山区高速公路桥梁设计关键问题探讨

2015-04-17王彬鹏

建材与装饰 2015年26期

关键词：跨径山区高速公路

王彬鹏

（中交第一公路勘察设计研究院有限公司陕西西安　710000）

山区高速公路桥梁设计关键问题探讨

王彬鹏

（中交第一公路勘察设计研究院有限公司陕西西安710000）

随着我国运输产业的不断发展，山区高速公路桥梁的设计和应用成为现代运输行业中关注的热点问题。本文以山区高速公路的设计为例，阐述了高速公路桥梁的特点，分析了桥梁设计中应该注意的重点问题，以期为提高山区公路建设水平提供理论依据。

山区高速公路；桥梁；设计

随着经济建设的不断发展，我国的交通运输业也已进入全新的发展阶段，高速公路逐渐成为运输的主要途径，各城市间的高速公路呈网状拓展。由于我国地形复杂，山区占据着较大的比重，因此在山区建造高速公路的过程中必须重视桥梁的设计环节，山区高速公路中的桥梁与一般桥梁有很大的不同。本文针对山区高速公路桥梁的基本特点，对桥梁的设计进行了分析，以优化山区高速公路的桥梁设计。

1　山区高速公路桥梁建设的特点

1.1施工周期长

山区高速公路建设过程中桥梁施工工程占据的比重较大，桥梁建设又是高空作业，施工过程中要根据模板的受力情况分析，混凝土在高墩柱的浇筑高度为5m左右，高墩柱的施工次数一般在4次以上，因此导致桥梁的整体施工工期较长，加上机械设备和天气等因素的影响，更加延长了桥梁的施工周期[1]。

1.2工程设备投入大

高速公路桥梁建设中一般采用平行作业的方式，施工过程中对每根墩柱配备的模板至少6m，在模板的投入方面较大，高墩柱的施工中必须配备大吨位的吊车，由于山区的高速公路高墩柱数量多，必须配备多辆起重设备同时作业，加大了机械设备的投入。

1.3工程中资金周转压力大

由于高墩柱的施工次数较多、周期较长，在施工过程中红大量的未完工的高墩柱不能参与计量，施工单位颠覆的资金不能回笼，在高墩柱的施工后期，必须开始对桥梁上构大梁的工作，需要大量的资金投入，在这样的资金压力下，一旦承包商的资金供应失控，必定会导致工程施工陷入危机[2]。

1.4高墩施工难度大

对于高墩桥来讲，墩柱的高度差较大、截面积小、墩身高、重心高、墩身柔度大、施工精度要求高是其显着的特点，施工过程中很难准确控制轴线，平纵技术的指标相对较低，有时取规定中的极值。

1.5施工危险系数高

桥梁施工作业周围的环境较复杂，地面起伏较大，坡度经常会大于45°，对物料的运输造成了一定的困难，加上山区高速公路桥梁建设中机械化程度较低，劳动强度必然加大，加大了施工的危险系数。

2　山区高速公路桥梁设计环节中的关键问题

在山区公路桥梁工程设计环节中，最重要的是要考虑路桥界线的基础设计和结构体系的整体构件，为了掌握桥梁与路基之间的关系，必须结合山区公路桥梁的实际特点对设计内容加以完善和修正。

在对山区公路桥梁设计的过程中，先结合项目的实际状况，以因地制宜的原则罗列出桥梁设计中的关键问题，便于在施工过程中及时参考和研究。例如，曲线预制梁、桥梁、桥板的布设、桥墩台的角度、高墩柱设计等，为了完善山区高速公路桥梁的设计方案，保证实际施工中的安全性和稳定性，提高山区公路桥梁工程的建设质量，必须处理好设计过程中的细节问题。

2.1布设曲线预制梁、桥梁、桥板

山区公路桥梁应遵循因地制宜的设计原则，在梁和板上部的结构预制完成后，要将其架设到桥梁下部的基体槽中。由于施工环境的特殊性，桥梁建设过程中直线结构少，曲线结构多，使得预制结构的方法受到一定的阻碍，必须借助桥梁墩台角度来解决这一问题，完善曲线预制梁、桥板的布设工作，提高施工的现实性、安全性、规范性。

2.2高墩设计

在桥梁的建筑过程中，由于山区地形的限制，往往采取高墩、大跨桥式的结构支撑，因此必须考虑桥墩的稳定性，山区高速公路有整体式路基和分体式路基之分，结合山区的气候特点，桥梁在完工后的养护工作极为重要，在桥梁的设计初期必须将问题考虑进去。

2.3细节问题

桥梁的各项基础设计对桥梁的整体质量有着最直接的影响，每个施工环节都关系到桥梁的稳定性和安全性，在提高山区公路桥梁的建设水平之后还必须考虑钢筋混凝土的耐久性和桥梁基础架构的承受能力，把握好各环节的细节问题，才能真正优化项目设计。

3　山区高速公路桥梁设计

3.1桥梁上部结构设计

3.1.1设计原则

在设计工作中，桥梁上部常采用标准化、预制装配化的结构，保证施工方便、造价经济，一般采用标准化的桥梁跨径为6m、8m、10m、13m、16m、20m、25m、30m、40m。对于跨径小于20m的桥梁宜采用空心板；对于跨径为20m的巧玲可以采用空心板和小箱梁；对于跨径大于20m的桥梁宜采用小箱梁。对互通式立交中桥梁，为了降低造价，应尽量采用平曲线满足预制装配化结构要求。

3.1.2具体设计

（1）正确处理跨径与墩高的关系

跨径与墩高的关系应遵循美学原则，保证比值在0.618～1之间，由于山区地形起伏较大，实际施工中应结合实际施工中的地形条件选择合适的桥梁跨径，当墩高变化相当大的时候，可利用组合跨径的方式进行处理。对于有泄洪、行航等要求的桥梁，应结合实力部门的相关要求选择合适的桥梁跨径。如果一座桥梁有多种跨径可供选择时，应该结合实际工程中上下部结构的具体情况进行选择。

（2）正确处理上部构造和平面曲线半径的关系

桥梁跨径的选择和平面布置直接受到桥位处平面曲线半径的影响，对于小桥涵，墩台平行布置，预制梁长相等。对于特大、大、中等桥涵，墩台径向布置时，由于受到曲率半径的影响，内外梁长不等，半径越小时，内外梁长差越大，为了解决这一问题，可以根据平面半径的变化梁长来处理，或者在梁长不变的情况下，加大帽梁[3]。

（3）桥梁防滑坡设计

在桥梁的现场勘查工作中常常会遇到滑坡的现象，当滑坡不能避让时，应及时检查滑坡的性质和稳定状态，肥西其对桥梁工程的影响，在桥梁的施工建设中尽量不影响滑坡的稳定性，在桥梁施工之前必须先处理滑坡问题，避免在施工过程中或施工之后发生较大的安全事故。

3.2桥梁下部的结构设计

3.2.1桥墩

对于高度较矮的桥墩，在实际施工中常采用柱式墩，柱式墩又分为圆柱和方柱。在圆柱施工过程中，外观质量不易被破坏，方便与桩基衔接，实际中也常采用圆柱墩。方柱和圆柱截面积相等时，方柱抗弯刚度大于圆柱，受力比圆柱墩强，方柱可以通过对两个不同方向尺寸的调节方便地调整墩柱的高度，以此调整墩柱受力。方墩柱必须通过桩帽才能与桩基衔接，必然导致工程量的增加，加上山区地面横坡较陡的不利因素，使得桩帽的增加会导致开挖工程量的增加，导致边坡不稳定，设计过程中应结合多方面因素进行考虑[4]。

此外还根据桥墩数量的多少对柱式墩进行分类，可以分为独柱、双柱和多柱。独柱一般应用于下列情况：①地面横坡较陡，两个墩柱高度相差较大，导致墩柱受力有较大的差异。②山区河流狭窄，桥梁与河流有较大的斜角角度。③为了避让旧路和光缆等特殊设施时。多柱可以用于斜度较大，柱间距较大的情况[5]。

3.2.2正确处理桥墩与路幅的关系

相关标准规定，在路线的选择过程中必须减少占地，注意环境保护，避免对自然景观的破坏，除了中长隧道设置分离式路基外，一般都采用整体式路基，整体式路基双幅桥的下部构造单独设计。对于山区河流狭窄、存在较大的桥梁和河流斜角时，分离式路基的稳定性好于整体式路基。值得注意的是，整体式下沟盖梁跨度大，必须考虑车辆双向行驶时带来的扭矩影响，需将盖梁架构尺寸和配筋适当设计的大些。

4　基础设计要点

桩基础和扩大基础是山区高速公路桥梁建设中常用的基础，扩大基础一般应用于地质条件较好的地段。若在地质条件较好的地段使用桩基础，一般采用嵌岩桩；在地质条件较差的地段使用桩基础，一般采用摩擦桩。山区地质的多方面负荷地质变化的给规律，少数地段地质变化复杂，在相同的桥位处，由于断层的影响，相邻的桥墩可能处在不同的地质构造带上，对于桥梁的基础设计，必须结合地质多样性和复杂性的特点逐一进行分析[6]。