山区高速公路桥梁设计的关键问题讨论

文/何国星，中煤科工集团南京设计研究院有限公司

基于山区的地貌地形及地质情况，山区高速公路在连接方面存在较大的难题，科学合理的进行高速公路桥梁设计十分关键。

1 山区高速公路桥梁设计的主要特征

通常情况下，山区地理环境严重影响着该区高速公路桥梁的建设及设计。山区高速公路本身有着地形复杂、地质复杂等特点，这是进行高速公路桥梁设计中的重点问题所在。施工前期应该实施全面的实地调查，之后根据实地调查科学实施图纸设计；设计中应该严格保证桥梁施工的安全性和稳定性，增强工程质量，保证后期运营安全；另外，设计过程应该严格确保相关规范要求，具体施工过程针对技术和质量的精度要求很高，所以工程师应该精准计算各项数据，尽可能降低误差。

2 山区高速公路桥梁设计的关键问题

2.1 山区桥梁基础设计问题

桥梁基础设计与桥梁的施工质量和使用性能密切相关。在实际施工中常采用的墩台基础形式有两种：桩基础和明挖扩大基础。明挖扩大基础通常用于地质条件好，地质稳定、坡度较小的浅基础桥梁位置。如果地质过于松软，承载能力比较低时，可以使用桩基础施工技术。桩基础设计的关键在于保证单桩承载力，采用的控制指标为摩擦桩的长度；嵌岩桩采用的控制指标有两个：基岩强度和嵌岩深度。除此以外，由于山区地区的生态环境和地理环境极为复杂，必须根据具体的勘察结果来进行桥梁的设计，并且需要尽可能不破坏附近的生态环境。

2.2 桥梁上部构造设计问题

在山区桥梁实际设计中，一般会采用的方式就是跨径桥梁，这种方式设计的桥梁具有显著的优势。在具体的设计过程中，一是要将桥墩高度和桥梁主体跨径之间的关系处理好，应将主跨径和墩高的比值控制在0.618-1的范围里，考虑桥梁整体美感。在设计时更要考虑地形地势起伏情况，科学选择桥梁跨径，严禁频繁改变跨径、墩高，可选择20m和30m、30m和40m的桥梁组合式跨径。二是要将桥梁上部构造和整体桥梁平面曲线半径的关系处理好，按照桥梁的平面曲线半径的变化适当变更桥梁内外梁长，在不改变梁长的前提下科学加长帽梁、封锚端，适当加长桥梁现浇连续断面。

2.3 桥梁下部桥墩设计问题

针对高度比25m小的低矮桥墩，在设计时要选择圆端形或矩形的薄板式桥墩、方柱或圆柱的柱式桥墩，而山区高速公路桥梁设计多选择柱式桥墩，原因在于柱式桥墩能更和谐地对接桥梁上部结构，有更强的抗压能力，薄板式桥墩则广泛应用于高速公路的互通式立交桥梁设计，使桥梁更美观；针对高度为25m-40m的中高桥墩设计，适宜选择厚板式实心桥墩，只是施工难度较大，不过桥墩整体能均匀受力；针对高度超过40m的桥墩设计，适宜选择薄壁式空心桥墩。这就需要设计人员对山区高速公路桥梁的上部结构、墩高以及地形对施工的影响等因素进行综合考虑，优化设计桥墩。

2.4 桥梁下部桥台设计问题

在山区的高速公路中修建桥梁桥台可以采用三种方式，分别是肋式台、柱式台以及重力式U型台等。肋式台填土的范围低于12m，而且适用范围也比较广泛；而柱式台填土的高度在5m内，并且其联长低于150m；最后，重力式U型台需要的填土范围4至10m。按照《墩台与基础》相关规定可知，U台控制中填土的范围是4至l0m，而U台高度需要控制于10米内。在山区桥梁中U台特征是纵向、横向的坡陡，因此，为了能够更好地适应地形情况，可以通过减少开挖的方式，从而有效节约山地圬工的方量，并U台设计中增加合理的台阶。

2.5 曲线预制梁桥梁及梁板

山区高速公路桥梁设计应该合理遵循因地制宜原则，根据当地的建设环境，在曲线上的桥梁，能够使用桥面铺装来调节平纵坡组合后桥面超高横坡的影响，以最少处大于8cm，最大处小于13cm为限，下部盖梁设计实施正做斜置的方法。一般情况下，山区高速公路桥梁项目基于施工环境特点，应用预制结构形式的桥梁最具有实用性。因为山区地理环境的影响，高速公路桥梁结构大多是曲线型结构，所以经常利用调整内外梁片的悬臂长度来完成曲线桥梁的上部设计，从而令曲线预制桥梁的设计更加科学合理。总的来说，在实施山区高速公路桥梁设计时，应该全面按照桥梁现实性、安全性、稳定性及规范性等基本特征对设计内容实施科学修正完善。

2.6 桥梁防滑坡的设计问题

山区高速公路桥梁的防滑坡设计应坚持预防为主、治理为辅的原则。在防滑坡设计中应优先选择减载、反压、地面排水以及地下排水等易操作效果显著的措施，尽量在旱季设计治理山区高速公路桥梁滑坡。另外要做好减载和反压。减载和反压都属于土石方工程，其操作简单，但是为了避免在具体施工中出现质量问题，要求减重的位置在牵引段和主滑段；反压工程应该填在抗滑段以下，同时保证自身稳定和滑坡不越顶滑出。此外，目前在大型滑坡设计中广泛运用抗滑桩代替抗滑挡墙。应当注意选用抗滑桩，并且要求抗滑桩设计的中，最好选择锚索抗滑桩，锚索长度一般为30m-50m。除了设置抗滑桩之外，还可以设置两根或三根组合形成排架桩、刚架桩。

2.7 钢筋混凝土的结构问题

钢筋混凝土结构的耐久性与建筑的质量和稳固性密切相关。钢筋与结构的抗拉强度相关，混凝土与结构的抗压强度相关，同时混凝土还起到保护钢筋的目的。所以如果钢筋和混凝土出现问题会影响混凝土结构的耐久性。钢筋的问题主要体现在锈蚀方面，这一问题是因为电化学反应造成的，而引起电化学反应的原因有很多，比如混凝土的材质、外界环境、钢筋自身的分子结构等。混凝土方面最主要的体现就是自身性能的衰退，混凝土在使用中会受到各种外界因素的影响，进而致使混凝土的成分结构出现变化，出现开裂、膨胀、变形等情况。在当下常使用的保护方式有以下几种：电化学保护、为钢筋涂抹防锈剂、在混凝土外层涂抹保护剂、使用高性能混凝土等等。

3 结语

总的来说，山区的地形及自然条件相对较为复杂，因此山区高速公路桥梁设计工作难度很高，在设计中要重视山区桥梁设计的几个关键问题。

[1]蔡昌明.探讨山区公路桥梁设计应该注意的问题[J].黑龙江交通科技，2014.