特殊地理環(huán)境中公路橋梁設計方案探究

許 剛

（鄭州路橋建設投資集團有限公司，河南 鄭州 450003）

隨著我國科學技術的進步，大部分行業(yè)都在追求與應用先進的科學技術，公路建設行業(yè)也不例外。據最新調查，到目前為止我國人口達50 萬的城鎮(zhèn)均有高速公路連接，預計10年內，凡是人口達10 萬的城鎮(zhèn)均會連接高速公路，而這將進一步推動我國運輸業(yè)的發(fā)展。但是在公路體系發(fā)展的同時也面臨著另一個困難的事情，特殊地區(qū)（像高原地區(qū)、山區(qū)、凹地、濕地等）的公路建設并不是很理想。因為這些地區(qū)特殊的地理特征使得公路建設不易。本文將根據高速公路橋梁的特點從橋梁的橋型與路徑、上下部結構選擇等幾個方面對我國特殊地理環(huán)境中的公路橋梁設計方案進行探究。

1 公路橋梁施工特點

1.1 橋梁綜述

橋梁是跨越河流、山谷等障礙物的大型空間建筑物。按結構體系可以將橋梁分為：梁式橋、拱式橋、剛架橋、斜拉橋和懸索橋。其中，梁式橋是主梁采用鋼板做成的剛梁橋，也稱為鋼板梁橋。因為梁式橋可以就地取材，并且其耐久性好、外觀流暢，因而其整體發(fā)展也較為成熟。拱式橋具有較大的跨度，與梁式橋相比可以更有效的節(jié)省原材料，并且其設計較為簡單，因而被廣泛地使用。剛架橋是橋跨結構（梁或板）和墩臺整體相連的橋梁。因為剛架橋施工較復雜，一般用于跨度不大的城。斜拉橋是指一種由一條或多主塔與鋼纜組成來支撐橋面的橋梁。斜拉橋因為由多條鋼纜支撐橋面，因而其具有較強的穩(wěn)定性。懸索橋又稱吊橋，其主要受力部位為兩端的受力塔。相對于其他的橋來說，懸索橋可以使用更少的物質連接更長的距離。懸索橋的設計很靈活，可以適用于各種類型的地理情況。

1.2 公路橋梁施工特點

1.2.1 施工周期長、占用流動資金多

橋梁的修建本身就是一個工程浩大的項目，因而其建造必然會花費大量的人力和物力。同時由于各種形式橋梁需要不同的施工技術，所以整個橋梁施工過程都需要施工人員進行密切的配合。此外，由于受到施工地點的限制，所以整體的施工活動均受到一定的局限性，因而整個施工的周期較長，消耗的費用也較高。

1.2.2 基本上屬于露天工作

因為橋梁施工地點基本上是河流、山谷或其他有較大障礙物的特殊地點，因而橋梁的施工基本上屬于露天施工。同時，隨著社會的不斷發(fā)展，公路的交通運輸量不斷加大，所以各種公路橋梁所承擔的任務也越來越重。

1.2.3 施工協調復雜性

雖然說不同形式的公路橋梁其設計與施工過程具有特定的方案，但是由于受到地理環(huán)境以及施工條件等的限制，使得橋梁在具體施工過程中應該視具體的情況合理的對設計方案進行修改。對于施工過程中人員的安排也應該考慮到具體施工地點和施工條件對施工任務進行合理的安排，確保整個施工進度跟得上預先設想。

2 橋梁的橋型與路徑的選擇

2.1 橋型方案比較

由上文對于橋梁的綜述可以知道，按照結構形式劃分，可以將橋梁分為梁橋、拱橋和吊橋。對于橋梁橋型的選擇一般從其安全性、美觀性、施工性、經濟性等方面確定橋型的選擇。

2.1.1 適用性

橋梁的適用性主要是指橋梁可以保證人群和車輛能夠安全的通行。同時如果橋梁處于特殊的地理位置，像是跨越河流的橋梁還要考慮橋梁能夠再洪澇時具有泄洪的功能。在設計橋梁時也應該考慮到橋梁的后期維護與保養(yǎng)工作，保證建成的橋梁的使用年限。

2.1.2 舒適與安全性

現代橋梁在進行設計時，不僅要考慮到其功能，還要增加橋梁的舒適度。對于拱橋要控制好橋梁的拱起度，以及兩側的振幅，要避免相對而來的車輛由于橋的拱起過高而發(fā)生撞車的現象。安全性指的是要設計好橋梁的各個部件，使整個橋梁在使用的過程中具有足夠強的剛度和穩(wěn)定性。

2.1.3 經濟性

經濟型就是要對整個設計和施工過程進行綜合考慮，在滿足施工要求的前提下盡量的節(jié)約施工成本。橋梁的設計也要跟上時代的步伐，學習國外先進的造橋技術，同時結合自身的情況，設計出滿足需求又經濟的橋梁。

2.2 橋型的選擇和確定

對于橋型的選擇首先要處理好跨徑和橋墩高之間的關系。一般為了設計出來的橋梁更美觀，橋墩高和跨徑的比值最好控制在0.6到1之間。對于主跨較大的橋梁，在確定橋型時，應該從國內外已修建的各種橋型入手，對各種類型的橋梁的特點進行分析和比較，同時綜合考慮施工的可行性以及施工成本的控制等各個方面。若一座橋梁可選擇幾種跨徑方案，則應根據上下結構的造價確定選擇哪種跨徑方案。像三峽大橋，其主跨徑為552 m，經過綜合比較最后確定設計為，中層式鋼桁架拱橋，跨徑布置為190 m+552 m+190 m 的中承式鋼桁連續(xù)系桿拱橋。

對于引橋的設計也應當引起重視。引橋是主橋的輔助部分，其總體跨越對于工程的造價有很大的影響。在設計時應該分別從施工的難易、施工工期控制、總體工程投資、河灘段橋下行洪條件、主橋和匝道橋的結構形式搭配、軌道交通的通行方式、景觀效果等方面考慮，使引橋成為主橋的延伸。此外，還要考慮橋平面曲線的設計，要處理好橋平面曲線與上下部結構的關系。橋平面曲線的設計與布置與橋梁跨徑的大小有很大的關系。一般兩者之間具備如下關系：內外弧差和中矢高。在布置墩臺的徑向時，因受到曲率半徑、內外梁的不等梁長影響，當半徑越小時，內外梁的梁長差距也會隨之增大。對于上述關于橋梁橋型的選擇，大多數還是應該根據實際的情況進行確定，切不可胡亂的套用固有的設計模式。

3 橋梁的上部結構選擇

3.1 橋梁上部結構的選擇

橋梁的上部結構選擇的時候首先應該處理好塔橋的高度與橋梁跨度之間的關系。一般情況下，對于跨徑為200 m 的T 字形的橋梁，通常其引橋的高度控制在12 m-18 m之間，對于300 m 的跨徑橋梁，引橋高度在20 m-25 m 之間。對于不同的地理環(huán)境下的橋梁，由于其具有各自的地理特征，所以一般應按照地形的實際情況，確定一種合理的跨徑。而不應按照墩高的變化，而頻繁的改變跨徑，當墩柱的高度變化較大時，可選擇30 m同40 m進行組合的跨徑，或者20 m 同30 m 進行組合的跨徑。若一座橋梁可選擇幾種跨徑方案，則應更加上下結構的造價確定選擇哪種跨徑方案。

3.2 橋梁上部結構施工技術

對于橋梁上部的施工，應該首先按設計的需要，將施工場地進行清理，完善好施工排水系統和用電系統。然后要根據橋梁的大小確定預制臺座的長度、數量、尺寸，臺座應堅固、平整、不沉陷，表面壓光。因為橋梁的承力臺是整個橋梁的核心部位，承載著整個橋梁的重量，因此，要確保其具有足夠的強度和穩(wěn)定性。當跟鋼筋同時張拉時，其初應力要保持一致，活動橫梁始終和固定橫梁保持平行。

此外，還需要將預應力筋（鋼絞線）按計算長度切割，在失效段套上塑料管，放在臺座上，線兩端穿過定位鋼板，卡上錨具，用液壓千斤頂單束張拉，先張拉中間束，再向兩邊對稱張拉。如果在施工過程中使用吊機運輸混凝土，在對混凝土進行攪拌時，要注意檢查合格的充氣膠囊安裝就位，用定位箍筋與外模聯系，上下左右加以固定，防止上浮，同時綁扎面板鋼筋；然后對稱、均勻地澆膠囊兩側混凝土，從混凝土開始澆筑到膠囊放氣時為止，其充氣壓力要始終保持穩(wěn)定；最后澆筑面板混凝土，振平后，表面作拉毛處理。橋梁上部結構的施工與下部的施工有著密切的關系，一般在下部設計結束后再進行上部結構的設計，如此能確保橋梁的整體性。

4 橋梁的下部結構選擇

橋梁的下部結構一般在指的是橋臺和橋墩結構。橋臺結構一般有輕型橋臺、鋼筋混凝土薄壁橋臺、埋置式橋臺。輕型的橋臺其自身體積較小，臺身直立，在臺下部設置鋼筋混凝土來支撐整個橋梁。薄壁輕型橋臺是由帶有支撐墻壁的前墻和側墻以及底板構成。該種橋臺其頂部豎直，兩壁垂直。使用這種橋臺可以有效地擴大橋基，增大橋身的壓力。埋置式橋臺，顧名思義就是將臺身埋在錐形護坡中，如此一來氣態(tài)所受到的來自橋身的壓力就會大大減小，因而橋臺的體積也會相應的減小。一般埋置式的橋臺是屬于永久性的設施，因此在設計時應該事先計算好其受力，確保其使用年限。

橋墩一般包括柱式橋墩、重力式橋墩、鋼筋混凝土薄壁橋墩。柱式橋墩由于其自重輕，結構穩(wěn)定性好、設計和施工簡單因而被廣泛地使用到公路橋梁的施工建設中。重力式橋墩是利用自身的恒載來平衡偏心力矩，從而保證橋墩的穩(wěn)定性。重力式橋墩在建設中可以不采用鋼筋結構，僅使用天然的巖石混凝土筑成即可。鋼筋混凝土薄壁橋墩與鋼筋混凝土薄壁橋臺相對應。在選用墩臺是應該注意以下幾個方面：首先，在施工比較難的地段應盡量減少樁基的數量。如果因為樁基過少而使承載力過低，可以適當的增加樁基的半徑，加大其受力面積；其次，橋臺應該遠離松軟的河邊。因為軟土地的橋墩其在受力過程中會出現形變，會產生不可預料的危險。因此在設計樁基時除了考慮到其承載力外，還應該考慮其受力的范圍，盡量橋墩樁基靠近地址較為堅固的地帶；最后，對于陡坡上的橋墩，由于兩邊的橋墩的高頓受坡度的影響會有很大的差別，因此，在設計時要引起重視。一般情況下，對于陡坡上的橋墩可以在較矮的橋墩上安置一定高度的套筒。通過增加橋墩的高頓來縮短兩個橋墩的差距。

5 結束語

在山區(qū)、高原地區(qū)、濕地等特殊的地理環(huán)境中修筑橋梁需要客服眾多的困難、地理環(huán)境的惡劣、地質條件的多邊、水文特征以及周邊的環(huán)境等均會為公路橋梁的設計帶來巨大的困難。在實際的施工中應該根據具體的環(huán)境、橋梁的功能以及公路橋梁的設計特點等，經過實地考察后確定最佳的公路橋梁設計方案，確保橋梁能夠按時建成并運用到實際的交通運輸中。

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