山區高速公路橋梁設計關鍵問題分析

楊芬 張華

摘 要：我國山區面積眾多，在山區進行公路的修建，其難度要遠大于平原地區，由于地形地質條件的影響，在整條高速公路中橋隧占據較大的比例。為此對山區高速公路橋梁修建過程中在設計階段所存在的關鍵問題展開研究具有重要的意義。

關鍵詞：山區;高速公路橋梁;設計;關鍵問題

1 山區高速公路橋梁設計綜述

1.1 山區高速公路的特點

我國山區、丘陵分布廣泛，其在全國總體面積中占據了70%以上的比例。不同于在平原地區進行高速公路橋梁的修建，在山區進行高速公路修建的過程中，需要重點考慮到地形、地質、水文以及生態等多個方面對路線選擇和設計過程的影響。其中地質勘察時進行山區高速橋梁設計之前的重要一步。從技術標準方面進行考慮，在修建山區高速公路時，除了需要考慮到公路路網規劃、擬修建的公路對于整個路網的地位以及作用之外，還應當有該區域的自然條件、正確的處理技術標準與自然條件之間的關系，與此同時還應當盡可能地保護區域的自然環境，在此基礎之上來擬定技術標準[1]。在路線方案方面對于平原區的高速公路路線方案設置自通常只是注重區域網的管理，重點關注的是路線的順接程度以及拆遷和占地等方面。不同于平原地區，在山區修建高速公路，更加注重的是地形、地質、水文、生態環境保護、取土和棄土的方案等。在技術指標方面，山區高速公路更加強調自然條件相結合。在地質勘察方面，山區高速公路的修建一方面需要重視特殊土質，另一方面還需要能夠加強對滑坡、泥石流、崩塌等多方面災害的勘察，而這些地質問題會對公路的選線產生決定性的影響。在工程造價方面，由于山區的地形更為復雜，修建的難度也會更大，需要的成本也就會更高。

1.2 山區橋梁的特性及設計的總原則

1.2.1 山區橋梁的特性

山區最大的特點就是地形地質以及水文條件復雜，地面的高差也較大、橫坡較陡，而且還存在著數量較多的滑坡、崩塌、泥石流等地質災害，而路線的布設則會嚴重受到這幾個方面的影響。對于山區的高速路線通常需要跨越較多的溝壑，因此也就會應用較多的半邊橋、高擋墻等，且橋梁的墩往往會更為高大，墩臺的形式也會更加的復雜。

1.2.2 山區橋梁設計總原則

對山區的橋梁進行設計時需要考慮到的因素往往要比平原地區修建橋梁要更多，除了要考慮到恒載、活載、地震荷載以及施工荷載外，還需要增加強風荷載、雪荷載以及凍脹力和水力綜合作用下對橋梁所產生的影響。大跨徑的橋梁在進行下部結構的設計過程匯總，剛度分配以及穩定性分析是其中最為關鍵的部分。在山區進行橋梁的修建，材料的運輸是需要重點考慮的因素，在山區大型機具以及預制件的運輸極為不便，所以在設計的過程中對結構物的安排需要合理的進行分配，盡可能的在運輸不方便的區域設計中小跨徑的結構物[2]。在山區進行橋梁選線時應當盡可能的避開需要大填大挖的地段，一方面能夠減少不良災害的發生，另外一方面還能夠減少對植被和河流的破壞。總而言之，山區橋梁的設計需要遵循結構安全、使用舒適、經濟可行、施工養護便捷的原則。

1.3 山區高速公路橋梁設計要點

山區高速公路橋梁的特點是公路彎坡橋、墩臺較高、跨度較大、墩臺形式眾多。橋梁的設計主要還是分為三個部分，分別為上部結構、下部結構以及基礎。上部橋型的選擇通常需要依據跨徑及造價來進行選擇，盡可能的選擇施工方便、成本合理、預制裝配化的結構。對于下部結構，主要就是橋梁墩臺的設計，墩臺的類型較多，不同類型的墩臺有著不同的特點和適用范圍?；A方面，山區高速公路橋梁通常是選用擴大基礎和樁基礎，在地質良好的地段通常會選用擴大基礎和嵌巖樁，而對于地質情況較為復雜的區域通常會選擇摩擦樁。防水設計是橋梁設計施工階段需要重點考慮的一部分，如果未能考慮到防水設計或者防水設計做的不到位，就會在降雨的情況下引起路面的積水，嚴重的損壞橋梁結構的強度、剛度、承載力以及耐久性等，影響到公路橋梁的正常運營。所以做好公路橋梁的防水設施非常重要。為了能夠達到良好的防水效果，一步安會選擇質量有保障的防水鋼筋混凝土材料以及其他的防水材料，以防混凝土發生滲漏等現象。

2 山區曲線預制梁橋預制梁、板布設問題

由于預制結構的設計簡單、施工便捷、造價相對更低，使得其在山區修建高速公路橋梁中應用廣泛。預制結構橋梁在進行方案擬定時一般會選用孔跨布設中小跨徑，上部結構采用標準化、裝配式的形式。在對孔跨徑進行設計時需要充分的考慮到跨徑和墩高之間的關系。空心板、預制小箱梁以及預制T梁式預制結構橋梁截面常用的形式。三種形式的截面特點不同，空心板目前的施工技術較為成熟、造價相對也更低，但是該種截面的跨徑更小，不能夠適用于峽谷較深的情況，否則容易出現高跨比不協調的現象，會增加高墩、支座的數量，其造價維護費用也會由此增大[3]。因此在地形平緩、填土較低的區域，且橋長較短的情況通常會應用空心板。相比于整體式箱梁，預制T梁的造價會略低，而且在中等跨徑的情況應用更為廣泛，但是預制T梁也有一些缺點，主要是抗扭和梁體平衡受力方面性能較差，所以對于曲線梁不適用預制T梁、而對于預制小箱梁其抗扭能力較強、整體性較好，能夠將其應用于中等跨徑的橋梁中。總而言之，橋梁預制方案的選擇需要結合結構的受力、施工條件、造價經濟等綜合進行考量。

待選定好預制結構方案再來確定預制板梁的布設情況。在平曲線中布設直線的板和梁，會使得在細節方面產生較多的矛盾。不合理的布設板梁不僅會降低施工的效率，還會增加施工的難度，滯后施工的進度，因此合理的解決上部構造梁、板布置與平面曲線之間的關系是較為重要的一步。當各個墩臺等角度進行布設時，橋墩的中心線與交點切線所成的角度相等，但是橋墩和墩臺的中心線并不是平行的當遇到曲線半徑過大的情況，梁長變化值可以通過控制現澆梁的長度以及橫梁的寬度來進行。如果曲線的半徑較小，內外的弧差較大，能夠造成內外梁的差別較大，可以通過變梁長法來控制由于曲線為引起的梁長變化。

3 橋梁結構化設計

從本質上來講，結構化是針對軟件開發的一種方法，其中主要包括了分析、設計、應用等多個環節。而結構化設計也是一種面向數據流的設計方法，是將所有的設計目標進行綜合的評估，最終確定出目標結構。結構化系統在分析和設計過程中均是按照由上至下的順序，以正確的原理和技術作為支撐，相關的設計方式采用了信息屏蔽、模塊化和局部化處理方式[3]。與傳統的設計相比，結構化設計對橋梁的分析更為全面，可以將橋梁的每個構件、每個部位都能夠納入設計的考量當中，通過構建和計算相關的模型，從多個角度來分析和研究不同類型的橋梁模型，來對橋梁的設計方案進行優化，結合工程的實際狀況選擇最佳的設計方案與圖紙。同時也能夠確保最終的設計方案為最優的狀態，也為公路橋梁的施工做出了指導。此外通過結構化設計也能夠保證橋梁建設的可靠度，結構化分解與整合是結構化設計的關鍵所在。通過對各類數據進行匹配，確保每個構件的合理設置以及橋梁整體的穩定，確保其荷載效力以及抗力能夠滿足設計的要求，對橋梁設計中可能遇到的不確定因素都進行了有效的預防，進行合理的優化處理，逐步提高橋梁的使用性能以及耐久性能。進一步的明確了結構有效性的標準，確保橋梁在建設過程中以及后期的運營過程中的安全性[4]。

在進行結構化設計時需要遵循科學性原則，公路橋梁設計時需要合理的選擇結構以及橋梁橫截面等配置，確保橋梁設計的科學性和有效性。在能夠保障橋梁結構穩定的條件之下，可以對結構的位置進行適當合理的調整，優化其內部結構。盡可能的在最大限度上使橋梁的結構出現較少的故障，保證橋梁結構更加的安全、科學、可靠、合理。簡約化及整體性原則，優化結構設計，在確保穩定性的基礎之上，對路徑進行優化，確保能夠通過簡單的結構來實現應力的傳，將結構中所承擔的重量進行有效的分散，提高結構的強度。通過簡約化的設計一方面能夠提高結構的強度，另一方面也能夠減少所需的施工材料，降低投資成本，提高施工的效率。在結構化設計時需要結合整體性的原則，充分的了解項目的具體情況、橋梁的特征以及相關的優勢，最大程度的發揮各個結構的特征以及優勢，保證橋梁整體性和安全性的要求，提高橋梁的承載力。綜合性及連續性原則，在對橋梁的結構進行優化時，需要綜合橋梁的實際情況，整合橋梁的材料與結構特點。不同的結構，所處的位置也不相同，材料也有一定的差別，在進行結構優化時，需要對每個位置的材料屬性都進行充分的考慮，合理的選擇建筑材料，充分發揮其最佳的性能。對于不同的結構部位受力特點也存在著差異，因此需要統計相關的數據，在施工時更加具有針對性，從而降低橋梁自身的承重力，保持結構受力平衡均勻。通過結構化設計的連續性原則能夠使橋梁的整體性特點實現最大化，能夠有效的降低建筑成本，節約建筑材料，所以在橋梁結構化設計時需要根據實際情況確保橋梁結構具有一定的連續性和一體化。

4 結語

綜上，文章針對山區高速公路橋梁的設計進行了分析。主要闡述了山區高速公路的特點、山區橋梁的特性、橋梁設計的總原則、山區高速公路橋梁設計要點。最后還針對橋梁的結構化設計展開了研究，分析了結構化設計在橋梁是設計中的重要性以及結構化設計的原則。

參考文獻：

[1]許璐.山區高速公路橋梁設計關鍵問題研究[D].長安大學，2009.

[2]李建軍.山區高速公路橋梁的優化設計[J].中華建設，

2021（4）：94-95.

[3]郝軒.山區高速公路橋梁設計要點分析[J].城市建筑，

2020，17（23）：150-151.

[4]金城.山區高速公路橋梁建設特點及優化設計[J].交通世界，2019（30）：124-125.