山區高速公路橋梁設計探討

徐詠梅

（河南省交通規劃勘察設計院有限責任公司，河南 鄭州市 4500522）

隨著經濟發展速度的加快，公路交通起到了重要作用，山區高速公路地形起伏大，受復雜地形條件限制，需修建大量構造物，橋隧比例高達70%～80%，甚至更高。橋梁方案的合理選擇關系到一條山區高速公路設計成功與否。

1 山區橋梁設計原則

安全可靠：山區橋梁與平原區設計基本相同，但由于山區條件的特殊、變化大，相應要考慮強風荷載、雪荷載、凍脹力、水力對橋梁產生的不利的影響；對于受地形條件限制布設的高墩大跨結構，在保證上部結構滿足規范要求的基礎上，還應注意各墩剛度不宜相差過大，保證橋梁結構施工階段、成橋運營階段的穩定性。

使用舒適：山區橋梁在滿足承載力的同時，還應盡量減少伸縮縫，加長連續段長度，同時還要充分考慮構件具有充足的剛度，以滿足乘車舒適性的要求。

經濟性好、施工養護容易：山嶺地區地形起伏大，路線布設困難，橋梁結構物多，導致造價遠遠高于平原區高速公路，所以橋梁的設計要考慮其技術的可行性以及經濟性指標是否達到最佳范圍。山嶺地區地形起伏復雜，施工場地布設十分困難，在有預制條件時，中小跨徑橋梁盡量采用預制結構，大跨徑橋梁由于施工場地受限，盡量采用現澆結構，在材料的選擇上應縮短運距，就地取材。處在不良自然條件的橋梁必須具有良好的耐候性，而且便于養護管理。

造型優美與自然相協調：橋梁修建應避免對自然環境的破壞，盡量減少對自然界平衡的破壞，確保植被的恢復，在施工期間還應注意減少對河流的污染，使其降低到最小程度。

2 高架橋與高路堤的比較

山區由于地形起伏大，縱橫坡陡，橋梁多受地形控制而不受水文控制設置為高架橋，山區高速公路通過“V”形谷地或“U”形山間平原時形成高路堤。高架橋最大優勢在于能與山區特有的地形、地貌特征相融合，減少對自然環境的干擾與破壞，防洪抗災能力也優于高路堤方案，但山區橋梁施工場地比較狹窄，材料和構件的運輸較為困難；高路堤設計方案的最大優點在于能充分利用前后路段的挖余廢方，減少棄方困難，但路堤方案占用土地多，在環境保護、自然景觀等問題上也造成很大的破壞，此外高路堤的穩定性受基底地質條件、路堤填料性質影響較大，工程可靠度低。路基規范規定，“路基中心填方高度超過20m 時，宜結合路線方案與橋梁作方案比選。”，高架橋與高路堤方案的論證比選涉及面廣，比選因素多，要從路線總體布局的角度審視方案是否合理，環境保護、自然景觀、工程可靠度、工程造價等因素進行論證。

3 半邊橋與擋墻的比較

山區高速公路路線不可避免的沿半坡布設，當地形橫向陡峭時，處在半填半挖的路段非常多。對于中心填挖不高，但路基邊緣填方很大，填方坡腳無法收斂的情況下，主要通過設置擋墻收縮坡腳和半邊橋方案來處理。采用擋墻方案征地較多，運營階段影響路基穩定性的因素較多，半邊橋方案可以節約用地，降低工程風險，但造價較高。當最大填土高度15m 附近時，應結合地形、地物、地貌、工程地質等因素進行論證后確定。

4 橋梁結構體系

山嶺地區山高谷深，地形復雜，坡陡流急，路線布設要么順山沿水，要么橫越山嶺，山區橋梁不可避免的出現平面曲線半徑小，縱、橫坡大，橋長較長。為保證橋梁在運營使用階段的安全、舒適、耐久性，橋梁多設計為預應力連續結構，預應力砼曲線連續梁橋的特點是彎扭耦合作用，在彎扭耦合作用下，曲線梁橋會沿著某一不動點變形；而對于大長縱坡橋梁，在汽車制動力頻繁、反復作用下，上部結構具有沿著下坡方向滑移的趨勢，而且梁體的下滑很難恢復。當橋梁上下構間采用支座連接時，梁體的錯動將導致支座受力不平衡，甚至脫空、破壞，而采用墩梁固結的連續—剛構混合體系可避免這種情況引起的梁體開裂現象。當縱坡較大、墩高較高時，為防止梁體的縱向滑移，增強橋梁的整體剛度，聯內取較高的中墩作墩梁固結。對于連續剛構橋，一聯中主墩剛度相差較大，可通過邊跨合攏前后加卸載、中跨合攏前頂推主梁的方法來調整墩身的受力。

5 橋梁上部結構

山區高速公路,橋梁所占比重大，種類繁多，幾乎囊括了所有的橋型，從縮短設計周期、加快施工進度、節約工程造價來講，多數宜采用預制結構。高墩大跨橋梁因地形、地質、地貌等不同，因此采用的方案也不盡相同，本文不在闡述，重點介紹預制裝配式橋梁結構。

5.1 跨徑選擇

山區高速公路橋梁多采用標準跨徑20、30、40m，從橋梁上、下部協調一致美觀角度來講，20m 跨徑一般適用墩高25m 以下的橋梁，30m 跨徑一般適用墩高40m 以下的橋梁，40m 跨徑一般適用墩高40m 以上的橋梁，這樣可以減少跨徑的種類，以使設計、施工標準化。同一標段的結構物應盡量采用相同跨徑，保證施工方便，節約造價。

部頒標準預制結構斷面有T 梁、裝配箱梁以及空心板。相同跨徑，采用哪種橫斷面形式更合理，本文以路基寬24.5m 的橋梁進行比較。跨徑20m 時，裝配箱梁造價比空心板高10%左右，T 梁造價比空心板高20%左右。

本文還對跨徑20m、30m、40m 的裝配箱梁與T 梁進行對比，結果表明：同跨徑T 梁的經濟性均比箱梁略差，但兩者造價相差不大，跨徑20、30、40m 的T 梁比裝配箱梁造價高10%～14% 。

裝配箱梁的安裝重量較大，運輸、施工場地布設極其困難，后期維修養護困難，T 梁安裝重量較輕，施工簡單、便捷安全，對施工場地要求較低，曲線上橫橋向可通過調整邊梁外翼緣板長來適用曲線變化，先簡支后結構連續的設置及施工較裝配箱梁簡單，可以更好的適應山區高速公路彎道多、半徑小、橋墩高的特點。

對于凈空受限制的通道、天橋等中小跨徑橋梁可優先選用空心板，裝配箱梁吊裝重量大，經濟性介于空心板和 T梁之間。

總之，高速公路橋梁跨徑和斷面的選擇，應考慮路線平曲線對橋梁設計及施工的影響，同時考慮施工預制場地、模板、施工工藝和造價經濟。

6 橋梁下部結構設計

6.1 橋墩

山區橋梁因地形條件的限制往往采用高橋墩，橋墩形式的選擇多從橋梁的整體剛度和構件穩定性來考慮。橋墩的種類主要有柱式墩、薄壁墩及空心墩。

高度較矮的橋墩（h<40m）多采用施工方便、結構輕巧的圓柱橋墩，墩柱直徑可以隨墩高階梯變化，既適應高墩受力特點，又節約工程造價。

對于矮橋墩，設計由強度控制，但當墩高較高時，設計應考慮其穩定性以及墩頂因活載或溫度荷載產生過大水平位移對上部結構產生不利影響。根據橋梁設計規范，L0/h>30時，構件已由材料破壞變為失穩坡。當墩高大于40m 時，應考慮采用薄壁墩，對于空心薄壁墩應注意預留通氣孔，已調節內外溫差，改善受力性能。

6.2 橋臺

山區橋梁橋臺的設計往往受山區地形的限制，橋臺型式的選擇直接影響到兩側山體開挖和臺前填土是否可以實施。橋臺常用的型式有重力式U 型臺、肋式臺、樁柱式臺。

位于傾角較大的山體斜坡上的橋臺不宜采用臺前設有填土錐坡的橋臺類型，如肋板臺，避免臺前錐坡的不穩定性，只有在地形較為平緩的地段可以采用填土錐坡橋臺，如樁柱式橋臺；對邊坡穩定性有十分的把握可采用U 型臺，擴大基礎外，一般應采用樁式橋臺或組合式橋臺較安全。根據《墩臺與基礎》規定，U臺的高度宜控制在10m 以內，由于縱橫坡較陡，根據地形、地質、地貌做成臺階狀，節省臺身材料數量。當山體較為平緩，填土高度小于5m 時，可以采用樁主式橋臺。

6.3 基礎

山區高速公路橋梁由于地形條件復雜，兩側的地質巖性差異較大，往往將一側設置成擴大基礎而另一側則采用樁基礎，擴大基礎與樁基礎是山區橋梁最常用的基礎類型。由于山區一般地質情況較好，樁基礎多為嵌巖樁，地質情況較差地段采用摩擦樁。根據橋梁縱、橫斷面地形變化以及巖性差異情況，基礎可采用臺階式。

7 結束語

高速公路橋梁由于地形條件復雜，巖性差異大，設計人員需要先收集完整的資料，并根據具體地段的實際情況，進行充分的對比分析和論證，選取最佳的山區高速公路橋梁設計方案確保高速公路橋梁的安全、舒適、經濟性。

[1]公路橋涵設計通用規范（JTGD60-2004）

[2]公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范（JTGD62-2004）

[3]山區高速公路勘察設計指南（2003 版）.人民交通出版社