山地高速公路标准化跨径桥梁设计

魏周博

（甘肃天成道桥勘察设计有限公司，甘肃 兰州 730200）

1 引言

我国很多桥梁设计师在进行桥梁设计时，会综合考虑多种影响因素，选择最为合适的标准化跨径桥梁方式，标准化跨径桥梁的结构符合标准，同时，还可以为其他桥梁的建设提供有效的参考依据。桥梁建设机械化水平较高，我国桥梁建设主要采用的是标准化跨径桥梁并结合预定安装技术，该技术的应用提高了我国桥梁建设的质量和效率。

2 山地高速公路标准化跨径桥梁设计的特点和原则

2.1 山地高速公路标准化跨径桥梁设计特点

山区地形、地势复杂多变，进行高速公路桥梁施工的过程中很容易受到地势和地形的限制，影响高速公路桥梁施工质量。另外，山地区域生态环境比较脆弱，高速公路周围的自然景观和公路桥梁景观在融合方面有一定的困难。山地区域的地质条件复杂多变，很多岩石都有风化的情况，甚至一些地区还出现陡崖、滑坡、岩溶和泥石流等情况。受到这些不良地质的影响，使得高速公路桥梁设计和建设难度增加，甚至给桥梁的基础设计和施工带来很大影响。

山地区域的地形多变、地面变化和差距比较大，在高速公路建设过程中需要沿溪展线，施工线路会多次经过河岸地区、桥梁和隧道交替出现，穿山跨河。这种自然环境的影响，造成高速公路的设计和施工呈现出桥梁和隧道相连的情况，并且小半径平曲线的桥梁、大纵坡、错幅桥梁和半路半桥性的桥梁施工比较多，桥梁的桥墩结构也相对复杂多变。另外，山地区域的地形起伏比较大，沟壑纵横，施工的自然条件比较复杂，很多大型机械设备无法应用，在桥梁施工过程中难度很大。预制安装桥梁工艺的标准化跨径桥梁可以更好地适应这种地形和地势，为山地高速公路桥梁施工创造便利。因山地区域的高速公路桥梁施工受自然环境的影响比较大，所以，在设计和施工的过程中需要充分考虑到自然环境的影响，尽量减少对大型山体的挖填作业，要根据土方调配、隧道弃渣、地形条件变化情况等选择合适的高填方路基。

2.2 山地高速公路标准化跨径桥梁设计原则

在进行高速公路标准化跨径桥梁设计时，要根据山地高速公路桥梁的特点，遵循标准化跨径式桥梁设计原则。

（1）在进行桥梁设计的过程中，要时刻谨记安全、经济、实用、美观和环保的总原则。

（2）在大桥和控制性特大桥桥位设计时，需要从桥梁设计的专业性，结合高速公路线路来综合考虑、优化设计方案。

（3）根据桥位纵线、平线和高跨比，科学合理地进行补孔，以美观为出发点选择高跨组合形式，同时，还要综合考虑桥梁下部的刚度情况，在满足小半径平曲线桥梁受力需求和大纵坡桥梁结构受力需求的基础上，尽量避开人工构造物、机耕道和冲沟。

（4）要结合桥梁桥位的地形情况和地质情况合理选择墩台位置，也可以通过错幅桥梁和半路半桥的方式来实施，避免出现墩台位置和山体冲突的问题，同时，避免因台尾陡坡短距离填方造成山体地质病害问题。

（5）高速公路桥梁的选型需要因地制宜，并根据高速公路桥梁项目建设地区的自然环境、桥位施工条件、材料供应、工期和工厂造价等情况进行综合性的考虑和设计，实现结构形式的统一和有效结合。需要借助于装配式、标准式和工厂式的标准化跨径桥梁设计方式进行高速公路桥梁设计施工。

3 山地高速公路标准化跨径桥梁设计分析

3.1 桥梁上部构造设计要点分析

在对山地区域高速公路标准式跨径桥梁上部结构进行设计时，需要严格按照公路工程技术标准中的相关规定设计桥梁结构。结合公路桥涵通用图综合考虑桥梁施工的安全性、适用性、经济性、环保性和美观性，以此来提高山地区域高速公路桥梁设计施工的安全性和稳定性，提高我国资源的利用率。

3.1.1 桥梁标准式跨径的选择

在对山地高速公路标准式跨径桥梁设计的过程中，除了要考虑工程造价等因素，还要考虑桥梁设计的美学因素。通常情况下高速公路桥梁高跨比要在0.618～ 1之间，但是桥梁的高跨比也需结合桥梁施工的位置、地理形势和地质情况等进行综合性考虑，在实际设计和施工过程中要进行综合性分析，根据实际施工情况进行优化和调整。另外，如果桥墩的高度控制适宜，那么，桥梁的跨径可设置为40m，虽然美观性不会很好，但40m的跨径可以更好地满足吊装机械设备的施工，从而节约施工成本，提高经济效益。

3.1.2 桥梁上部结构形式的选择

高速公路桥梁上部结构主要包括行车道、栏杆和人行横道、桥梁跨越部分的承载结构、桥梁的支架结构等。在标准式跨径装配桥梁时，需要对桥梁主梁的主要承重结构进行综合性研究。桥梁的主梁结构类型比较多，从横向连接方式来看，有湿接缝进行连接的小箱梁和T梁，其中连接的方式主要以空心板为主。不同的主梁结构采用不同的连接方式，以减少一些不必要的损失。如果桥梁的跨径比较小，且两个桥墩之间的距离在20m以内的话，则可以使用空心板。

3.1.3 大纵坡桥梁设计要点

一般情况下大纵坡桥梁的坡度都比较大，坡度大会增加施工的难度，因为桥梁施工不仅需要关注桥梁的稳定性，还要避免桥梁两侧出现移动，设计施工人员需要从以下几个方面来进行重点分析。

①桥梁的底部要具备很强的承载能力，要对桥梁的基底结构进行调整和优化。

②要综合考查桥梁施工的地理位置、周围地形、地质和环境情况，聘请专业地质勘查研究人员对桥梁周围的施工环境情况进行分析和总结，提供桥梁设计施工的专业性意见和建议，提高桥梁结构的稳定性和安全性。

③有效控制桥梁桥台的背墙，计算和分析不同坡度情况的桥台背墙，合理控制和调整桥梁倾斜度。

3.2 桥梁下部结构设计要点分析

高速公路桥梁下部结构包括桥墩、桥台和桥梁三部分，而这三部分的设计需要根据山地高速公路桥梁上部结构形式、山地区域的地质、地形、地势、河流、山谷等断面变化情况和桥梁位置的工程地质情况来进行综合性考虑。

3.2.1 桥梁、桥墩设计

山地区域高速公路标准式跨径桥梁桥墩的设计需要结合施工地形、地质、桥墩高、桥墩上部结构形式等情况，选择合适的桥墩形式，常用的包括圆柱墩、方柱墩、薄壁墩等。

①圆柱墩。圆柱墩的施工比较方便，一般情况下，圆柱墩的墩高不会超过35m。同一座桥梁的桥墩高矮如果差距比较大时，桥墩的柱径可以不同，但尽可能减少不同柱径的选择，以便于后期施工。另外，还要根据桥墩墩身的刚度情况和桥梁的抗震性，选用横向桩顶系梁和主间系梁的方式。山地地区斜坡上的桩顶系梁需要设置在比较高的位置，另外一端需要和柱间进行连接，以减少挖方量。

②方柱墩。方柱桥墩的墩身刚度较大，比圆柱墩的受力性能好，但在施工工序方面比较复杂，并且桥墩墩身和桩基之间需要用承台进行连接，在山地区域进行施工过程中，山体的挖方量就会大大增加。所以，方柱墩在山地高速公路桥梁施工中的使用较少。

③薄壁墩。薄壁墩的墩身高度在35m以上时，其稳定性会较强，墩身的高度在35～ 50m时，施工最为方便，薄壁墩的截面多为实心；如果墩高在50m以上，就需要采用等截面或变截面的空心墩，以保证墩身高度。

3.2.2 桥台的设计

山地区域高速公路标准式跨径桥梁桥台的设计主要是根据桥台位置的地形、地质等自然情况，通常采用的桥台有桩式台、肋板式桥台、轻型一字台等。桩式台需要桥台位置的地形可以设置台前锥坡，桥头填土高度在6m以内时，可以选择桩式台桥台，但如果桥头位置的填土高度大于6m时，需选择肋板式桥台。如果桥台纵向地面坡度比较陡时，需根据桥梁布孔情况选择桥台位置，选择轻型的一字台或桩式台。桥台位置的地面是横向坡度时，则需选择组合式桥台。

3.3 基础设计

山地区域高速公路标准式跨径桥梁的基础设计和地势平坦地区的公路桥梁基础设计基本相同，不同的地方是山地区域高速公路桥梁的基础要考虑施工的便利、地形地质的变化，来选择不同类型的基础设计。如果桥梁的桥墩处于陡坡位置时，需要控制基础开挖的工作量，并选择不同桩顶高的桩基础。计算桩长时，需要准确计算桩和地面陡坡边缘2.5倍桩径的水平安全距离，如果比水平安全距离小，则应严密控制岩层的倾向和稳定性。

挖掘孔桩时，桩径要大于1.2m，选择地下水较少、土层地质比较密实或风化岩层。孔桩的挖掘深度要根据桩直径的大小来选择，通常情况下孔桩的深度不能大于30m。

4 结语

山地区域高速公路桥梁设计要严格按照桥梁设计安全、适用、环保、经济、美观的原则，结合标准式跨径桥梁施工特点科学合理设计桥梁上部构造和下部构造，灵活把控桥梁的设计方法，选择科学合理、安全可靠的设计施工方案，提高山地区域高速公路标准化跨径桥梁设计施工质量和效率，推动我国高速公路桥梁设计的发展。