山区高速公路桥梁设计的关键问题

2018-02-05龚世康

智能城市 2018年10期

龚世康

中国公路工程咨询集团有限公司，北京 100000

山区高速公路设计和建设是推动地方经济发展特别是农村发展的一项重要举措，对于改善山区的经济发展有着重要的作用，也是我国城乡区域一体化发展的重要举措。但是我国的山区地区范围较广，地域差别较大，一方面高速公路桥梁在设计方面还存在较多的问题，加之山区区域地形、地质条件的限制，如果设计不恰当，将会严重影响到山区高速公路建设的安全性。因此，根据山区高速公路建设的基本情况，结合当前的发展情况，对山区高速公路设计经验进行分析总结，能够提高山区高速公路桥梁建设的质量和水平，充分发挥山区高速公路的性能，推动山区经济的持续健康发展，实现城乡的一体化建设和发展。

1 山区高速公路桥梁设计的原则

山区的地理环境和地质条件差异性较大，山区高速公路桥梁设计和建设会受到很多外在因素的影响，故山区高速公路的桥梁设计和建设相对比较困难，设计方案不合理，也会严重影响到高速公路的质量。山区高速公路桥梁设计需要遵循的原则有：

（1）要根据山区的地理环境情况，选择合适的桥梁类型；（2）山区高速公路桥梁的设计需要充分考虑到周围的自然环境条件，要充分减少风力、水力等可能对桥梁造成不利影响的因素；（3）山区的地形起伏较大，需要根据实际的地形情况，做好相对应的设计，特别是桥梁高墩的设计既需要符合地形情况，同时要确保结构承载力，保证桥梁的稳定性；（4）桥梁设计通常分为上、下结构两部分，上、下部结构的设计原则是不同的，上部结构设计主要考虑结构跨径与墩高的匹配、结构承受上部荷载的能力，下部结构设计重点是桥墩台及基础的设计，确保墩台结构选型合理、基础承载力满足要求，充分保证桥梁设计的稳定性；（5）桥梁设计同时应充分考虑施工的安全性、便利性，便于简单操作的施工往往对确保施工质量具有重要影响。

2 山区高速公路桥梁设计的特点

桥梁体系特征主要体现在桥梁平、立面的设计上，选择合理的桥梁结构形式对于山区桥梁设计十分重要。山区高速公路桥梁设计的特点主要有：

（1）路线平面设计受地形地貌及地质影响，而桥跨选择又需满足路线线型要求，根据路线线型要求，采用合理的上部结构形式，做到既安全又经济；（2）对于处于小半径上的桥梁，必要时需采用曲线桥，而曲线桥不仅要承受弯矩，还需要承受较大的扭矩作用，一般宜采用箱型截面；（3）路线纵断面需适应山区地形起伏，桥梁跨径的选择与桥高关系密不可分，应综合考虑上、下部结构匹配性，做到综合造价经济；（4）山区高速桥梁处理较大纵坡时，应充分考虑结构承受纵桥向汽车荷载的影响，避免梁体支座不稳；（5）当桥梁墩高较高时，应考虑采用部分墩梁固结的刚构体系，既能提高结构整体刚度，又可减少后期支座更换的维护成本。

3 山区高速公路桥梁设计存在的问题

山区高速公路桥梁设计需充分结合山区的地理环境和地质情况，要始终遵循因地制宜的原则，对山区高速公路桥梁设计中的关键环节进行分析。梁板、墩台等主要受力构件的设计是设计中的重点部分，同时需在设计时充分考虑各种细节问题，完善设计内容。结构设计方案的不断完善，要从保证结构本身受力性能稳定性、山区公路桥梁建设耐久性着手，使施工更安全、便利，进而提升山区公路桥梁建设的质量。

3.1 设计理念不够完善

在山区高速公路桥梁设计过程中，桥梁的安全性和稳定性设计是重点，需要充分保证其科学性、合理性，但是在实际的设计中，设计工作受到的影响因素比较多，特别是以往较多的考虑结构建造经济性的理念，而忽视桥梁结构在整个设计、建造、运营维护的寿命周期中的综合经济性，导致设计方案从整个寿命周期角度讲并非是合理的方案。

3.2 基础设计不够完善

山区高速公路桥梁设计中，基础设计是整个桥梁设计中的重点，直接影响桥梁结构使用的安全。而当前采用较多的基础结构形式为钻孔灌注桩，桩基设计依赖地勘成果的可靠性，因而准确、可靠的地质资料显得尤为重要，但是，在实际的工程设计过程中，往往存在对于影响基础设计的因素考虑不到位而导致的地勘资料完整性不足，设计不合理的地方。

4 山区高速公路桥梁设计中的关键问题

4.1 桥梁设计的环境因素

山区高速公路桥梁设计中需要充分考虑到周围的自然环境和气候条件，要始终遵循因地制宜的原则。桥梁设计应充分利用当地的有利条件，就地取材。从利于施工方面，当具备布设施工场地时，应优先采用预制结构，以便标准化施工管理，降低施工成本及提高施工质量；当地形起伏较大，施工场地布设较为困难时，可考虑采用现浇施工方法，避免采用不便于运输的大吨位的预制构件；同时结构材料的选择，宜采用便于维护管理的混凝土结构，不宜采用养护成本较高的钢结构。

4.2 桥梁高墩的设计

山区高速公路桥梁设计中，由于山区的地形起伏较大，山区高速公路桥梁常需设置高墩，而高墩设计需要充分考虑到桥墩的稳定性。在满足高墩受力需要的前提下，兼顾高墩造价、外形，做到既安全、又经济美观是设计成败的主要因素。

5 山区高速公路桥梁设计的优化措施

5.1 做好施工前的地质勘测工作

山区高速公路的施工中，地质环境条件相对比较差，而且工程地质条件复杂，地形起伏较大，气候环境也相对较差。因此，施工之前需要做好对地质的勘测，了解周围的地理环境条件，如果勘测工作没有做到位，很容易影响到后期的工程施工，因此，做好施工之前的勘测工作是十分重要的。例如，在实际施工之前，运用GIS技术对地质情况进行勘测，通过区域地图中的位置情况，从中选择最优的施工线路，保证设计的合理性，通过对围岩的检测，保障工程整体的安全。

5.2 对桥梁工程地质情况的评估

通常，在进行山区高速公路桥梁设计之前，需对路线沿线工程地质情况进行调查，在调查基础上，针对桥位处进行必要的钻探工作，以便充分了解桥位地质情况。特别是遇到复杂地质时，需采用各种地勘综合手段，充分揭示桥位地质，以供确定合理的设计方案。

5.3 施工材料的准备

在山区高速公路桥梁工程施工中，一些区域比较偏僻，需要提前准备好施工材料，施工材料可以就近取材，也能够减少运输的成本。在工程施工之前，需要准备好施工中需要应用到的各种材料，同时需要保证材料的质量，做好对材料的检测，要确保材料能够达到工程施工的标准。

5.4 对施工场地地基的处理

在高速公路桥梁设计施工中，为适应相应的施工方案，有时需对施工场地进行地基处理，例如，支架现浇箱梁施工时需对支架场地进行处理，预制结构需进行预制场地的硬化处理等。对于工程施工中地基的处理，需要根据不同的地基采取不同的施工方式，以便充分提升施工的效率。

5.5 针对性处理问题

在山区高速公路桥梁设计中，需要根据当地的地理环境情况有针对性的进行设计。针对处于大纵坡桥梁的设计，需控制桥梁纵向位移；对于高墩桥梁设计，桥梁稳定性要求较高，桥墩的移位和转角会对桥梁的受力造成一定影响，需要在设计中进行有效控制；对于位于曲线上的桥梁，上部结构选型对于曲线的适用性及施工便利性显得较为重要；对于地震等级较高的地区，桥梁结构的抗震性能设计显得较为关键；对于岩溶地区的桥梁设计，桥梁基础地质的探明十分重要；对于有通航等级要求的桥梁设计，桥跨满足通航需要、桥墩抗船撞设计就是重点考虑的问题；对于寒冷地区桥梁，结构抗冻性能设计就显得尤为重要。总之，只有在工程的设计阶段充分考虑各种因素，提前考虑到工程的安全性、耐久性，并做好对工程后期的维护和保养，方能使桥梁结构在运营过程始终处于良好的使用状态。

桥梁设计施工中，各项基础设计内容会影响到桥梁工程设计质量，每一环节的设计都会对整个桥梁后期的应用起到重要的作用，而整个设计过程中需要充分控制好成本，并对后期运营和维护提出要求。