山區公路中小跨橋梁設計關鍵問題研究

曾霽

（中大工程設計有限公司，西安710119）

1 引言

近些年，我國公路橋梁建設發展迅速，東部平原地區的路橋建設體量大、難度小，路網成型迅速，因此我國東部地區的經濟發展也十分迅速。相反，在西北和西南等多山地的地區，山區由于其地形的復雜性、山體高程的不連續性，路橋建設難度大，山區橋梁分布呈現“中小跨、零散、不均”的特點，路網成型緩慢，由此導致的是該部分地區經濟發展速度明顯不及交通發達的東部地區。因此，這類山區公路中小跨橋梁的設計將是山區路橋建設中的一大重點與難點。本文將從山區公路橋梁特點出發，并針對中小跨橋梁設計問題進行分析，并提出一些解決建議與方案。

2 山區公路橋梁特點分析

由于山區地形的復雜性，山區公路橋梁與平原地區的公路橋梁以及城市道路、立交橋在線形、結構、施工等方面都有很大的不同。山區公路橋梁的特點主要包括以下5 點。

1）需要適應復雜的地形、地質和水文情況。在山路建設中，一方面由于山地存在多種不同的地質構造，巖溶、塌方、滑坡等地質災害頻發，設計者與施工者要面對陡峭的地形、較高的地表高差等問題；另一方面由于山區水系多且雜，暴雨、洪水、泥石流等地質災害頻發，因此還要面對山澗侵蝕、雨季防洪、地質災害等問題。

2）需要采用高墩結構形式。為了適應高差巨大的地形條件，中小跨度橋梁需要采用高墩結構類型。高墩結構的特點在于施工過程中突出的穩定性，但高墩結構的柔性較大，受施工期間的橫風影響大，且地震對高墩橋的影響也更為顯著，此時墩柱存在過大的側向位移變形，導致上部結構落梁和墩柱本身的強度受損【1】。

3）橋梁數量與長度占比大。由于山區高低起伏的地形和復雜多變的地貌，山區公路的建設一般由平面半徑小的平曲線和半橋以及高檔墻組成。若是在高程起伏大的區域，橋梁數量與長度都較多，最多甚至可以占據總路線80%的長度。

4）橋梁分布零散、間斷，路橋頻繁交錯相接。由于山體高程的不連續性，地形障礙的分布是間斷的，故需采用中小跨的橋梁結構形式，橋梁間斷分布，不利于橋梁的施工管養。這就要求山區橋梁在設計時，應該在保證安全性的同時更注重材料與結構的耐久性，保證橋梁使用壽命并減少病害發生概率，否則大量分散的中小跨橋梁若出現病害，將會給后期的管養帶來很大的困難。

5）施工工藝受限，難度提高。山區由于地形條件復雜，使得原材料的運輸、混凝土的現場澆筑變得困難，既不能在橋梁底部進行支架施工，也不能采用預制手段通過運輸方式進行施工。

3 山區中小跨橋梁設計問題分析

3.1 承載能力接近極限值

一方面，山區公路中小跨橋梁的高墩柱具有橫截面面積相對較小、重心高、墩身長且柔度大、對施工精度要求高等特點，在如此苛刻的條件下，設計人員往往會將設計標準不斷下調，導致承載能力處在相關設計規范極限值的邊緣。在這樣的情況下，如果在施工過程中存在一定程度的疏忽，如材料的缺漏、質量不達標等，將造成嚴重的后果【2】。

3.2 耐久性無法得到保障

由于近年來各國橋梁坍塌的事件層出不窮，其中大量中小跨徑橋梁的使用性能都在呈下降的趨勢，部分橋梁的耐久性受到了質疑和挑戰。

影響橋梁耐久性最關鍵的問題一方面在于對橋梁定期妥善的管理、養護、檢測沒有到位，由于中小跨橋梁數量多、分散的特點，十分不利于后期的運營，這就對設計提出了更高的要求。因此，設計人員更要著眼于從材料和結構的角度去提高橋梁的耐久性，而非寄希望于后期的管養運營。另一方面在于該領域的科技創新水平還沒有完善提高，科研人員與設計人員之間存在“學術界”與“工業界”一定的脫軌現象。如何將學術科研成果有效地轉化為可直接產生經濟效益的工業成果，從根本上使中小跨橋梁耐久性提升一個檔次，是現在業界人員需要共同思考和努力的方向。

3.3 設計理念與方法落后

中小跨橋梁的設計方案在最終敲定之前，需要關注橋梁的經濟性、耐久性、實用性等，充分考慮各部分連接點的合理性。然而我國處在基礎設施高速發展的階段，設計與施工都追求高效率而部分忽視了對質量的高追求，并且現如今相關的橋梁設計軟件很多且功能越來越強大，將造成設計人員的設計理念與方法落后【3】。

一方面，很多時候設計人員為盡快完成任務，過度依賴設計軟件與系統，而不根據工程與現場環境進行具體的細節推敲。設計人員在設計時僅僅只是關注橋梁設計要滿足計算的標準，而忽略了整個建造過程中橋梁的具體位置和在建造材料。另一方面，設計人員缺乏自主創新意識，為追求效率而簡單套用以往流傳下來的標準圖。如果橋梁設計人員在設計中一味地照搬、復制以往的經驗，而不帶有自己對于該位置橋梁的思考與理念，那么山區中小跨橋梁將會變得不適應特殊地形、構造千篇一律的問題。因此，設計人員仍然需要秉持創新的精神，將自己的思想融入設計方案與工程實際中去。

4 山區中小跨橋梁設計要點分析

4.1 設計應充分考慮施工可行性

有些設計在設計層面上看似毫無問題，但在山區這樣復雜惡劣的地理條件下，往往會出現施工可操作性低、施工質量難以保證的情況，如空心板鉸縫，存在的施工空間小、操作難度高的問題，如圖1 所示。設計人員應正視這一類問題，充分考慮現階段施工人員隊伍的素質、施工工藝水平和人員調度管理水平，做到能夠以一位施工人員的視角去做設計，這樣的設計才是有效的、符合實際需求的。

圖1 山區中小跨橋梁施工

4.2 采用高耐久性結構設計方案

設計人員在進行中小跨橋梁初步設計時，應全方位、多角度考察各種自然條件與車輛荷載對橋梁結構與材料造成的影響，綜合考慮各方面的限制與要求，宜在可行的幾個方案中采用耐久性更高的設計方案。同時，其在進行設計時，要選取使用抗腐蝕、耐久的材料，并且要不斷優化橋體設計構造，注重細節的完善，盡量降低后期維護的成本，保障橋梁能夠無障礙使用。

4.3 樹立自主創新設計的意識

在現如今基礎設施建設飛速發展的時代，人們似乎都習慣了千篇一律的房屋住宅、千篇一律的道路橋梁，而忽視了這些基礎設施作為建筑物、構造物，它們本身也具有人文屬性與藝術屬性。設計的過程實則為一個將理念具象化的創造過程，這個理念包含了傳統意義上的工程技術理念，即從力學角度上保證結構物的安全性；同時還包含著人文理念與藝術理念，這意味著設計人員至少應該在設計標準圖的基礎上，根據實際工程的地理環境以及橋梁預期的定位，來有針對性地進行設計與改良，將自己的設計思想與理念融入工程設計實體中。

5 結語

山區公路中小跨橋梁在設計時通常會涉及承載能力接近極限值、耐久性無法得到保障、設計理念與方法落后等問題，這是山區特殊的地理環境以及國內如今的基礎設施建設環境所導致的。因此，設計人員在設計時應充分考慮施工可行性，采用高耐久性結構設計方案，樹立自主創新設計的意識，不斷提高山區公路中小跨橋梁設計的質量。