孟永旺

(河南省交通规划设计研究院股份有限公司，河南 郑州 450000)

0 引言

我国山地较多，且地形复杂，很多高速公路都建设在一些山区中，在施工设计中采用了大量的公路桥梁来跨越这些复杂的地形。另外，受到地形和设计规范的限制，在很多山区高速公路桥梁设计方案中都添加了很多大纵坡、曲线、高墩和超长度的设计方案，这就造成高速公路桥梁的受力和普通高速公路桥梁的受力出现很大的区别，施工难度更大[1]。因此，在对山区高速公路桥梁设计时要进行多种方案的比选，关注设计要点，提高山区高速公路桥梁设计的质量。

1 山区高速公路桥梁设计方案比选

1.1 工程案例情况

该工程项目选择的是某山区高速公路桥梁设计方案。该工程的桥梁平面分别在缓和曲线、圆曲线以及直线上。其中，缓和曲线的起始桩号为k96+609，终止桩号为k96+612.501，参数A为465.487 1偏右；圆曲线起始桩号为k96+612.501，终止桩号为k96+944.701，终止桩号为k97+113.981，参数A为465.487，偏右；直线起始桩号为k97+113.981，终止桩号为k97+277。桥面的横向坡为双向2%，纵断面在直径为25 000 m的竖曲线上。针对该工程的桥梁设计进行了2种方案设计。

1.2 高速公路桥梁建设方案设计

方案一：此方案设计中，全桥共5联，为40 m+(45 m+80 m+45 m)+4 m×40 m+(45 m+80 m+45 m)+3 m×40 m=660 m。主桥上端的结构使用的是(45+80+45)m，并运用了预应力混凝土连续钢结构；桥梁下端的结构基础预计使用双肢实心墩或者是钻孔灌注桩和空心薄壁墩，任意选择其中一种；用40 m预应力混凝土简支T梁、40 m预应力混凝土连续T梁来对引桥进行施工，下端的结构位置用柱式墩或是钻孔灌注桩基础和空心薄壁桩3种。其中一种来进行施工；在进行桥台施工时选择钻孔灌注桩基础，或是柱式台。其中最大墩的高度设计约为68 m，桥型具体布置如图1所示。

图1 方案一桥型具体布置图

方案二：此方案设计中，全桥也是5联，为40 m+(50 m+90 m+50 m)+4 m×40 m+(50 m+90 m+50 m)+2 m×40 m=660 cm。桥梁上端的主要结构采用的是(50+90+50)m的预应力混凝土连续钢结构，桥梁下端的结构设计选用双肢实心墩、空心薄壁墩、钻孔灌注桩基础3种方案；引桥使用的是40 m的预应力混凝土连续T梁和40 m的预应力混凝土简支T梁，下端的结构用柱式墩、薄壁墩或者是钻孔灌注桩桩基础进行施工；桥台设计方面，选择钻孔灌注桩基础和柱式台，其中最大的桥台墩高度约为63 m，具体的桥型布置如图2所示。

图2 方案二桥型具体布置图

从图2中可以发现，在该工程中，桥梁所在位置的山体非常的陡峭，需要2次跨过沟谷，不仅给桥梁方案设计带来了很大的难度，同时对于桥梁后期的施工以及后期运营过程中的维护和监控度增加了很大的难度。所以，在对其进行高速公路桥梁设计时，设计方案的选择非常重要，不仅需要从桥梁的上部构造和下部构造方面进行考虑，同时还要对桥梁跨径和墩高的关系角度进行合理的处理，此外，还要对桥梁的上部构造和平面的曲线半径关系进行分析处理。

1.3 高速公路桥梁设计方案对比分析

1)桥梁跨径方案设计的选择。在该工程中，桥梁的最高处高达73 m，因此主跨径也要大于80 m。另外，在对配跨径进行设计时，要考虑多种因素的影响，不仅需要便于施工，同时还要尽可能地减少桥墩的数量，最为重要的是要确保施工过程中预制梁吊装的顺利完成，所以，在选择时要选择40 m跨径的预制T梁。除此，在进行方案设计过程中，不仅要考虑此种方案和现浇箱梁的造价高低，同时还要考虑桥墩数目的选择，尽可能地减少施工过程中的安全隐患[2]。40 m跨径的预制T梁常常在山区高速公路桥梁设计中使用，并且这种施工技术水平比较高，施工技术也非常成熟。

在以上2种施工设计方案中，方案一的主跨为(45+80+45)m的连续型钢结构；方案二中主跨采用的是(50+90+50)m的连续性钢结构。连续性钢结构的选择具有很大的优势，比如可以保障行车的通畅、平顺和安全，并且还可以满足交通运输的要求，有着非常成熟的施工技术，可以更好地提高工程的施工质量。另外，高速公路桥梁下部的净空间非常大，可以满足通航的大部分要求。设计方案一有着非常充分的施工优势，但是，方案设计一对于地基的要求要比连续梁更高。因为本工程中桥梁是一种大跨径的桥梁，跨过了沟谷，要进行综合考虑，不仅要减少桥梁墩施工对周围环境产生的影响，还要考虑施工困难，在满足节约经济的基础上选择更加合适的方案。在满足地基要求的基础上，设计方案一更加合适。

另外，在选择使用设计方案一时，图1中10号、9号、3号和2号桥墩均为主跨桥墩，其中最高的桥墩高达68 m；在选择使用设计方案二时，10号、9号、3号和2号桥墩也为主跨桥墩，桥墩的最高点为63 m。从桥墩高度方面来说，虽然相差不多，但是2种设计方案都避免了主跨和主墩在沟底中间会出现的一些不良因素，因此，2种方案的受力影响和设计难度都比较相似，可以选择经济造价更加合适的。由此，设计方案一的经济性更高，设计方案一更加合适。

2)桥梁下端结构形式设计的选择。桥梁为连续性的钢结构+T梁组合形式，桥墩的高度有所不同，处在10～68 m，这样下端的构造形式要按照上端结构形式和桥墩的高度来进行设计。使用频率比较高的下端构造有实心薄壁墩、空心薄壁墩、柱式墩、双薄壁墩等。其中柱式墩的优势是可以更好地减轻桥墩的自身重量，更加节省材料，施工美观简单，可以在多种跨径桥梁施工，以及平原区架桥施工中使用[3]。但是，这种方案也有很大的缺点和不足，跨度不能太大，要控制在13 m以内；桥墩的高度也不能太高，要控制在40 m以内，并且在有漂流物和流速比较大的河流中，这种方案并不适合。薄壁墩的优势有:施工材料更加节省，桥墩的自重可以得到很大地减轻，并且双壁墩还可以增强桥墩的刚度，这样可以减少主梁支点的负弯矩，提升桥梁的美观性，在一些大跨度的桥梁施工中应用率更高，且这种方案造价比较高。因此，在本工程中，桥梁在主跨位置使用双肢空心墩，其他位置的高墩使用空心薄壁墩，35 m以下的桥墩使用的是柱式墩，这样就可以承载受力，也可以减少经济投入，还可以保障桥梁的美观性。

综上所述，在该工程2种桥梁设计方案中，方案一是更为合适的施工方案。

2 山区高速公路桥梁设计要点

2.1 上端结构设计要点

在对桥梁上端的结构进行设计时，设计人员要先对施工现场的实际情况进行考察，在了解实际情况的基础上，按照高速公路的路况，采用预制装配结构的方式来进行方案设计，此过程中，设计人员要对设计方案的经济性进行综合考虑，对高速公路桥梁设计中可能存在的问题进行提前规划，同时还要对桥梁跨径和各个不同高度桥墩之间的关系进行分析。高速公路桥梁设计中受到多种因素的影响，设计复杂性非常高，所以，设计人员需要对桥梁的美观性、实用性、安全性、经济性进行综合性的分析[4]。通常情况下，山区高速公路桥梁常用的标准化跨径有16 m、20 m、30 m，横断面的形式也非常多，有T梁、小箱梁、空心板等，30 m以内的小跨径可以选择的结构有T梁、小箱梁、空心板。因此，在设计中要综合考虑梁的受力特点，在实际的设计过程中，小箱梁板宽240 cm，梁高度100 cm，混凝土单位面积用量为0.380 m3/m2，普通的钢筋选择9.082 kg/m2。跨径的设置要按照墩高来进行设计，如果有特殊的需求，要参考桥梁的功能需求进行跨径的选择，以确保桥梁整体的性能和施工质量。

2.2 基础设计要点

在对山区高速公路桥梁进行设计的过程中，桥梁基础设计是非常重要的一部分，基础设计的合理性才能更好地保障整体桥梁的施工质量。在进行设计时要选择合适的桩基础，并尽量扩大基础，要综合考虑山区的地形和地址结构，遵循具体问题来执行科学设计方案。设计人员在进行设计前要先进行实际考察，对施工现场的情况进行综合性考察，搜集各种资料，同时还要把地质、水文环境情况进行详细的勘察，针对不同的实际情况选择科学合理的施工技术和施工工艺，确保桥梁基础设计的质量。

2.3 高墩墩台设计要点

较多山区高速公路桥梁结构都采用的大跨桥式和高墩式，其中高墩式的应用率更高，主要是因为高墩式的结构稳定性更强，安全性更高。在进行设计的过程中，要从高墩地质和结构形式2个方面出发，对其进行综合性分析，从而提升设计的科学性和合理性。在设计过程中要重点对墩台角度进行把控[5]。桥墩中心线和交点处切线形成角度相同，桥台中心线和桥墩之间不平衡，桥墩盖梁长度相同，曲线造成的每片梁长变化要参考预制梁的长度来进行调整。此外，在进行设计的过程中，还要重视两端伸缩缝的平行，墩台的角度要选择直角设计，这样对于较长的桥梁更加合适，并且对墩台的质量更好把控，从而奠定桥梁结构的安全性和稳定性。

3 结语

在对山区高速公路桥梁进行设计的过程中，要从桥梁的功能保障方面和桥梁工程的安全方面来进行设计。设计人员在进行方案设计的过程中要重视山区高速公路桥梁设计的要点，并对设计方案进行详细的比选，从中选择工程造价低，但施工便捷、施工质量有保障、施工更加安全的设计方案，结合桥梁施工山区地形和地质的实际情况开展针对性的设计，把控好设计要点，实现山区高速公路桥梁设计的美观性、经济性、环保性、耐久性、安全性和实用性，将高速公路桥梁建设和周围的自然环境进行充分融合，为人们出行提供更多的便利。