淺談山區高速公路橋梁的設計

摘要：結合以往的設計和勘探經驗，從山區的公路特點著手，重點談一下橋梁設計中橋梁長度的設計、橋梁結構設計、結構設計上的特殊考慮。對于設計者來說要充分重視山區的地形復雜多變性，否則任何工程結構物設計的合適與否直接影響著工程造價，

關鍵詞:橋梁長度；橋梁結構設計；結構設計上的特殊考慮

要想富先修路，改革開放以來，我國的高速公路得到了快速發展。隨著西部大開發，山區對高速公路的需求也越來越大。但是由于山區的地質和地形的情況千變萬化，比平原的復雜得多，給公路的勘測和施工都帶來了不少麻煩。山區的高速公路需要建立的橋梁也很多，所以如何很好的處理高速公路橋梁的設計與造價、路線和路基的關系就顯得尤為重要。

1 橋梁長度設計

橋梁長度的設計者，在確定路線的縱、橫、平之后，在設計路線縱斷面過程中還要考慮計流量及設計水位，了解河床斷面規則，使得跨河或者深溝的橋梁能夠滿足過水斷面以及不壓縮現有河道。還要確保是水下的船或者車能夠正常通行。

我國目前西部大開發進行地如火如荼，我們要依據山區的不同水文條件和地質的變化規律來區別對待。就拿某山區黃土高速公路為例，就拿黃土溝壑地形某高速公路的其中一段來說，高速公路的路線沿河流分布，在設計和施工中都考慮了河流特性，而且也滿足未壓縮現有河道的條件， N號和0號兩類型橋臺均設在兩岸階地上，能夠正常通常和泄洪。但是沒有考慮到河流非常曲折，有的河段甚至成s型，主要河槽不斷變化，而且河岸的黃土較松而且比較陡峭，所以在建造的兩年時間里，柳樹灣附近的三個河岸岸壁由于水流的側沖或者凍融變化出現了一定的坍塌現象，在設計過程中這些橋臺距離河岸應該至少是15m，但是由于塌方最少的僅剩3 m，所以在設計橋長的時候必須要充分考慮到水流的沖刷以及自然條件的變化。

對于橋梁設置在黃土沖溝而上，設計者設計橋梁長度要考慮即使沖溝發育較成熟，坡面穩定，但是大多數的沖溝還是會沖刷下切，使得溝壁坍塌，溝口的寬度不斷增加。另外，設計者在設計路線縱斷面時為了降低跨越沖溝的某一橋梁路線標高以縮短橋長，該橋梁位于凹型豎曲線上，可以將一部分路塹邊溝的水引離橋頭路基，不會對路橋的穩定造成影響。

對于陡邊坡上的橋墩設計，由于有陡邊坡臨空面，這樣就大大削弱了巖土體對樁基的抗力。它的確定對于陡邊坡上樁的設計長度影響極大。但由于巖土體的特性各異，還沒人去研究。對于這一問題，假如從實際工程出發，可以將其簡化為關于巖土體對樁基產生足夠抗力，即假想樁基起算位置的確定。

2 橋梁結構設計

在設計橋梁的上部時，由于位于曲線上的橋梁，都會存在彎扭耦合作用，并且會因為這個耦合作用產生沿著某一不動點變形的運動；假如一架橋梁所有一個很大的坡度，單向汽車制動力就對橋梁有一個沿汽車前進方向滑移作用下，假如橋梁上下部之間設支座，那么橋梁所受的耦合和汽車前進的趨勢使得橋梁上下部形成相對錯動，這樣就會使得梁體相對下部發生移動及支座受力不平衡；在設計高墩橋的時候，高墩的變形以及它的穩定性是結構設計的重點。而且，橋墩假如是曲線或者大縱坡就會承受更大的附加彎矩和水平力。這是因為曲線上的橋梁，會受到預應力、自重、偏心布置的汽車荷載和汽車的其離心力的作用下，這就會產生很大的扭矩，所以橋梁的上部結構形式要選擇抗扭能力強的整體式閉合箱梁；同時橋梁的上部結構盡量選為整體式上部結構，這是因為整體式上部結構的抗扭能力比多梁式上部結構的抗扭能力強得多，整體式上部結構會對橋梁下部結構引起比較小的曲梁附加力，這樣整體式上部結構對高墩橋更有利。所以，對于跨徑較大的曲線橋，應該挑選懸臂澆筑的混凝土剛構箱形梁，這樣的梁具有抗彎、抗扭剛度大、結構整體性好、受力明確等優點。

在設計橋梁的下部時，在高度較矮(一般h≤40 m)的橋墩情況下，要采用柱式墩。柱式墩可分為圓柱墩和方柱墩。圓柱能夠與樁基很好地銜接，外觀質量容易操作且方便，所以經常被使用。方柱由于存在缺點，所以很少被使用，方柱墩通過樁帽來連接墩柱和樁基，這樣大大增加了工程數量，在山區建立橋梁，山區橋梁的地面橫坡都很陡峭，這樣增加柱帽構造，引起邊坡不穩。而且更多時間要花在挖方上，所以在設計的時候綜合考慮一般不選用方柱。另外柱式墩由于墩個數不同分為多柱、雙柱、獨柱。多柱多被在斜度較大，柱間距較大時采用。雙墩多用于路基寬度24．5 m~26 m之間。兩個墩柱由于地面橫坡較陡，高度會有很大差別，線剛度也會互不相同，這樣就會導致同一個墩的兩個墩柱受力不同。獨柱在山區河流狹窄或者橋梁與河流斜角角度較大時采用；有時候為了避讓特殊地物如舊路也可采用獨柱。

對于設計橋臺，山區橋梁u臺一個顯著特征就是縱向和橫向坡陡，為了適應地形，減小開挖，u臺在設計的時候就必須根據地形合理分臺階。而且u臺設計應對基底承載力提出明確要求，假如橋臺基底承載力不滿足設計要求，可使用加高側墻、基底換填、加深基礎方法。

3 結構設計上的特殊考慮

對于橋面平順措施，在大縱坡的交點上，豎向線形的不平順，會造成汽車沖擊力動態增量加大。在曲線的大縱坡橋上，跨中的動載沖擊能量會出現急劇增加，這樣就會影響曲線橋扭矩。所以，縱坡變化點最好不要設在跨中，縱坡變化點應該設在支點附近。采用柔性橋面鋪裝，采用加強型的橋面鋪裝材料，這樣就可以減少橋面沖擊動量，防止橋面出現不平順。

對于曲線、大縱坡長橋的高墩橋采用柔性墩結構來控制高墩發生變位，在設計中要考慮橋梁的變位與穩定性問題。假如大縱坡、曲線、高墩、長橋在一架橋上同時存在，那么這些變位的縱橋向變位、豎向壓縮變位和直橋的一樣，但曲線橋扭轉產生墩頂橫向變位、大縱坡下的施工偏位和向下移動變位同直橋就有很大差別。這些變位在高墩長橋的情況下，尤其需要加以控制。

對于沖擊力、制動力及抗震方面德設計，長、大縱坡會使汽車行駛造成不好的影響，由于曲線橋離心力的作用，多梁式上部結構上的外梁沖擊系數會大于內梁沖擊系數，對下部構造造成較大的不平衡反力，使得橋梁動態能量急劇增加。長、大縱坡橋梁設計要特意增加計算制動力與沖擊力，且沖擊力的計算還要去采取結構基頻的分析方法確定結構的基本頻率來。

對于支座設計，一般高墩橋梁都看成剛構體系，但是交接墩或矮墩上必須設置支座。對于曲線橋，除了要考慮支座反力差以外，還要顧及到曲線橋變形引起的變位方向的差異，這樣設計的支座菜可以滿足不同方向變位的需求。

4 總結

在山區高速公路的橋梁在路線平、縱、橫設計確定后，不僅要滿足過水斷面要求來確定橋長，還要依據不壓縮河道，橋長設計也不能僅考慮過水斷面和地形，不能僅僅是為了降低造價而去壓縮橋長多設路基的思想，應總觀整條河流水力特性。應盡力優化路線平面使得橋位從最佳位置跨越河，盡量不要在較深的黃土沖溝橋上設置凹形豎曲線，容易被損壞。

參考文獻

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