山區(qū)低等級公路橋梁設(shè)計要點

摘要 文章對當前全國公路里程的技術(shù)等級構(gòu)成進行了分析，總結(jié)了山區(qū)低等級公路設(shè)計所面臨技術(shù)、經(jīng)濟、地形等方面的難點，對山區(qū)低等級公路施工和設(shè)計中存在的問題進行探討，得到以下結(jié)論：山區(qū)低等級公路橋梁受橫向干擾和出入口影響因素較大。在此基礎(chǔ)上提出了山區(qū)低等級公路橋梁設(shè)計要點，為設(shè)計人員提供參考。

關(guān)鍵詞 山區(qū)公路;低等級公路;橋梁設(shè)計;問題分析

中圖分類號 U442.5 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）09-0130-03

引言

我國公路交通行業(yè)不斷快速發(fā)展，山區(qū)公路橋梁也越來越多。我國大多數(shù)貧困地區(qū)都位于山區(qū)，山區(qū)要實現(xiàn)與山外的交流，首要任務(wù)便是實現(xiàn)交通便利。經(jīng)調(diào)查研究，截至2020年底，我國仍有4.9%的等外公路。等外公路條件較差，達不到低等級公路的標準，由此可知我國公路橋梁還需要進一步提升。雖然在山區(qū)建設(shè)的公路橋梁等級較低，但對于促進山區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和提高人民生活水平具有重要意義[1-3]。

與平原地區(qū)修建橋梁不同，山區(qū)面臨的困難更多，且不同的地區(qū)面臨的地勢條件不同。雖然已有的低等級公路橋梁能給類似公路設(shè)計帶來一些經(jīng)驗借鑒，但由于地勢條件不同，參考的價值有限。山區(qū)低等級公路橋梁的設(shè)計不僅要考慮結(jié)構(gòu)要求，也要考慮到降雨、植被等周邊地區(qū)的自然環(huán)境和氣候環(huán)境。該文以山區(qū)低等級公路橋梁的設(shè)計要點為基礎(chǔ)，研究公路橋梁的特點和施工中存在的問題，為山區(qū)低等級公路的發(fā)展和研究做出補充[4-5]。

1 公路等級分類及構(gòu)成

1.1 公路等級分類

我國公路形式多樣，根據(jù)不同的使用功能和行政級別可以將公路劃分為不同的類別。表1為公路按照不同的劃分方式將公路分類。

在公路分類中，低等公路指的是三級公路和四級公路。該文所研究的山區(qū)低等級公路即為三、四級公路，按照行政來劃分，低等級公路即為縣道以下公路。

1.2 公路等級構(gòu)成

圖1為2019年和2020年全國公路里程數(shù)按公路等級分類表。從中可以看出，四級公路的里程數(shù)占比最多，高達70%以上，而高速公路的里程數(shù)僅為3%左右。圖中的等外公路表示等級不足以達到最低等級的標準，占比也高達6%。對比2019年和2020年的數(shù)據(jù)，可以看出，我國高速公路和四級公路的占比在不斷提升，而等外公路的占比在大幅度減小。由此可以得出：

（1）我國仍有超過70%的公路里程為四級公路，即低等級公路，因此低等級公路的設(shè)計不容忽視。

（2）等外公路比例在大幅度減小，說明我國更加注重提升公路的功能。

（3）二級公路和三級公路在2020年減少了0.1%，整體比例基本穩(wěn)定。

我國是一個多山國家，山區(qū)低等級公路的數(shù)量眾多。然而山區(qū)公路線形組合復(fù)雜，地形條件復(fù)雜，公路等級低，安全評價不足，導致安全事故頻發(fā)，因此，開展山區(qū)低等級公路橋梁設(shè)計要點研究極其重要。

2 山區(qū)低等級公路道路交通特點

為了更準確地了解山區(qū)低等級公路設(shè)計要點，歸納總結(jié)山區(qū)低等級公路的交通特點，如表2所示。

山區(qū)低等級公路交通特點的主要不同體現(xiàn)在以下幾個方面：

2.1 受橫向干擾因素較大

山區(qū)公路不同于一般的高速公路，高速公路的設(shè)計不必考慮橫向干擾，而山區(qū)低等級公路多為雙向車道，橫向的干擾因素不容忽視。目前常見的橫向干擾主要有人、側(cè)停車、非機動車及其他不確定因素。這些橫向干擾因素不僅會影響行車速度，也會影響道路安全。這是山區(qū)低等級道路最為明顯的特點之一，設(shè)計要符合規(guī)范要求，也要詢問當?shù)鼐用瘢私馄渖盍晳T，調(diào)研其他類似路段的行人習慣和側(cè)停車密度。圖2為某山區(qū)公路，道路一旁有山坡，對車輛行駛存在干擾。

2.2 受出入口的影響大

公路出口和入口是常見的主路與支路的交叉形式。出入口一般會有其他路段的車輛匯入路中，影響正在行駛的車輛速度。在高速公路和一級公路中，出入口簡單，對行駛的車輛影響較小。而山區(qū)公路本身路況復(fù)雜，出入口的設(shè)置會更加影響車輛行駛的速度。出入口設(shè)置越簡單，道路交通越有序，車輛行駛更安全。在高等級公路中不必過多考慮出入口位置對道路安全的影響，由于山區(qū)公路中出入口的復(fù)雜程度對車輛行駛影響較大，因此在設(shè)計時必須合理設(shè)置出入口的位置。

3 山區(qū)低等級公路橋梁設(shè)計和施工中存在的問題分析

3.1 山區(qū)地形條件造成的困難

與平原地區(qū)不同的是，山區(qū)地形多為溝壑，縱橫交錯，因此在進行線路設(shè)計時，既要考慮到設(shè)計的難度，也要考慮居民出行的方便，必要的時候可以高填深挖、低填淺挖路基。路基填料就近取材，既減少了整體造價，又合理利用地理優(yōu)勢。山區(qū)公路面臨的最大困難是自然環(huán)境，尤其是雨水豐富的夏季，山區(qū)常常發(fā)生泥石流、洪水等自然災(zāi)害，對低等級公路的破壞是毀滅性的。

3.2 政府以及施工單位對山區(qū)低等級公路橋梁的重視度不夠

在山區(qū)修建公路往往需要當?shù)卣难a貼，而政府單位對工程施工往往重視程度不夠，導致施工效率較低。施工單位對現(xiàn)場施工的重視程度不足和對上崗的技術(shù)人員、管理人員開展的專業(yè)培訓不足。因此，部分山區(qū)公路存在積水、沉陷、裂縫等病害，嚴重損害公路的使用壽命。

3.3 施工單位現(xiàn)有的技術(shù)條件落后

山區(qū)施工條件落后，施工單位技術(shù)水平有限，施工人員專業(yè)度較低，經(jīng)常不按施工工序操作。并且山區(qū)試驗設(shè)備不足，經(jīng)常出現(xiàn)混凝土質(zhì)量不過關(guān)、混凝土檢測不規(guī)范等問題?；炷恋恼駬v不完全會導致蜂窩麻面。上述問題出現(xiàn)的根源是施工單位的技術(shù)條件落后。

3.4 工程造價規(guī)模的控制導致低等級公路橋梁的投入不夠

山區(qū)公路的修建多采用政府補貼與地方自籌相結(jié)合方式。山區(qū)經(jīng)濟發(fā)展緩慢，經(jīng)濟水平相對落后，在山區(qū)公路資金投入上存在困難。建筑工程本身資金耗費巨大，且山區(qū)多為溝谷地形，為了節(jié)省資金，采用“幾”字形跨越，設(shè)計值通常選取規(guī)范的最低限值。圖3為某山區(qū)公路上的長大縱坡，以“幾”字形設(shè)計。

4 山區(qū)低等級公路橋梁設(shè)計要點

4.1 橋梁上下部結(jié)構(gòu)形式的選擇

在設(shè)計過程中，應(yīng)根據(jù)所處地形和路線的平縱指標選擇橋梁的具體跨徑。當橋梁需要跨越河流并且處于小半徑曲線段時，橋梁結(jié)構(gòu)采用跨徑較小便于施工的預(yù)制梁板，比如：T形梁和小箱梁等;當橋梁需要跨越溝谷并且處于小半徑曲線段時，如果橋梁的高度不高且溝谷地形較為平坦時，橋梁結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆形式的上部結(jié)構(gòu)，既有利于路線線形，也便于控制橋梁超高和加寬。

在布置橋梁孔跨時應(yīng)依據(jù)橋梁所處的地質(zhì)情況，選擇合理的下部結(jié)構(gòu)。在設(shè)計階段，橋墩位置應(yīng)遠離溝谷中心，并且盡可能設(shè)置在地質(zhì)良好區(qū)域。當橋梁需要跨越?jīng)_溝和泥石流溝時，應(yīng)采取多種形式的防撞和防沖刷設(shè)施，以保護橋梁下部結(jié)構(gòu)，比如重力式U形臺、樁柱式橋臺等。

4.2 小半徑曲線和緩和曲線設(shè)計要點

當橋梁處于小半徑曲線段時，由于路線左側(cè)和右側(cè)的弦長差較大，一般會存在超高和加寬情況，若采用預(yù)制上部結(jié)構(gòu)，應(yīng)注意以下要點：

（1）通過調(diào)整內(nèi)外懸臂梁的長度可以滿足路線線形的要求，采取調(diào)整跨內(nèi)各個梁片的長度以及邊梁的懸臂長度更改路線弧度。

（2）當調(diào)整內(nèi)外梁懸臂長度不能達到路線線形的要求時，采用加寬橋面的寬度的方式，利用防撞護欄形成路線線形。

（3）若橋面的超高值過大時，應(yīng)通過預(yù)制橫坡和橋面鋪裝的方式調(diào)整橫向坡度值。當上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆形式時，多采用箱形形式，通過對箱梁兩側(cè)腹板的高度和地板寬短數(shù)值進行調(diào)節(jié)，從而滿足超高和加寬的要求。在實際設(shè)計過程中，具體采用哪種方式，要根據(jù)實際，確保設(shè)計具備充足的安全儲備。

4.3 設(shè)計時多采用鋼筋混凝土

在山區(qū)低等級公路建設(shè)中，一般采用小跨徑橋梁的形式。由于橋梁荷載等級較低，施工單位綜合實力不足，在設(shè)計過程中應(yīng)盡可能考慮上述因素。在上部結(jié)構(gòu)的選擇中，應(yīng)選擇便于施工、質(zhì)量可控的橋梁結(jié)構(gòu)。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此在滿足規(guī)范和標準的前提下，應(yīng)較多地使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系。

4.4 根據(jù)實際情況可采用多孔箱涵代替橋梁

若山區(qū)公路位于多雨的地區(qū)，在進行路線設(shè)計時，可選擇用箱涵來代替橋梁。雨水豐富地區(qū)，土質(zhì)松軟，天然地基承載力不足，而橋梁對地基的要求極高，使得橋梁布設(shè)難度增大，導致工程投資進一步增加。因此在綜合考慮各方面的條件下，可選擇多孔箱涵代替橋梁結(jié)構(gòu)，原因有二：其一，箱涵結(jié)構(gòu)簡單，便于施工;其二，多孔箱涵同樣可作為排水的結(jié)構(gòu)，滿足要求。因此，在綜合考慮山區(qū)的實地情況下，研判使用箱涵形式是否滿足上述兩個因素，從而采用多孔箱涵以降低施工成本。

4.5 結(jié)合地方特色，設(shè)計同類型橋梁

橋梁占地面積大，對整個地區(qū)空間規(guī)劃布置影響較大。在進行橋梁設(shè)計時，不僅要考慮橋梁的結(jié)構(gòu)安全性，也要考慮橋梁的美觀性。我國的港珠澳大橋、武漢長江大橋、河北趙州石拱橋、蘭州中山大橋等橋梁都已成為著名的景點，應(yīng)結(jié)合當?shù)靥厣O(shè)計橋梁。

為了使山區(qū)公路橋梁更符合當?shù)靥厣?，在設(shè)計之前，除了勘探地質(zhì)條件以外，也可以與當?shù)鼐用窠涣?，吸取已有山區(qū)橋梁的成功經(jīng)驗，了解百姓需求及當?shù)匚幕?。以方便居民生活為前提，綜合考慮橋梁結(jié)構(gòu)、施工難度、造價、政府規(guī)范等因素，遵循可持續(xù)發(fā)展理念，設(shè)計出合理且符合當?shù)匦枨蟮臉蛄骸?/p>

5 結(jié)語

（1）文中介紹了公路分類，分析我國不同公路等級公路的里程數(shù)，其中低等級公路占比最高。

（2）總結(jié)了山區(qū)低等級公路的交通特點，尤其是在道路線形、交通環(huán)境、車輛狀況三個方面。

（3）為了使山區(qū)低等級公路橋梁設(shè)計更加完善，該文分析了橋梁的設(shè)計要點和在施工中存在的問題。主要有兩方面：一方面是因為經(jīng)濟困難和地形條件復(fù)雜，另一方面是因為當?shù)刂鞴懿块T不夠支持，導致施工效率低。

（4）以山區(qū)低等級公路橋梁設(shè)計和施工中存在的問題為基礎(chǔ)，研究和分析了山區(qū)低等級設(shè)計要點。

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收稿日期：2022-02-18

作者簡介：李鵬程（1983—），男，本科，副高級工程師，從事道路與橋梁設(shè)計工作。