū)方向發(fā)展，但由于山區(qū)地形地貌過于復(fù)雜，山區(qū)高速公路建設(shè)中經(jīng)常遇到小橋梁施工情況，涉及上部墩柱、上部橋梁等方面的選型問題，這些都是保證山區(qū)高速公路橋梁工程質(zhì)量的基礎(chǔ)要素。加之工作人員對水土保持、地質(zhì)災(zāi)害、環(huán)境保護(hù)等方面的認(rèn)知程度不足，導(dǎo)致其在山區(qū)公路橋梁選址和總體布局方面存在很多問題。基于此，本文通過分析我國高速公路橋梁設(shè)計(jì)思路，結(jié)合葉盛黃河大橋設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提出集安全設(shè)計(jì)、環(huán)保設(shè)計(jì)、適應(yīng)地形為一體的設(shè)計(jì)思路，來提升山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)效率，并根據(jù)該種設(shè)計(jì)思路對比不同路線設(shè)計(jì)方案，解決山區(qū)高速公路橋梁建設(shè)方面存在的問題。

［關(guān)鍵詞］山區(qū)高速公路；橋梁設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)原則；特征

［中圖分類號］U44 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

近年來，我國公路建設(shè)取得質(zhì)的突破，政府部門愈發(fā)提高對高速公路的重視程度，不斷提升公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對公路安全、環(huán)保等方面提出更高的要求，這些問題的出現(xiàn)，給高速公路橋梁設(shè)計(jì)帶來了新的挑戰(zhàn)，目前急需工作人員從工程設(shè)計(jì)源頭來分析其中存在的問題。針對該種情況，工作人員要盡快轉(zhuǎn)變自身設(shè)計(jì)理念，從不同方面來分析設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)，推動公路建設(shè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，從而滿足現(xiàn)代高速公路對經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、安全等方面的要求。特別在信息化時(shí)代背景下，該階段作為高速公路橋梁發(fā)展的重要階段，讓高速公路橋梁逐漸向山區(qū)方向發(fā)展，道路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)逐漸提升，其地質(zhì)條件和地形條件愈發(fā)復(fù)雜，為解決上述這些問題，工作人員要結(jié)合實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)思路，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)模式，真正提升公路設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1 工程概況

葉盛黃河大橋坐落在寧夏地區(qū)，這是寧夏自主設(shè)計(jì)施工的第一座黃河公路大橋。1970年12月26日，全長502米的大橋竣工通車，結(jié)束了寧夏南北交通被黃河阻隔、有渡無橋的局面。此后的50年間，寧夏境內(nèi)黃河上相繼飛架起中寧黃河公路大橋、石嘴山黃河公路大橋等25座大橋，其中還有2座黃河公路大橋——中衛(wèi)南站黃河大橋和中衛(wèi)烏瑪高速鎮(zhèn)羅黃河特大橋在建。工程所在區(qū)域中有多條河流和農(nóng)田，線路穿越面積較廣，如果采用傳統(tǒng)施工方式進(jìn)行施工，不僅會影響到整體施工效果，還會耗費(fèi)大量施工成本。同時(shí)，在整體沿線中有大量輸油管道和采油設(shè)備，所需要的建筑材料極度匱乏，工程建筑材料需要從很遠(yuǎn)的地方進(jìn)行運(yùn)輸，會大幅度提升材料運(yùn)輸成本。上述地區(qū)由于受到地形等因素的影響，其服務(wù)設(shè)備布置和路線設(shè)計(jì)非常困難。本項(xiàng)目橋梁跨越各種小型河流，為保證工程施工質(zhì)量，工作人員要利用標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制構(gòu)件，建設(shè)橋梁空心板和T形橋梁兩個環(huán)節(jié)。在編制橋梁設(shè)置方案時(shí)，要避免影響到水面原生態(tài)環(huán)境，科學(xué)處理橋梁下部基礎(chǔ)環(huán)節(jié)［1］。

2 山區(qū)高速公路特征

近年來，我國高速公路進(jìn)入高速發(fā)展階段，逐漸向山區(qū)方面發(fā)展，道路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢，公路建設(shè)地址條件和地形條件愈發(fā)復(fù)雜，再加上工作人員對環(huán)境保護(hù)的認(rèn)知程度不足，公路建設(shè)指導(dǎo)思想仍然以經(jīng)濟(jì)思維為主體，導(dǎo)致其無法隨著建設(shè)條件的改變而改變。隨著公路建設(shè)工作的不斷深入，給自然景觀景觀帶來了各種不良影響，深挖路基、高填等措施引發(fā)了各種地質(zhì)問題，無形中增加了防護(hù)加固、地基處理的工程造價(jià)，也給原有植被帶來了嚴(yán)重影響，因此無法完全貫徹政府部門所提出的可持續(xù)發(fā)展策略。一直到20世紀(jì)20年代初期，政府部門主導(dǎo)的川主寺到九寨溝的高速公路項(xiàng)目，正式拉開高速公路走向可持續(xù)發(fā)展道路的序幕，全國各地相繼貫徹可持續(xù)發(fā)展理念，結(jié)合本地地質(zhì)情況，讓公路建設(shè)向著生態(tài)路、環(huán)保路方向發(fā)展。

由于山區(qū)地表生態(tài)環(huán)境過于脆弱，容易引發(fā)各種地質(zhì)災(zāi)害，高速公路在進(jìn)入山區(qū)初級階段，需要解決各種項(xiàng)目中的困難，如投資限制、地方發(fā)展需求矛盾等，如果工作人員對地質(zhì)災(zāi)害認(rèn)知存在問題，且未重視高填路堤和深挖路墊等方面的要求，就會導(dǎo)致公路上出現(xiàn)大量高填深挖路段。同時(shí)，受到傳統(tǒng)公路建設(shè)思維的影響，在公路建設(shè)路線經(jīng)過復(fù)雜地形時(shí)，通常需要進(jìn)行多方面因素的對比，如對高架橋梁和高路堤以及半邊橋和高邊橋進(jìn)行對比，從而收集大量地質(zhì)方面的數(shù)據(jù)，但仍然將經(jīng)濟(jì)作為建設(shè)高速公路的主要因素，并未將生態(tài)環(huán)境破壞問題和復(fù)原程度作為主要的對比條件，無法實(shí)現(xiàn)可持續(xù)建設(shè)方案。因此，需要工作人員不斷從工程實(shí)踐中總結(jié)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，從而優(yōu)化公路設(shè)計(jì)模式和理念，構(gòu)建極具地方特色的公路建設(shè)方案［2］。

3 山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)原則和思路

通過對項(xiàng)目各方面內(nèi)容進(jìn)行反復(fù)分析，再結(jié)合以往公路建設(shè)方面的經(jīng)驗(yàn)，成功改進(jìn)高速公路發(fā)展設(shè)計(jì)思路，根據(jù)高速公路項(xiàng)目基本特征，在本次高速公路橋梁設(shè)計(jì)過程中，要嚴(yán)格遵循地形適合、設(shè)計(jì)安全、設(shè)計(jì)環(huán)保的理念。考慮到山區(qū)高速公路建設(shè)環(huán)境非常復(fù)雜，在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)工作時(shí)要綜合考慮各方面要素：第一，要保證橋梁自身的安全性和耐久性，這也是建設(shè)橋梁的最終目的，要合理控制后期維護(hù)工作量，在設(shè)計(jì)初期階段考慮到橋梁自身的性能；第二，注重保護(hù)周圍生態(tài)環(huán)境，對于山區(qū)高速公路項(xiàng)目來說，其附近有各種優(yōu)質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)，因此在設(shè)計(jì)中要考慮到后期施工給生態(tài)環(huán)境帶來的影響，盡可能地做到和自然協(xié)同發(fā)展［3］；第三，追求經(jīng)濟(jì)效益最大化原則，以不影響工程質(zhì)量為基礎(chǔ)條件，確定合理的施工方法和材料。由于山區(qū)橋梁施工環(huán)境過于復(fù)雜，影響因素趨于多樣化，所以工作人員要提高對耐久性問題的重視程度，不然會加大后期的維護(hù)工作量和投入成本。從我國橋梁工程設(shè)計(jì)情況來看，一直存在計(jì)算理論滯后問題，注重分析橋梁強(qiáng)度和承載力，對耐久性方面的研究內(nèi)容較少，在設(shè)計(jì)中要特別注意。很多橋梁工程經(jīng)常出現(xiàn)鋼筋銹蝕、構(gòu)件連接位置疲勞等問題，很容易給整個結(jié)構(gòu)耐久性能帶來嚴(yán)重影響［4］。

4 山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)特征和方法

本文以山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)特征為基礎(chǔ)，結(jié)合公路橋梁實(shí)際情況，從墩柱設(shè)計(jì)、橋梁上部結(jié)構(gòu)選型、支座設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行分析，進(jìn)一步優(yōu)化高速公路橋梁設(shè)計(jì)內(nèi)容，全面提高其設(shè)計(jì)合理性。

4.1 橋梁上部結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)山區(qū)高速公路橋梁過程中，不僅要滿足建筑行業(yè)的設(shè)計(jì)要求，還要結(jié)合橋梁施工所在區(qū)域的各方面數(shù)據(jù)，選擇對應(yīng)的橋梁跨徑和類型，一旦橋梁跨徑設(shè)計(jì)超過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，勢必會提高日常建筑施工成本，嚴(yán)重影響橋梁的使用年限。同時(shí)，在進(jìn)行橋梁上部結(jié)構(gòu)選型時(shí)，要對橋梁跨徑有全面的認(rèn)識，根據(jù)相關(guān)地質(zhì)數(shù)據(jù)，選擇最合理的橋梁跨徑和類型。大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，在高速橋梁中空心板梁設(shè)計(jì)問題主要體現(xiàn)在僅能傳輸剪力，不能滿足橋梁彎矩傳遞的要求。因此，在山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)階段要提前進(jìn)行鉸縫鏈接和橋面鋪裝環(huán)節(jié)，確保橋梁在應(yīng)用中能傳遞剪力和承擔(dān)橫向彎矩傳遞［5］。其中，橫向彎矩傳遞會影響到橋梁整體的安全性和耐久性，會導(dǎo)致鉸縫在運(yùn)行中出現(xiàn)多樣化的病害，給橋梁工作性能帶來嚴(yán)重影響，甚至出現(xiàn)橋梁整體破壞問題。在選擇橋梁上部結(jié)構(gòu)類型時(shí)，工作人員通常采用箱梁和T梁，施工工藝最常用預(yù)制施工工藝，能全面提高日常施工效率，提高工程施工質(zhì)量。在設(shè)計(jì)山區(qū)高速公路曲線梁結(jié)構(gòu)方面，要利用箱型梁橋，防止出現(xiàn)橫向傾覆問題，如表1所示。

4.2 支座設(shè)計(jì)要點(diǎn)

支座設(shè)計(jì)作為山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，對橋梁后期使用效果有重要影響，其負(fù)責(zé)承擔(dān)橋梁整體豎向承載力和水平變位能力。因此，為控制橋梁工程出現(xiàn)病害問題，要盡可能減少后期維護(hù)保養(yǎng)成本，對于多跨連續(xù)橋梁，要根據(jù)橋梁實(shí)際需求在中間橋梁位置設(shè)置固定支座。為充分發(fā)揮固定支座自身作用，要在其他橋墩位置和橋臺位置設(shè)置縱向滑動支座，確保橋梁變形能均勻分布在橋梁各方面。同時(shí)，在獨(dú)立柱墩橋梁支座設(shè)計(jì)方面，要注重橋梁傾覆問題和橫向偏移問題，合理優(yōu)化支座橫向位置，增強(qiáng)設(shè)計(jì)可行性。

4.3 下部墩柱設(shè)計(jì)

下部墩柱作為山區(qū)高速公路橋梁中的重要環(huán)節(jié)，和橋梁使用效果有直接關(guān)系。因此，在設(shè)計(jì)下部墩柱過程中，要注重分析連續(xù)鋼構(gòu)橋和連續(xù)橋梁間的差異性；在墩柱形式方面，要結(jié)合施工所在區(qū)域的自然生態(tài)條件，在該設(shè)計(jì)中要嚴(yán)格遵循不破壞是最好的保護(hù)原則，避免出現(xiàn)高填深挖、降低變坡高度等問題。在正常情況下，山區(qū)公路針對生態(tài)環(huán)境影響通常表現(xiàn)在大幅度填挖方面，這種大規(guī)模填挖很容易給土地帶來嚴(yán)重影響，導(dǎo)致其出現(xiàn)變形、移動等問題，從而造成植被的嚴(yán)重破壞。因此，針對該種地勢起伏較高的填挖階段，工作人員要從經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行對比，根據(jù)環(huán)保優(yōu)先原則來使用結(jié)構(gòu)物，盡可能地采用隧道、橋梁等結(jié)構(gòu)物。可通過將公路各方面元素，如路基寬度、構(gòu)建物、平縱面線形和人文景觀相互結(jié)合，從而形成一個完整的個體，科學(xué)選擇墩柱類型，從而滿足橋梁日常的應(yīng)用要求［6］。

4.4 下部結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)

由于本工程經(jīng)常受到山區(qū)地形特征影響，如果利用多橋墩設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工，則會侵占大量農(nóng)田，給周圍生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重影響［7］。但如果使用較高橋墩，則會提高工程施工成本和難度。因此，在分析山區(qū)橋梁施工特征后，確定下部結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)要遵循滿足平面整齊的作用，在選線過程中不能使用直線定位法，要利用曲線定位法，這種布線方式具有線位控制準(zhǔn)確、手法靈活等特征，有利于讓選線和地形相互結(jié)合，構(gòu)成多樣化平面線形。同時(shí)，通過總結(jié)大量成功的山區(qū)高速公路經(jīng)驗(yàn)，采用地形選線方式能更好地滿足山區(qū)地勢、地形等方面的要求，根據(jù)地形變化選擇對應(yīng)的線形，從而有效控制拆遷量和高填深挖路段，避免因施工給生態(tài)環(huán)境帶來的嚴(yán)重影響，如表2所示。

1.4.5 耐久性設(shè)計(jì)

科學(xué)的結(jié)構(gòu)是保證橋梁耐久性的重要因素，工作人員要結(jié)合工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，嚴(yán)格遵循行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)，所以橋梁結(jié)構(gòu)均設(shè)計(jì)為梁式結(jié)構(gòu)，針對不同梁式結(jié)構(gòu)采用對應(yīng)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，為保證橋梁整體的抗扭性能，最常用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，購買高質(zhì)量的施工材料，滿足其對工程強(qiáng)度、密實(shí)度、抗?jié)B性等方面的要求。在道路設(shè)計(jì)中要樹立安全意識，通過完善道路設(shè)計(jì)來合理保障交通安全性，避免出現(xiàn)大量交通事故，從而降低政府部門的經(jīng)濟(jì)損失。目前，工程安全主要分為運(yùn)營安全和工程實(shí)體安全，從公路設(shè)計(jì)方面來看，要注重解決公路自身所產(chǎn)生的使用安全問題，合理利用主動預(yù)防和容錯方式，在特殊時(shí)期可采取被動防護(hù)措施。同時(shí)，在主動預(yù)防過程中，可以通過優(yōu)化線形設(shè)計(jì)來提升行車安全性，這能直接控制事故隱患。另外，在耐久性設(shè)計(jì)方面，要綜合考慮周圍環(huán)境對橋梁耐久性帶來的影響，科學(xué)設(shè)計(jì)橋跨環(huán)節(jié)和路線，妥善處理易出現(xiàn)腐蝕的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性［8］。

5 結(jié)語

綜上所述，由于山區(qū)地形過于復(fù)雜，橋梁工程對整個山區(qū)高速公路工程質(zhì)量有重要作用，工作人員需要提前確定公路等級和性能，利用新設(shè)計(jì)理念來進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)工作，注重山區(qū)公路基本特征，綜合考慮各種外在因素，貫徹行業(yè)規(guī)范要求，注重優(yōu)化橋梁各結(jié)構(gòu)的工作內(nèi)容，提高材料質(zhì)量控制力度，建設(shè)高質(zhì)量山區(qū)高速公路橋梁工程。

參考文獻(xiàn)

［1］高勇. 瀝青路面層間黏結(jié)性能技術(shù)探討——以福建山區(qū)高速公路長上坡段為例［J］. 智能城市，2021，7（23）：135-136.

［2］徐應(yīng)生. 山區(qū)河谷大跨徑橋梁岸坡穩(wěn)定性研究——以開州湖特大橋?yàn)槔跠］. 貴州：貴州大學(xué)，2021.

［3］吳少磊. 高墩爬模施工控制措施分析——以云南省永勐高速公路南榨河大橋項(xiàng)目為例［J］. 工程技術(shù)研究，2021，6（23）：143-145.

［4］胡亞坤. 復(fù)雜山區(qū)高速公路地質(zhì)選線研究——以樂山至漢源高速公路（漢源段）為例［D］. 四川：西南交通大學(xué)，2020.

［5］曾祥雄. 山區(qū)橋梁超高墩施工安全管理措施——以廣連高速公路為例［J］. 綠色科技，2020（8）：167-169.

［6］李鳴策. 基于道路因素的高速公路安全性評價(jià)研究——以四川天府新區(qū)至邛崍高速公路為例［D］. 重慶：重慶交通大學(xué)，2020.

［7］宋俊杰，汪煦飚，白皓，等. 山區(qū)高速公路橋梁橋墩漂石撞擊機(jī)理及防護(hù)措施探究［J］. 中國公路，2022（18）：112-113.

［8］張波，鄔俊峰. 機(jī)制砂在山區(qū)高速公路橋梁高性能混凝土中的應(yīng)用［J］. 山東交通科技，2022（5）：72-74.