楊書針、蘇鑫

（聊城華鑫公路勘察設(shè)計有限責(zé)任公司，山東 聊城 252000）

0 引言

我國幅員遼闊，在修建高速鐵路的過程中，經(jīng)常會遇到一些特殊的地形地貌。為了克服這種地質(zhì)條件下的隔離度問題，通常采用架空的方法來達(dá)到高速公路之間的聯(lián)系。根據(jù)山地地質(zhì)條件的特點，正確把握設(shè)計要領(lǐng)，制定出一套科學(xué)、合理的設(shè)計方法是非常重要的。在設(shè)計過程中，要注重對細(xì)節(jié)的把握，以保證項目的整體品質(zhì)。

1 山區(qū)高速公路橋梁的特殊性和必要性分析

1.1 山區(qū)高速公路橋梁的特殊性

山區(qū)公路大橋建設(shè)與傳統(tǒng)的建設(shè)條件有很大區(qū)別，山地地區(qū)地勢成分比較復(fù)雜，路面高差大，斜坡陡峭，容易發(fā)生滑坡事故。由于其特殊性，其平面、縱、橫三個方向均受到制約，一般呈現(xiàn)出平曲線多、縱坡大等特征，為了更好地適應(yīng)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境，要修建更多的彎坡橋、更大的橋墩和更多的橋墩。在具體的工程中，施工單位應(yīng)注意結(jié)構(gòu)的合理調(diào)整，使其與地貌的協(xié)調(diào)一致，盡量減少滑坡等意外。我國地勢以山地為主，公路工程本身就比較繁雜，尤其是大橋這種重要的工程，其結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工都有很大的困難，所以針對山地的地貌特征，開展橋梁的設(shè)計尤為重要。

1.2 山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計的必要性

公路是城市社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，對促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會的協(xié)調(diào)發(fā)展具有積極意義，且山區(qū)高速公路在近些年的發(fā)展中得到了越來越多的關(guān)注，山區(qū)道路的建設(shè)也在快速發(fā)展，但相對于一般的地方，山地地形條件更加復(fù)雜，給山區(qū)高速公路的設(shè)計帶來了困難。在山區(qū)公路橋型的基礎(chǔ)上，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)地區(qū)的實際情況進(jìn)行設(shè)計。由于山區(qū)高速鐵路的施工往往涉及一些河流和隧道工程，因此在施工中要根據(jù)施工現(xiàn)場的具體條件，保證施工的正常進(jìn)行，提高施工質(zhì)量。搞好山區(qū)公路的橋梁結(jié)構(gòu)，既能保證公路的正常運營，又能解決當(dāng)?shù)厝罕姷慕煌▎栴}，有利于當(dāng)?shù)氐纳鐣?jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，必須優(yōu)化山區(qū)道路的橋梁結(jié)構(gòu)。

2 山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計原則

2.1 安全穩(wěn)定性原則

由于我國山地面積較大，大約有2/3 的國土面積，地形復(fù)雜多變，給公路施工帶來了極大困難。為了保證山區(qū)公路橋梁的設(shè)計能夠更好地進(jìn)行，設(shè)計者必須保證其工作與現(xiàn)實的環(huán)境相適應(yīng)。目前，在某些一般區(qū)域，一般采用標(biāo)準(zhǔn)化程度高、技術(shù)完備、對現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)的要求較少的組合結(jié)構(gòu)，從而為后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化施工提供一定的便利。在山地橋梁的設(shè)計中，應(yīng)選擇技術(shù)完備、協(xié)調(diào)性好、受力明確、結(jié)構(gòu)安全性好的橋式。山區(qū)高速公路的橋面可采用多種不同的構(gòu)造形式，既要確保結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，又要根據(jù)結(jié)構(gòu)的耐用性進(jìn)行設(shè)計，以確保結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性。此外，山地地形條件較差，因此在實際工程中既要充分重視基礎(chǔ)荷載，又要充分反映風(fēng)荷載、雪荷載等特點。另外，由于受山區(qū)地形的制約，山區(qū)的公路施工大多采取了高墩式的橋型，橋面的實際跨徑比較大，因此在山區(qū)公路上實現(xiàn)有效運用，必須對其進(jìn)行整體的安全性分析。

2.2 經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)性原則

從以往山區(qū)的公路大橋的設(shè)計實踐來看，在施工中應(yīng)該注意節(jié)約的原則，從對線路方案的選擇、橋隧結(jié)構(gòu)的合理設(shè)置、必要的橋隧方案、合理的橋隧方案的選擇等方面進(jìn)行探討，在減少造價的同時，又能為工程建設(shè)帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益。另外，在山區(qū)公路橋梁的設(shè)計中，還應(yīng)遵循因地制宜的原則、就地取材的思想，使其在建筑的作用和施工環(huán)境之間保持密切的關(guān)系，并盡量選擇最適合的橋型。在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須對當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境和人文條件進(jìn)行調(diào)查，從而最大限度地發(fā)揮出橋梁設(shè)計的真正意義。實際的橋梁結(jié)構(gòu)必須與周圍的自然環(huán)境相結(jié)合，并盡可能地減少對周圍的環(huán)境的沖擊，避免橋梁施工造成的大填大掘，提高生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性。

例如，在確定設(shè)計和設(shè)孔洞的時候，既要保證合理的結(jié)構(gòu)，又要保證高跨比例的協(xié)調(diào)，在有條件的前提下，盡量選擇較經(jīng)濟(jì)的跨徑，以保證景觀協(xié)調(diào)，同時在穿孔時還要保持跨徑的整體性和協(xié)調(diào)。不管是大橋的整體設(shè)計，抑或是其他設(shè)計，都應(yīng)該遵循“盡可能少的損害就能得到最好的保護(hù)”的原則，盡量減少對當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成的沖擊。

2.3 橫坡及橋涵設(shè)計原則

山區(qū)公路橋梁在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，常常會遇到斜坡問題，因此設(shè)計者在施工時要避免高填方路堤的發(fā)生，同時采用板路板橋的方式來加強側(cè)向邊坡的穩(wěn)定性。若橋墩位置發(fā)生左、右橫向較大時，可根據(jù)下列三個準(zhǔn)則進(jìn)行處理：

一是適當(dāng)降低高側(cè)橋墩的樁頂高度，避免低側(cè)樁基大量露出。

二是采取高側(cè)樁基礎(chǔ)開挖工作，避免對斜坡的穩(wěn)定造成影響。

三是選擇高低墩，使兩側(cè)樁頂標(biāo)高處于此水平線之下對應(yīng)的高度，并將高側(cè)樁基處的樁頂系梁與低側(cè)橋墩相連。根據(jù)工程的具體情況，設(shè)計人員采取上述兩種方案。

此外，如遇跨V 型峽谷時，必須避免在谷底中部設(shè)橋墩，以確保與當(dāng)?shù)氐貏莸奶攸c相一致，要適當(dāng)調(diào)整對臺的高度和跨徑的布孔形式。

3 山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計關(guān)鍵問題

3.1 設(shè)計理念存在偏差

根據(jù)山區(qū)公路大橋建設(shè)的基本特征，保證其穩(wěn)定和安全是必不可少的，必須根據(jù)工程的實際情況，對其進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化，提高其合理性。而對于工程實踐來說，許多的干擾都會對其產(chǎn)生一定影響，另外部分施工人員由于缺乏足夠的專業(yè)知識，不能夠進(jìn)行正確的選型和選型，導(dǎo)致了工程的可行性不高。在某些情況下，如果設(shè)計圖紙不夠完備，不能精確地說明技術(shù)要領(lǐng)，導(dǎo)致后期的工程建設(shè)困難，容易發(fā)生工程質(zhì)量問題。

3.2 施工難度大

在山地條件下，高速公路橋梁的建設(shè)難度大、復(fù)雜程度高。由于場地面臨的地形和施工條件在設(shè)計時沒有得到很好地解決，這就要求項目的管理者具備更高的技術(shù)需求，以便在工地上根據(jù)存在的問題制定更加科學(xué)的最佳方案。

另外，在建設(shè)過程中，沒有實施相應(yīng)的管理體系，缺少全面的建設(shè)管理。從橋梁工程中的安全事件來分析，各種事故的發(fā)生都與不完善的管理體系有著緊密的聯(lián)系。

3.3 基礎(chǔ)設(shè)計問題

整個橋梁的施工過程中，地基的設(shè)計對整個橋梁的施工具有舉足輕重的作用。在一些工程場地，由于工程地質(zhì)情況較好，基體基本處于較穩(wěn)定的情況下，開挖拓寬地基是可行的。但對于結(jié)構(gòu)較弱的涵管，在這種情況下，地基較薄。一些區(qū)域土壤較為疏松，雖然有較好的基底，但由于處于較深的地層中，故應(yīng)采用樁基的方式。在設(shè)計橋梁地基時，設(shè)計人員必須考慮到地形、生態(tài)環(huán)境等因素的影響。

3.4 鋼筋混凝土耐久性問題

施工中的重點是施工中的鋼筋混凝土，采用混凝土可以提高鋼筋的抗剪能力，同時也可以采用包裹的方法來達(dá)到加固的目的，因此如何選用合適的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是非常重要的。由于電化學(xué)作用，導(dǎo)致鋼筋腐蝕，再加上應(yīng)力狀態(tài)等因素，對鋼筋混凝土的整體穩(wěn)定構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。其由于暴露在自然條件下，受到各種物理因素和過程的影響，隨著長時期的發(fā)展，會引起混凝土的內(nèi)部改變，并對其產(chǎn)生一定的侵蝕。為了解決這一問題，可以選用耐腐蝕的環(huán)氧樹脂加固，或者在混凝土結(jié)構(gòu)表面加一層涂料，以達(dá)到對建筑的良好防護(hù)。

4 山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計優(yōu)化措施

4.1 設(shè)計方案的優(yōu)化

山地地區(qū)的地質(zhì)條件和自然條件都很特殊，因此通過實地勘察可以了解工程建設(shè)狀況，并根據(jù)調(diào)查的成果制定出合理的設(shè)計計劃，從而提高其穩(wěn)定性。目前，我國的橋梁結(jié)構(gòu)分為大跨徑和標(biāo)準(zhǔn)跨徑兩種類型，兩者都有不同的設(shè)計控制需求，所以在進(jìn)行設(shè)計時設(shè)計人員會遇到不同的問題。一般情況下，在山地橋梁中采用的是標(biāo)準(zhǔn)跨型，其具有提高設(shè)計可能性、可操作性和安全性等優(yōu)點，而且投資費用也比較低[1]。

4.2 施工材料合理選擇

橋面結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，其中最具代表性的就是混凝土和鋼筋，這兩種材質(zhì)都要保證其品質(zhì)，并采用合理的運用方式，才能提高其綜合性能，保證整個橋面的安全運行。采用的鋼筋和混凝土應(yīng)符合要求，并要嚴(yán)格遵守現(xiàn)行的橋梁規(guī)范，進(jìn)行合理設(shè)計和建造。

4.3 不同橋梁設(shè)計要點

山地地區(qū)的地貌特征具有很大的差別，因此設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w條件制定相應(yīng)的設(shè)計。若為曲線、大縱坡長橋，則在此階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須注意結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和位移；對于大縱坡和長橋組合的情況，在結(jié)構(gòu)上必須注意位移，在垂直和垂直兩種變形的同時，也要防止位移。

5 山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計實踐

5.1 橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐

在各種施工條件下，施工單位要根據(jù)不同的施工場地選擇合適的橋型，可以選擇的橋型主要有：

一是采用管柱形式，即前管后段的形式。在實際工程中，如果單孔直徑不超過20m、伴有軟弱地基、不穩(wěn)定的建筑物可以采用管柱支護(hù)結(jié)構(gòu)來提高其穩(wěn)定性；如果單孔直徑大于20m，采用先管后管結(jié)合的方法進(jìn)行設(shè)計。

二是在橋墩高度小于70m 的情況下，可以采用T型梁和小箱梁進(jìn)行組合，而在橋面間隙較窄的地方，可以采用中空鋼板進(jìn)行填筑[2]。在此期間，采用這種結(jié)構(gòu)材料，既能達(dá)到減少施工費用，又能提高施工質(zhì)量，提高施工效率。而20m、25m、30m 的跨度可以選擇小箱梁和T 梁。對于跨越40 多公尺以上的小型箱梁橋，由于重量較大，可以采取T 梁法進(jìn)行施工。

三是半徑不超過250m 的曲線橋、立交主線橋，可以采取連續(xù)封閉的連續(xù)箱梁和連續(xù)板型。此外，由于山區(qū)平曲線段架橋較多，故以250m 為界限，以直徑250m 以下的預(yù)應(yīng)力混凝土梁彎橋，其布置必須合理。對于半徑較大、橋梁較短的橋梁，采用“并行布置”方法優(yōu)化橋墩的結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)橋梁上部預(yù)制梁的跨徑和縱向的協(xié)調(diào)。另外，在實際工程中，必須保證橋墩與線路的縱向平行，根據(jù)彎道的走向進(jìn)行合理結(jié)構(gòu)布置，以保證大橋的順利通行。

5.2 橋梁支座設(shè)計實踐

為了避免結(jié)構(gòu)變形，多跨連續(xù)橋可以在橋頭中部設(shè)置固定支架，并在橋頭設(shè)置橫向滑移支架，以保證結(jié)構(gòu)的整體位移在橋面上均勻分布。在設(shè)計時，設(shè)計人員必須充分重視橋面的傾斜，如果是彎型橋墩，則采用側(cè)向位移，從而達(dá)到對橋面行駛時的抗側(cè)力。此外，山區(qū)高速公路橋臺的主要結(jié)構(gòu)有三類：重力U 形橋臺、肋板式橋臺、樁柱式橋臺，特別是重力U 形橋臺。根據(jù)有關(guān)的技術(shù)規(guī)范，將U 形橋的重量限制在10m 以下，達(dá)到對橋墩的要求。橋墩是連接道路和橋梁的重要組成部分，為了保證其穩(wěn)定，必須對其進(jìn)行合理的橋墩結(jié)構(gòu)設(shè)計。因此，在進(jìn)行山區(qū)公路大橋橋墩的規(guī)劃中，必須做好以下工作：

一是確定大橋臺的高程與橋墩上部構(gòu)造的相互影響。設(shè)計橋臺時，應(yīng)盡量減小橋梁臺的高度，以便最大限度地延長高速公路的上部構(gòu)造，從而為施工打下堅實的地基。

二是為了防止橋臺臺體開裂，采用更換碎石水泥的方法進(jìn)行加固，如橋臺比較大，可以在墻體上安裝相應(yīng)的鋼絲網(wǎng)，從而避免橋臺發(fā)生大范圍開裂。

5.3 橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐

目前，傳統(tǒng)的橋墩下部結(jié)構(gòu)有重力墩、柱墩、空心墩、薄壁墩等，在這些類型的墩上，通常采用自重作用來平衡外力，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定度，但不適合在較低的地方；柱式墩等結(jié)構(gòu)，易于操作，外形品質(zhì)較好，且具有良好的防水性能，適合各種不同的地形，其他形狀的選用要根據(jù)特定的墩高和外形的需要而定。在實際工程中，設(shè)計人員需考慮到車輛荷載、風(fēng)雨等因素對橋梁的影響，并從耐用性的觀點出發(fā)，有效保證橋梁的總體設(shè)計和施工的安全性。由于山地橋梁多為小直徑彎型，應(yīng)盡可能地避免裝配式，以提高其抗扭性和穩(wěn)定性，并采取現(xiàn)澆型等措施。建筑材料的品質(zhì)對橋梁的壽命有很大影響，因此工作人員要做好材料管理方面的工作，在梁、柱等部位都要選擇有質(zhì)量保證的混凝土。另外，設(shè)計人員還要充分重視環(huán)境影響，做好周邊自然環(huán)境的調(diào)查，切實解決地下水的侵蝕問題。

6 結(jié)語

山區(qū)公路既是實現(xiàn)現(xiàn)代化運輸產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，又是實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的必然選擇。公路的修建可以促進(jìn)山地地區(qū)的發(fā)展，但由于山地條件的特殊性，地形、氣候等因素都會給橋梁的建設(shè)和運行造成一定的影響。因此，施工前設(shè)計人員必須嚴(yán)格遵守現(xiàn)行的施工技術(shù)規(guī)程，制定合理的施工方案，保證橋梁的穩(wěn)定性和安全性。