山区高速公路桥梁设计关键问题研究

刘万昌

（江苏中设集团股份有限公司甘肃分公司，甘肃兰州 730000）

0 前言

在山区修建高速公路桥梁本身与常规的施工环境不同，山区自身地形与地质情况十分复杂，存在横坡变陡和地面高差大等特征，施工过程中山体滑坡和山体崩塌等灾害发生概率较大。在进行线路布设期间，因为地形的特殊性，路线平面、纵面和横断面都会存在一定的限制，由此也普遍的表现出纵坡大、平面曲线多等特征。为了保障所设计的高速公路能够提升与现场地形的相互适应性，在高速公路桥梁建设期间也需要建设更多的弯坡桥梁和更大规模的高墩桥梁，并且也需要设置更多的墩台结构，还需注重各个部分细节的构造优化，提升其与地形和地质之间的协调性，尽量避免出现滑坡等严重事故。

且由于我国本身的地域十分辽阔，地形也多以山地和丘陵为主，在建设高速公路期间本身具有十分复杂的问题，而桥梁作为其中的关键工程内容，设计难度也会明显提升。所以根据山区的实际地形特征与特点，对桥梁的设计工作深入研究有着十分必要的意义。

1 山区高速公路桥梁设计的原则

结合目前我国大量的山区高速桥梁建设的案例分析，此领域中包含各种类型的桥梁形式。因此要想保障整个桥梁结构的安全性，需要将合适的结构形式选择作为关键点，根据其内部的构造特征选择适合的优化措施。结合工程相关规范分析，山区高速公路桥梁建设可分为两大部分：

（1）上部结构部分。需要对现场的地貌特征进行详细分析，以分析结果来确定最佳的结构型式，这种结构型式对于整个桥梁的使用情况会带来最为直接的影响。所以需要必要的合理设计[1]。

（2）下部结构部分。设计工作需要将桥墩台的设计作为重点。

根据对山区高速公路的路线走向和不同的山区桥梁特点分析，在设计期间需要遵循的原则内容如下。

结构安全：山区高速公路桥梁施工现场的地形和地貌十分复杂，多变性特征明显，桥梁在风、雨、雪等严苛的天气条件下需要具备一定的稳定性；且还需注重刚性梁与柔性梁的科学分配。

可操作性良好：施工条件本身不够良好，难以有效运输相关设备和原材料。因此可选择中小跨径的构件，并且各类型的结构加以协调，提升施工效率。

成本低：由于山区高速公路桥梁本身的地质情况十分复杂，要求运输和设计规模较大，因此需要结合现场勘察和自身施工能力，选择经济效益最大化的方案进行施工作业。

观赏价值高、和自然环境协调：所建设的桥梁不仅需要具备正常的使用功能，还需要满足其美观性和与自然协调性的要求，不能大面积的破坏植被和自然环境。

2 工程背景及分析

某山区高速公路桥梁建设，本次工程设计总长度为437.395m，采取装配式预应力混凝土连续箱梁，长度为30m，规格为14孔，下部结构采用双柱式桥墩进行设计，每个桥墩的下部均设置支座，利用橡胶材料设计，整个壳体的端部桥台均设置支座。

本次桥梁设计荷载为：公路-Ⅰ级；

桥面设计宽度：0.5m+净14.75m+0.7m。

（1）计算下部墩柱的水平力。根据本桥体墩柱的形式和自身设置支座的方法，利用1.6m 和1.8m 的墩柱直径进行设计，高度最高设计为28m。在对本桥桥墩设计过程中，出于对墩台柔性考虑，结合水平作用力下桥墩能够产生位移，而根据上部结构的传递会促使整个桥梁中的桥墩共同承担水平作用力，保持桥梁的稳定性[2]。由此，将本次设计的力学模型取桥梁第二联位置，然后其分配水平力的方法采取集成刚度法。

（2）在对下部墩柱进行分析期间，温度变化和汽车制动会共同对墩柱产生水平方向的作用力，而所采取的集成刚度法就是根据相关计算来得出各个墩台的刚度以及联桥总抗推的刚度数值，根据二者对比比例来分配联桥温度力与制动力，随后再将每个墩台中所受到的水平力加以计算，再计算出每个墩台所能够承受的最大弯矩，最后将墩台竖向受力进行计算，再结合计算配筋的数值和验算裂缝的数值，完成下部墩台结构的整体设计。

3 桥梁桩基础设计

根据该桥梁建设的实际内容要求，需要对其桩基础进行计算，进而为其设计出更加稳定、使用寿命更长的桥梁建筑。

3.1 桥位所处区域地质情况

经过前期地质钻探的分析，该桥址的上部分位于该市的断裂束内部，该断裂束内部已经发育成为北西向的构造形式。同时本次工程高速公路沿线组成地层的结构为全、强、弱与微风化粉砂岩加上亚粘土层所组成，丘陵地区的剥蚀性特征十分明显。

3.2 计算结果

1 号桥墩桩设计过程分析。在对桩长计算过程中，需要先对本桥址处的地质情况进行详细观察，并且还需根据该地区的地质构造情况来设计桩基长度和桩基性质，根据其位置判断，选择最近的钻孔来计算具体桩基的长度值。

结合本次工程所处于的区域地质情况分析和地层情况勘测以及桥位区域的地质勘测，可以明确该桥位内存在复式褶皱的形式，且位置于北东50°，且断层存在于3 与4 号桥墩位置。该分区属于下石炭统碎屑岩情况，基层岩石为下石炭统泥质粉砂岩和石英砂岩所组成。且由于本身该岩层的岩石单轴抗压强度Ra 值相对较大，因此需要根据嵌岩桩计算公式来计算出在微风化岩面上，底部支撑所能够达到的出承载力数值。最后为了能够保障嵌岩桩嵌入深度符合要求，需要考虑将嵌岩桩嵌入的深度定在5m到4m的范围内。

对桩长度进行计算。在上部结构计算基础上和对1号桥墩桩位置分析，该位置单桩桩顶力可以被设在5163.0KN，且结合所计算的摩擦桩取值24m，由此也可得出此位置单桩自身的承载力为：

所以设计桩长取24m满足设计要求。

3 号和4 号桥墩桩位处于地质断层上，由上部结构计算可以得出，3号桥墩位置需要的单桩桩顶力为5163.0KN，以桩基嵌入到微风化层2.5m进行计算，估计设计桩长为17m，单桩承载力计算得出为49989.0KN，大于5163.0KN，满足设计桩长需求。

4 结语

综上所述，山区高速公路桥梁建设本身由于山区环境复杂，施工难度较大，因此在实际设计中，需要严格遵循最新的桥梁工程规范，形成科学的设计方案，以确保桥梁稳定与安全为基本目标，尽可能提高其经济效益。