山區(qū)高速公路橋梁設計關(guān)鍵問題分析

楊芬 張華

摘 要：我國山區(qū)面積眾多，在山區(qū)進行公路的修建，其難度要遠大于平原地區(qū)，由于地形地質(zhì)條件的影響，在整條高速公路中橋隧占據(jù)較大的比例。為此對山區(qū)高速公路橋梁修建過程中在設計階段所存在的關(guān)鍵問題展開研究具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：山區(qū);高速公路橋梁;設計;關(guān)鍵問題

1 山區(qū)高速公路橋梁設計綜述

1.1 山區(qū)高速公路的特點

我國山區(qū)、丘陵分布廣泛，其在全國總體面積中占據(jù)了70%以上的比例。不同于在平原地區(qū)進行高速公路橋梁的修建，在山區(qū)進行高速公路修建的過程中，需要重點考慮到地形、地質(zhì)、水文以及生態(tài)等多個方面對路線選擇和設計過程的影響。其中地質(zhì)勘察時進行山區(qū)高速橋梁設計之前的重要一步。從技術(shù)標準方面進行考慮，在修建山區(qū)高速公路時，除了需要考慮到公路路網(wǎng)規(guī)劃、擬修建的公路對于整個路網(wǎng)的地位以及作用之外，還應當有該區(qū)域的自然條件、正確的處理技術(shù)標準與自然條件之間的關(guān)系，與此同時還應當盡可能地保護區(qū)域的自然環(huán)境，在此基礎(chǔ)之上來擬定技術(shù)標準[1]。在路線方案方面對于平原區(qū)的高速公路路線方案設置自通常只是注重區(qū)域網(wǎng)的管理，重點關(guān)注的是路線的順接程度以及拆遷和占地等方面。不同于平原地區(qū)，在山區(qū)修建高速公路，更加注重的是地形、地質(zhì)、水文、生態(tài)環(huán)境保護、取土和棄土的方案等。在技術(shù)指標方面，山區(qū)高速公路更加強調(diào)自然條件相結(jié)合。在地質(zhì)勘察方面，山區(qū)高速公路的修建一方面需要重視特殊土質(zhì)，另一方面還需要能夠加強對滑坡、泥石流、崩塌等多方面災害的勘察，而這些地質(zhì)問題會對公路的選線產(chǎn)生決定性的影響。在工程造價方面，由于山區(qū)的地形更為復雜，修建的難度也會更大，需要的成本也就會更高。

1.2 山區(qū)橋梁的特性及設計的總原則

1.2.1 山區(qū)橋梁的特性

山區(qū)最大的特點就是地形地質(zhì)以及水文條件復雜，地面的高差也較大、橫坡較陡，而且還存在著數(shù)量較多的滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災害，而路線的布設則會嚴重受到這幾個方面的影響。對于山區(qū)的高速路線通常需要跨越較多的溝壑，因此也就會應用較多的半邊橋、高擋墻等，且橋梁的墩往往會更為高大，墩臺的形式也會更加的復雜。

1.2.2 山區(qū)橋梁設計總原則

對山區(qū)的橋梁進行設計時需要考慮到的因素往往要比平原地區(qū)修建橋梁要更多，除了要考慮到恒載、活載、地震荷載以及施工荷載外，還需要增加強風荷載、雪荷載以及凍脹力和水力綜合作用下對橋梁所產(chǎn)生的影響。大跨徑的橋梁在進行下部結(jié)構(gòu)的設計過程匯總，剛度分配以及穩(wěn)定性分析是其中最為關(guān)鍵的部分。在山區(qū)進行橋梁的修建，材料的運輸是需要重點考慮的因素，在山區(qū)大型機具以及預制件的運輸極為不便，所以在設計的過程中對結(jié)構(gòu)物的安排需要合理的進行分配，盡可能的在運輸不方便的區(qū)域設計中小跨徑的結(jié)構(gòu)物[2]。在山區(qū)進行橋梁選線時應當盡可能的避開需要大填大挖的地段，一方面能夠減少不良災害的發(fā)生，另外一方面還能夠減少對植被和河流的破壞?？偠灾?，山區(qū)橋梁的設計需要遵循結(jié)構(gòu)安全、使用舒適、經(jīng)濟可行、施工養(yǎng)護便捷的原則。

1.3 山區(qū)高速公路橋梁設計要點

山區(qū)高速公路橋梁的特點是公路彎坡橋、墩臺較高、跨度較大、墩臺形式眾多。橋梁的設計主要還是分為三個部分，分別為上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)以及基礎(chǔ)。上部橋型的選擇通常需要依據(jù)跨徑及造價來進行選擇，盡可能的選擇施工方便、成本合理、預制裝配化的結(jié)構(gòu)。對于下部結(jié)構(gòu)，主要就是橋梁墩臺的設計，墩臺的類型較多，不同類型的墩臺有著不同的特點和適用范圍?；A(chǔ)方面，山區(qū)高速公路橋梁通常是選用擴大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)，在地質(zhì)良好的地段通常會選用擴大基礎(chǔ)和嵌巖樁，而對于地質(zhì)情況較為復雜的區(qū)域通常會選擇摩擦樁。防水設計是橋梁設計施工階段需要重點考慮的一部分，如果未能考慮到防水設計或者防水設計做的不到位，就會在降雨的情況下引起路面的積水，嚴重的損壞橋梁結(jié)構(gòu)的強度、剛度、承載力以及耐久性等，影響到公路橋梁的正常運營。所以做好公路橋梁的防水設施非常重要。為了能夠達到良好的防水效果，一步安會選擇質(zhì)量有保障的防水鋼筋混凝土材料以及其他的防水材料，以防混凝土發(fā)生滲漏等現(xiàn)象。

2 山區(qū)曲線預制梁橋預制梁、板布設問題

由于預制結(jié)構(gòu)的設計簡單、施工便捷、造價相對更低，使得其在山區(qū)修建高速公路橋梁中應用廣泛。預制結(jié)構(gòu)橋梁在進行方案擬定時一般會選用孔跨布設中小跨徑，上部結(jié)構(gòu)采用標準化、裝配式的形式。在對孔跨徑進行設計時需要充分的考慮到跨徑和墩高之間的關(guān)系?？招陌?、預制小箱梁以及預制T梁式預制結(jié)構(gòu)橋梁截面常用的形式。三種形式的截面特點不同，空心板目前的施工技術(shù)較為成熟、造價相對也更低，但是該種截面的跨徑更小，不能夠適用于峽谷較深的情況，否則容易出現(xiàn)高跨比不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象，會增加高墩、支座的數(shù)量，其造價維護費用也會由此增大[3]。因此在地形平緩、填土較低的區(qū)域，且橋長較短的情況通常會應用空心板。相比于整體式箱梁，預制T梁的造價會略低，而且在中等跨徑的情況應用更為廣泛，但是預制T梁也有一些缺點，主要是抗扭和梁體平衡受力方面性能較差，所以對于曲線梁不適用預制T梁、而對于預制小箱梁其抗扭能力較強、整體性較好，能夠?qū)⑵鋺糜谥械瓤鐝降臉蛄褐??？偠灾?，橋梁預制方案的選擇需要結(jié)合結(jié)構(gòu)的受力、施工條件、造價經(jīng)濟等綜合進行考量。

待選定好預制結(jié)構(gòu)方案再來確定預制板梁的布設情況。在平曲線中布設直線的板和梁，會使得在細節(jié)方面產(chǎn)生較多的矛盾。不合理的布設板梁不僅會降低施工的效率，還會增加施工的難度，滯后施工的進度，因此合理的解決上部構(gòu)造梁、板布置與平面曲線之間的關(guān)系是較為重要的一步。當各個墩臺等角度進行布設時，橋墩的中心線與交點切線所成的角度相等，但是橋墩和墩臺的中心線并不是平行的當遇到曲線半徑過大的情況，梁長變化值可以通過控制現(xiàn)澆梁的長度以及橫梁的寬度來進行。如果曲線的半徑較小，內(nèi)外的弧差較大，能夠造成內(nèi)外梁的差別較大，可以通過變梁長法來控制由于曲線為引起的梁長變化。

3 橋梁結(jié)構(gòu)化設計

從本質(zhì)上來講，結(jié)構(gòu)化是針對軟件開發(fā)的一種方法，其中主要包括了分析、設計、應用等多個環(huán)節(jié)。而結(jié)構(gòu)化設計也是一種面向數(shù)據(jù)流的設計方法，是將所有的設計目標進行綜合的評估，最終確定出目標結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)在分析和設計過程中均是按照由上至下的順序，以正確的原理和技術(shù)作為支撐，相關(guān)的設計方式采用了信息屏蔽、模塊化和局部化處理方式[3]。與傳統(tǒng)的設計相比，結(jié)構(gòu)化設計對橋梁的分析更為全面，可以將橋梁的每個構(gòu)件、每個部位都能夠納入設計的考量當中，通過構(gòu)建和計算相關(guān)的模型，從多個角度來分析和研究不同類型的橋梁模型，來對橋梁的設計方案進行優(yōu)化，結(jié)合工程的實際狀況選擇最佳的設計方案與圖紙。同時也能夠確保最終的設計方案為最優(yōu)的狀態(tài)，也為公路橋梁的施工做出了指導。此外通過結(jié)構(gòu)化設計也能夠保證橋梁建設的可靠度，結(jié)構(gòu)化分解與整合是結(jié)構(gòu)化設計的關(guān)鍵所在。通過對各類數(shù)據(jù)進行匹配，確保每個構(gòu)件的合理設置以及橋梁整體的穩(wěn)定，確保其荷載效力以及抗力能夠滿足設計的要求，對橋梁設計中可能遇到的不確定因素都進行了有效的預防，進行合理的優(yōu)化處理，逐步提高橋梁的使用性能以及耐久性能。進一步的明確了結(jié)構(gòu)有效性的標準，確保橋梁在建設過程中以及后期的運營過程中的安全性[4]。

在進行結(jié)構(gòu)化設計時需要遵循科學性原則，公路橋梁設計時需要合理的選擇結(jié)構(gòu)以及橋梁橫截面等配置，確保橋梁設計的科學性和有效性。在能夠保障橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的條件之下，可以對結(jié)構(gòu)的位置進行適當合理的調(diào)整，優(yōu)化其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。盡可能的在最大限度上使橋梁的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較少的故障，保證橋梁結(jié)構(gòu)更加的安全、科學、可靠、合理。簡約化及整體性原則，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計，在確保穩(wěn)定性的基礎(chǔ)之上，對路徑進行優(yōu)化，確保能夠通過簡單的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)應力的傳，將結(jié)構(gòu)中所承擔的重量進行有效的分散，提高結(jié)構(gòu)的強度。通過簡約化的設計一方面能夠提高結(jié)構(gòu)的強度，另一方面也能夠減少所需的施工材料，降低投資成本，提高施工的效率。在結(jié)構(gòu)化設計時需要結(jié)合整體性的原則，充分的了解項目的具體情況、橋梁的特征以及相關(guān)的優(yōu)勢，最大程度的發(fā)揮各個結(jié)構(gòu)的特征以及優(yōu)勢，保證橋梁整體性和安全性的要求，提高橋梁的承載力。綜合性及連續(xù)性原則，在對橋梁的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化時，需要綜合橋梁的實際情況，整合橋梁的材料與結(jié)構(gòu)特點。不同的結(jié)構(gòu)，所處的位置也不相同，材料也有一定的差別，在進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，需要對每個位置的材料屬性都進行充分的考慮，合理的選擇建筑材料，充分發(fā)揮其最佳的性能。對于不同的結(jié)構(gòu)部位受力特點也存在著差異，因此需要統(tǒng)計相關(guān)的數(shù)據(jù)，在施工時更加具有針對性，從而降低橋梁自身的承重力，保持結(jié)構(gòu)受力平衡均勻。通過結(jié)構(gòu)化設計的連續(xù)性原則能夠使橋梁的整體性特點實現(xiàn)最大化，能夠有效的降低建筑成本，節(jié)約建筑材料，所以在橋梁結(jié)構(gòu)化設計時需要根據(jù)實際情況確保橋梁結(jié)構(gòu)具有一定的連續(xù)性和一體化。

4 結(jié)語

綜上，文章針對山區(qū)高速公路橋梁的設計進行了分析。主要闡述了山區(qū)高速公路的特點、山區(qū)橋梁的特性、橋梁設計的總原則、山區(qū)高速公路橋梁設計要點。最后還針對橋梁的結(jié)構(gòu)化設計展開了研究，分析了結(jié)構(gòu)化設計在橋梁是設計中的重要性以及結(jié)構(gòu)化設計的原則。

參考文獻：

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