山區高速公路橋梁設計特點與可行性設計準則

謝士清

（中交一公局海威工程有限公司海威工程建設有限公司，北京 101100）

1 工程概述

某地區為了滿足運輸需求、促進地區經濟發展，項目所在地以山區地貌為主，其中道路還經過盆地地形，所以該高速公路整體路線呈現兩端較低、中部較高。高速公路沿線還會經過農田、河流等地貌，如果采用傳統的現澆混凝土施工不僅存在極大的施工難度，且成本支出較高。本工程在設計階段結合工程的實際情況，為了滿足施工需求，采用預制施工方法進行施工，可以保證施工效率，實現施工成本的降低。山區高速公路橋梁的設計中上部橋梁與下橋墩柱型的選型是關鍵內容，其無論是對于橋梁設計的可行性，還是對于山區高速公路橋梁未來的運營與使用都具有重要的影響。

2 山區高速公路橋梁的特點

相對于地勢平坦地區的地形而言，山區高速公路橋梁設計階段必須要考慮項目建設所在地的地形地貌的復雜性以及在實際施工過程中所面臨的問題與困難。因此，為了保證橋梁的設計與施工能夠滿足使用需求，必須對山區高速公路橋梁的特點有清晰認識與了解。而山區高速公路橋梁的特點主要表現為平曲線、半徑小、縱坡大、橫向坡度陡等。

山區高速公路橋梁實際施工建設過程中還需要進行大量的挖方與填方施工，會對施工區域周圍的環境造成一定的影響，同時不合理的施工設計還會引發一系列的地質災害，對后續的施工造成極為不利的影響。因此，結合山區實際環境與地質情況，以山區高速公路橋梁設計特點為基礎，通過建造高墩、曲線、大坡度、長跨徑的橋梁，有效降低對于周圍環境的影響程度，同時還可以采用預制裝配式施工工藝減少施工對于環境與地質的影響，為施工的有序開展以及工程質量提供重要的基礎保障。

3 山區高速公路橋梁設計的可行性準則與理念

山區高速公路橋梁建設具有鮮明的特點，所以山區高速公路橋梁的設計應遵循其可行性準則。

（1）滿足公路橋梁安全使用與耐久新能。

在橋梁設計階段、施工階段以及運營階段，耐久性與安全性同等重要，為了減少高速公路橋梁在運營階段的管理與維護問題的發生，需要在設計階段重視公路橋梁耐久性與安全性設計。

（2）遵循生態環境保護原則。

山區高速公路橋梁施工過程中勢必會影響周圍環境的平衡與環境，所以為了降低施工影響，實現施工與環境協調可持續發展，在橋梁設計階段必須對橋梁建設地的環境與地質情況全面掌握，在設計階段遵循生態環境保護原則，實現生態環境保護的同時為施工質量提供基礎保障。

（3）遵循經濟效益最大化原則。

山區高速公路橋梁建設應用以保證施工質量為目標，結合施工區域的實際地質結構特征與建設要求，合理選擇建設使用材料、施工工藝，并且通過制定科學的施工計劃與方案保證施工有序進行，降低成本支出，實現經濟效益最大化。

耐久性與安全性始終是山區高速公路橋梁設計與建設關注的核心問題與重要的設計理念，通過合理的設計與科學的施工實現公路橋梁安全性與耐久性的全面提升，減少后期公路橋梁養護與管理成本的支出。

4 山區高速公路橋梁設計特點與方法

以山區高速公路橋梁設計的基本特點、原則等為基礎，針對山區高速公路橋梁的實際需求與情況，基于橋梁上部結構選型、支座設計、墩柱設計三個方面展開研究與分析，期望相關設計能夠得到有效的優化，實現可行性的全面提升。

4.1 橋梁上部結構選型設計

山區高速公路橋梁設計不僅應符合相關行業設計要求與標準，還應結合橋梁建設的實際需求、建設所在地的地質情況等，合理選擇橋型以及經濟實施的橋梁跨徑，如果橋梁跨徑設計超出合理范圍，不僅會造成成本的增加，還會為橋梁未來的穩定運行與維護留下安全隱患。針對橋梁上部結構選型既要對經濟跨徑有全面的認識，也要對建設所在地的實際地質情況有全面的數據支持，才能選擇最佳的橋型與跨徑。通過實踐驗證與探索，當前針對高速橋梁中空心板梁的設計理論中具有較大的偏差與不足，具體表現為空心板橋梁受到外力的作用時，只能傳遞剪力，無法滿足橋梁彎矩傳遞，所以在山區高速公路橋梁設計階段必須將橋面的鋪裝與鉸縫向鏈接，保證橋梁在實際使用過程中既可以傳遞剪力，也可以承擔橫向彎矩傳遞。

橫向彎矩的傳遞會對橋梁整體的耐久性與安全性造成一定的影響，具體主要表現為橫向彎矩的存在會導致鉸縫在運營過程中出現較多病害，其中較為嚴重的是過早出現開裂現象，嚴重影響橋梁的工作性能，甚至會出現板梁整體的破壞與倒塌現象。

橋梁上部結構選型設計可以選擇T梁或箱梁，施工工藝采用預制施工方法，可以有效提升施工效率，為工程質量提供有力的保障。山區高速公路設計中曲線梁的結構可以通過選擇箱型梁橋避免橫向傾覆問題的發生。

4.2 支座設計要點

支座設計是山區高速公路橋梁設計中的重要內容，并且在橋梁后續的使用過程中具有重要的影響，其主要承擔了橋梁整體的豎向承載力與水平變位能力。為了降低病害發生概率，降低后期維護保養成本的支出，針對多跨連續橋梁的設計時需要在中間橋墩按照橋梁的實際需求設置一定的固定支座。為了更好地發揮支座的作用，還要在橋臺以及其他橋墩位置設置縱向滑動支座，有效保證橋梁變形能夠均勻分布在橋梁的全跨內。

獨立柱墩橋梁支座的設計中需要關注橋梁傾覆問題，同時還要重點關注橋梁的橫向偏移，在設計過程中可以通過對支座橫向位置進行合理優化設計，提升設計的可行性。

4.3 下部墩柱設計

下部墩柱作為山區高速公路橋梁中的核心部分，對于橋梁的使用與質量有極大影響。下部墩柱設計過程中應注重分析連續梁橋與連續鋼構橋之間的差異與優勢，同時在墩柱的形式方面，還要結合建設所在區域的實際環境合理選擇墩柱的型式，更好地滿足橋梁的使用需求。

5 山區高速公路橋梁設計實例

5.1 上部結構選型設計

根據本工程的實際情況，本工程在上部結構選型設計中針對T梁與小箱梁進行了比選，主要的目的是有效降低山區橋墩數量，減少對周圍環境的影響。

上部結果經濟性比選分析如表1所示。

表1 上部結構經濟性比選分析

（1）T型橋梁的優勢主要表現為經過不斷實踐已經擁有成熟的施工工藝，且施工周期較短、技術較為簡單，后期維護與保養較為容易。

（2）箱型梁的優勢主要表現為整體性、耐久性等方面有較大優勢，但施工工藝較為復雜且后期維護與保養存在較大的難度。

5.2 下部結構選型設計

本工程項受山區地形特點影響，如果采用多橋墩設計，會占據大量農田，對周圍環境造成嚴重的影響，但采用較高的橋墩會增加施工難度與施工成本。通過對于山區特點的分析之后，下部結構選型設計應該遵循相關原則，如表2所示。

表2 下部結構選型設計原則

5.3 耐久性設計

科學合理的結構是保證橋梁耐久性與安全性的重要基礎，所以結合本工程的實際情況耐久性的設計應該遵循相關原則。橋梁的所有結構設計必須采用梁式結構，且針對不同的梁式結構采用不同的結構。

為了保證橋梁整體的抗扭性能與整體性能，推薦采用現澆結構，使用高品質的施工材料，以期滿足密實度、強度以及抗滲性等要求。

此外，耐久性設計時還要考慮周圍環境對于橋梁耐久性的影響，設計時要對施工建設區域的環境、地下水腐蝕性進行全面分析，合理設計路線和橋跨布置，有效避開可能對結構產生腐蝕的位置，保證橋梁結構的耐久性。

6 結語

綜上所述，山區高速公路橋梁設計、建設以及后期養護過程中會受到山區地形地質復雜性的影響。所以，在山區高速公路橋梁設計時注重對設計特點與可行性準則的研究，對于山區高速公路橋梁的設計與施工、后期的運營管理與養護都具有深遠的影響與重要的意義。