对山区高速公路桥梁设计探讨

2015-04-08何鑫

四川水泥 2015年11期

关键词：跨径桥墩山区

何鑫

（广东省长大公路工程有限公司，510507）

对山区高速公路桥梁设计探讨

何鑫

（广东省长大公路工程有限公司，510507）

简要介绍了山区的地理环境特点，而后对修建山区高速公路桥梁的施工过程中存在的投资、时间花费、施工安全等难题做了阐述，并从桥梁的上部及下部两个方面分析了山区高速公路桥梁在设计时的思路及注意事项，以期推动山区高速公路桥梁的建设工作。

山区高速公路桥梁建设难点桥梁设计

一、前言

我国国土范围广，地域辽阔，山区在我国的国土总面积中占了相当大的比重，比例高达2/3以上。山区包含了丘陵、山地以及崎岖的高原，由于山区的地形过于崎岖，没有平原的优势，交通便捷程度低，基础设施的建设工作落后，使山区高速公路桥梁建设成为了一项难度系数非常高的工程。山区的地形和地质十分复杂，在修建高速公路时，为了避开一些不利的因素，保证公路建设工作的顺利进行，需要搭建合适的桥梁，而在这样的自然条件下建设桥梁需要顾忌诸多问题。本文将对在山区修建高速公路桥梁的一些难点和高速公路桥梁的设计问题进行讨论。

二、山区高速公路桥梁建设中的难点

（一）山区高速公路及桥梁的特点

山区的水文条件及地质地形都十分复杂，山区的水系繁多，水文条件不清明；地面落差相当大，地表多沟壑，存在断层、岩溶、陡崖等地形，在暴雨等天气条件下容易引发山体的滑坡和崩塌，以及泥石流等自然灾害，给高速公路在山区的建设工作带来了很大的困难。

受制于这些复杂的自然条件，工作人员在山区修建高速公路时，多根据当地的水系、地质地形来建设，循着这些地区的水系流向、地形变化来展开高速公路的线路，并且凭借建设桥梁尽可能地避免修建工作与自然环境的冲突。在这种方式下建设起来的高速公路往往具有纵坡大、平面半径小、平曲线多的特点，且沿河设线的做法易使桥梁的设计倾向于修建纵向桥、多墩台形式、多半幅桥等趋势，所以在设计桥梁时，要结合水文、地形地质与所需构建桥梁的特点来进行设计。

（二）山区高速公路桥梁的建设难点

1.所需投资大

山区高速公路桥梁施工所需的投资包括资金、设备等各个方面的投入。在桥梁施工前期，施工单位会为工程垫付资金，但是高墩柱的建设工作较为困难，在长期的建设后仍未达到计量原则的标准，而此时桥梁的修建已转入上构大梁等的建设上，施工单位的资金未回笼，只能靠承包商来维系，致使资金压力的出现。桥梁的建设还需要投入大量的设备，如给每一根墩柱提供至少6m的模板，配给大吨位吊车以及其他众多机械设备，这些都给桥梁的建设带来了不少的压力。

2.花费时间长

大型的工程建设本身需要花费更长的时间，再加上桥梁的修建需要进行高空作业，且由于在山区进行，需要花费更多的精力和时间。山区的高速公路桥梁桥墩受环境影响多为高桥墩，高桥墩的浇筑工作一般需要反复进行至少4次的浇筑才能完成，如果遇上天气变化、设备故障等问题，则要进行更多的操作，因此桥梁的建设周期很长，具有不确定性。

3.施工存在安全问题

桥梁施工过程中采用最多的作业方式为高空作业，高空作业的安全系数较其他一般的作业方式来说更为困难，且安全系数低，再加上在地理环境复杂的地区进行，无法完全依赖机械进行，需要人工操作，使工作人员缺少安全保障。

三、山区高速公路桥梁的设计问题

（一）桥梁上部设计

1.一般设计原则

桥梁是山区高速公路的一个重要组成部分，数量较多，在设计、修建时，为了减少环境给施工带来的不便，节省经济成本，通常会运用预制装配的、标准化的结构来进行建设，较为常见的装配化、标准化的桥梁跨径为50m、40m、30m、25m、20m、16m；若桥梁的跨径大于20m跨，可选用小箱梁，等于20m，在小箱梁和空心板中二选一，倘若小于20m，则使用空心板；并且，由于山区的交通状况和地理环境无法满足修建大跨径桥梁的条件，因此在修建山区高速公路桥梁时不常采用设计50m跨径的桥梁的方案。此外，互通式立交中桥梁的设计应尽量使用平曲线能够满足的结构，以降低成本。

2.跨径和墩高

按照桥梁的美学原则，当桥梁的跨径和墩高之比值在0.618～1的范围内时，其造价才相对合理。山区的地势不平，导致山区高速公路也不断地起伏变化，因此，桥梁的跨径应由地形来决定，而非墩高，应尽量避免根据墩高改变桥梁跨径的做法。如果桥梁墩柱的高度变化过大，理应组合相近的跨径；而对于有特殊用途的桥梁，在修建时应先征求水利部门的意见，根据其要求来做选择；如若桥梁的可选择跨径较多，则要综合考虑整座桥梁的造价再选择。

3.板、梁及平面曲线半径

桥梁所处的平面曲线的半径在很大程度上影响了桥梁的平面布置和跨径选择，主要表现在中矢高，内外弧有差距上，因此，正确处理这几个方面的关系是至关重要的。解决这些问题的方法有两个，除了使桥梁的梁长随平面半径变化之外，还可以加大桥梁的帽梁、封锚端，作加长现浇连续段处理，但保持桥梁的梁长不变。不过，这两种方法中后者更为普及，原因在于前者虽然在设计等方面上较为简单，但是所需的预制梁数量过大，在制作及堆放上存在困难；后者虽也存在外观较差等问题，但从整体上看仍然比前者实用。

（二）桥梁下部设计

1.桥墩

桥墩有高矮之分，若桥墩的高度在40m之上，要将桥梁的稳定性考虑进设计方案中。文件《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）中指出L0/h > 30（L0即为受压柱的有效长度），构件会由原先的材料破坏转变为失稳破坏，L0的取值根据桥梁上部的构造、同墩柱的连接、以及施工的具体情况而变化，变化范围为0.5～2倍的墩高。经过大量的实验、计算发现桥墩低于50m，适合使用实心的矩形截面，反之应该采用空心的薄壁墩截面。

桥墩高度较矮，可以设计成圆柱形或方柱形的柱式墩，其中圆柱形柱式墩的使用较为广泛。在截面积相同的情况下，方柱墩的受力、抗弯强度比圆柱墩强，而且便于墩柱刚度的调整，但是方柱墩需要靠桩帽才能实现桩基和墩柱的连接，从而加大了工程量。从桥梁的稳定性、安全性和施工强度考虑，圆柱墩更加适用。

2.桥墩和路幅的关系

当下的基础设施建设工作越发重视工程与自然之间的和谐关系，例如在修建道路时，会尽量避开耕地，尽可能地保持原始的自然环境的状态，减小对环境的破坏，在修建高速公路桥梁时也不例外。如在修建整体式路基的双幅桥梁时，往往会分幅设计，采用“双幅四柱”的做法；若修建时遭遇狭窄的河流，河流与桥梁的斜角角度过大，就会采用整体式下部构造（双幅两柱较半幅独柱）。两者中前者的行洪效果更为出色，且由于整体式盖梁的跨度太大，要额外考虑扭矩的影响，施工难度大于“双幅四柱”。但是后者在横、纵两个方向的刚度上优于前者，还可以减少工程量、材料用量及墩顶的变位。