山区公路桥梁设计问题探讨

杨 清 宝

(山西诚达公路勘察设计有限公司，山西 太原 030000)

0 引言

当代交通的快速发展，促进了山区桥梁工程的发展。然而对整个工程的造价和使用功能起关键作用的是设计方案的合理性。在山区桥梁的设计中稍有不慎便会引起施工困难和使用的安全问题。为此，越来越多的设计专家投入大量精力对山区桥梁的结构设计进行研究分析，提出了许多新的设计要点。以下对山区桥梁的设计问题进行简单的介绍和分析。

1 山区桥梁的特点

山区地形条件和地质条件都比较复杂，因此在山区进行公路的修建时桥隧比重较高。而山区公路桥梁的设计、修建主要有以下几个特点。

1.1 地形地质

山区的地形地貌存在较大的落差，这些落差的变化较为剧烈，且落差变化的频繁性也较高。除此之外，山区地质的构造也比平原地区复杂，修建中常常遇到岩溶、崩塌、煤层等不利于工程建设的地质现象。结合高程变化和公路路线技术指标的要求，在山区中常常修建弯坡桥，且桥墩高度普遍较高、墩台的样式也较多。

1.2 弯坡桥

山区弯坡桥的曲线要素主要是由障碍物、公路路线走势及半径大小控制的。其纵坡的坡度和长度均应符合路线设计规范的要求。而山区地形起伏的剧烈程度往往会对桥梁墩台的高度具有决定作用。因此山区常常会因为河谷的线型、地质的运动情况以及水流的冲刷、侵蚀作用的影响而使得桥梁墩台呈现为高度大、变化快的特点。同时为满足路与桥的顺利相接，防止桥头出现跳车现象常常会在山区桥梁的设计中采用多种形式的墩台类型，而桥梁也会呈现为蜿蜒绵长的特点。

2 桥梁结构体系及设计方案的简述

在山区对桥梁进行设计必须因地制宜，协调好桥梁结构体系与山区地质地形的关系，从而拟定几个合适的桥梁设计方案，并对其进行比选。

2.1 桥梁体系的选择

对桥梁体系的选择具有决定作用的是桥梁的承载能力和当地的施工条件。简支体系、组合体系及钢结构和连续体系是在山区桥梁的设计中最常使用的体系，现对这些体系的应用做简要说明。

2.1.1简支体系

在山区桥梁建设中简支体系的应用最为广泛，简支结构自身的稳定性较高，不会受到基础沉降、温度变化等因素的影响而产生次内力，有利于保证桥梁结构使用过程的安全性。同时简支体系的每一跨都是独立的，本跨受到损伤后对其他跨度的结构产生的影响较小。简支梁的施工技术也较为简便，有利于现场施工，费用也相对较低。但在同等跨度下与其他体系相比，简支体系的跨中内力较大，因此混凝土结构的简支梁跨度较小，适用于中小跨度的桥梁建设。但跨度较大时可以考虑自重较小的钢结构或组合梁。

2.1.2连续体系

连续体系在山区桥梁建设中的使用率也较高。连续体系最大的优势是具有较高的承载能力，增大了桥梁跨径。且连续体系的整体性较好，也提高了行车过程的舒适性。但连续结构受外界环境(温度、地基沉降)的影响容易产生较大的内应力。且设计时需对施工阶段进行分析考虑，目前连续梁的施工有三种方式：现浇单支点连续、先简支后连续和先简支后双支点连续。而现浇单支点连续施工较为困难，因此在山区桥梁建设中不常用。

2.2 桥梁方案选取

公路桥梁建设中由于桥梁的造价较高，往往需要对桥梁与路基方案进行比选。而山区桥梁主要是为跨越河流、沟谷等障碍而设置的，其中受地形变化的因素而设置的旱桥占的比重较大。因此在做方案设计时，需要对路基的填方高度进行限值选取，这是方案设计的核心，限值大小直接影响桥梁规模，决定工程总造价。一般在设计中对于路基填方超过20 m的情况下，才会对方案进行比选。但不同的设计单位也会根据实际情况综合考虑地质、地形后进行限值拟定。

3 山区桥梁结构设计

3.1 上部结构设计

山区公路桥梁由于地形等因素的限制，在进行上部结构设计时常常采用标准化的配置和装备，目前常用的跨度有：10 m,20 m,25 m,30 m等。通过同行业设计人员多年的设计经验，笔者总结出以下几点设计原则：1)桥梁跨径与高度比在0.618～1范围内时，具有较好的经济性。而在山区进行设计时往往受到地形变化的影响并不能很好地保证这一经济性，因此常常采用组合跨径来进行设计。常用的有20 m和30 m的组合、30 m和40 m的组合。但在地形起伏较大、较为频繁的地区由于频繁改变跨径不利于施工，因此可设计为一种跨径。在对桥梁上部结构进行设计时可以综合考虑施工条件和地形条件拟定多个方案，从经济效益和施工周期、难易度对方案比选分析，确保桥梁结构的实用性。2)山区桥梁建设往往容易受到现场情况的限制，对施工方法提出更高的技术要求。尤其是曲线桥和变宽桥的建设中，往往会采用现场浇筑的方法进行施工，一方面加大了山区桥梁的施工难度，另一方面也会加长施工周期。因此，设计人员必须对现场做好调查，依据实际情况缩小现浇段的距离或者改变现浇段的位置，降低山区桥梁施工的难度，提高施工过程的安全性。

3.2 下部结构设计

桥梁中下部结构的墩台类型较多，在进行桥墩设计时往往遵循以下几点原则：1)桥墩高度低于25 m时，对比各类桥墩的受力性能和承载力性能后发现圆形和方形桥墩较为优越，因此应优先使用圆柱形和方柱形桥墩。2)在桥墩高度为25 m～40 m时，考虑到力学性能和受力情况的均匀性可选用实心墩。3)当桥墩高度大于40 m时考虑到实心墩的自重和承载能力，应选用薄壁墩。桥台造价较高，因此在山区往往会根据山区的地形设置10 m以内的重力式桥台，填土高度不宜设置太高，做桥台基础时还应注意做好分阶。若是地形容许的情况下，尽量选择合适的位置设置桥台，力求降低桥台高度。

做基础设计时需要根据地质情况选择受力合理、施工方便的基础类型。按照桩基础的受力可以分为摩擦桩和嵌岩桩，但摩擦桩是在地形条件较为恶劣的情况下才采用的一种基础。在地基基础承载力较大的情况下可以采用扩大基础，节约造价。但其开挖量较大，容易造成边坡不稳，因此在开挖后需对其进行维护。

3.3 曲线桥设计

曲线桥的布梁方法有两种：加宽桥梁和弯桥折做。在设计中最常用的是在横向上适当地将桥梁进行加宽，或者对桥梁的中心线做适当的调整，以满足行车需要，比较适合应用在小跨度的桥梁中。弯桥折做主要是通过设置多条折线来代替曲线，每孔的线形都为直线，但在桥墩处需进行处理，满足折角要求。曲线桥中墩台布置形式较为多样，主要有平行布置和径向布置两种。平行布置主要用在弯桥直做的情况下，保证桥梁轴线与墩台轴线是处于相互平衡的。但如果桥梁采用的是整体式结构就很容易成为歪斜桥，因此此方法一般在半径较大且长度较短的桥梁设计中应用较为广泛。径向布置桥墩是在桥墩位置沿着曲线桥的径向做一个角度的旋转，以满足曲线行车和路线的要求。

在进行山区桥梁设计时除结合上述原则外，还需运用先进技术采用最为安全可靠的方法进行设计，确保桥梁的质量和安全性才是设计最为基本的原则。