高速公路桥梁设计常见问题分析

摘要：随着我国基础设施建设的快速推进，在山区修建的高速公路越来越多，而山区高速公路桥梁隧道比例很大，使得桥梁设计显得十分重要。通过充分分析和研究山区高速公路桥梁的特性及设计中常见的问题，从桥梁上部结构、下部结构和基础三个方面强化桥梁设计，对促进山区高速公路的发展具有十分重要的现实意义。

关键词：山区；高速公路；桥梁设计；问题分析

中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

我国最早的高速公路是1988年建成通车的上海至嘉定高速公路，经过近20多年的发展我国高速公路里程已经达到8.5万公里，形成了“五射两纵七横”的全国性高速公路贯通网络，实现了“东网、中联、西通”的目标。随着我国对交通基础设施建设的持续投入，高速公路建设逐步由干线网向省际连接段和加密线方向发展，我国高速公路建设逐渐由平原微丘向山岭重丘发展，特别是随着西部大开发战略的实施，山区高速公路的建设工程也越来越多，受山区地形、地貌和地质、水文条件的影响，山区高速公路的设计难度也较大，特别是山区高速公路桥梁隧道的比例较大，桥梁设计成为整个高速公路设计的难点和重点。

1 山区高速公路桥梁设计的特点及原则

1.1 山区高速公路桥梁设计的特点

山区高速公路的地形、地质、水文条件复杂，导致路线选择的制约因素很多，山区高速公路线形表现出平曲线多、平面半径小、纵坡大等特点，使得桥梁的设计也受到约束。山区高速公路通常都是沿河布线，导致斜弯桥的数量众多，其多变的地形和较陡的横坡也导致半边桥和高挡墙的数量也很多，使得桥梁设计的工作量剧增。特别是当线路跨越沟壑时需要设置高墩大跨桥，而其形式复杂多样的墩台及繁杂的桥梁基础设计也都使得山区高速公路的桥梁设计显得十分困难。此外，山区高速公路中的小型沟渠更是不计其数，众多的结构形式多样的涵洞、小桥等构造物的设计工作也很繁琐，其成为山区高速公路桥梁的显著特点。

1.2 山区高速公路桥梁设计的原则

山区高速公路桥梁设计几乎涵盖了所有的桥梁类型，由于山区地形变化繁多，特别是在一些受地形条件限制较为严格的路段，桥梁有时会采用高墩大跨结构，这对桥墩的力学计算和设计提出了较高的要求。山区桥梁施工受地形的限制，大型施工机具不容易施展，使得大跨径的预制构件在山区桥梁设计中受到很大限制，但对于中、小跨径桥梁设计采用预制构件仍是良好的选择，不仅可以提高施工效率，还可以节省工程造价。山区高速公路的结构物较多，导致其工程造价远高于平原地区，这是广大欠发达的山岭地区高速公路修建迟缓的重要原因。因此，山区桥梁设计不仅要考虑桥梁技术的可行性，还要从工程所处的地理环境和施工条件等方面综合考虑桥梁建设的经济性。此外，山区桥梁设计时，还要特别注重桥梁与周围自然景观环境相协调及桥梁施工对环境的影响，尽量避免对山体的大填大挖导致地质灾害的发生。总之，山区桥梁设计要遵循结构安全、施工养护方便、经济性好、造型优美与自然相协调的原则。

2 山区高速公路桥梁设计的常见问题

山区高速公路桥梁设计的首要任务是通过对桥梁的结构的分析，选择经济合理的结构方案，但在实际工作中常常会由于设计人员经验不足，只注重计算结构满足规范要求，而忽视对桥梁结构体系、构造、材料、维护、耐久性等方面的要求，导致桥梁结构的整体性不高和经济性欠佳。此外，山区高速公路桥梁设计中还常常出现计算图式和受力路线不明确、混凝土等级过低、保护层的厚度太薄、钢筋的直径过小、件截面过薄等问题，尽管能够满足桥梁计规范的要求，但有些桥梁在使用5～10年就会出现多种病害，这严重影响了桥梁结构的安全性和耐久性。随着我国经济的快速发展，高速公路的交通流量和运输量显著增长，这对桥梁设计与建设提出了更高的要求，而我国桥梁设计标准更新速度较慢，特别是针对山区高速公路桥梁设计的内容过于陈旧，这也成了桥梁设计的隐患之一。此外，桥梁地基基础作为桥梁荷载的传递载体，其安全可靠性对桥梁结构的正常运行至关重要，但实际工程中由于地区地形地貌的限制，桥梁基础地质钻探资料缺乏或不满足设计要求的情况时有发生，为此设计人员应在得到满足设计要求的地质勘探资料后才能对桥梁结构进行设计，确保桥梁结构体系的合理和安全。

3 山区高速公路桥梁设计要点

3.1 桥梁上部结构的选择

受山区地形条件的限制，高速公路的桥梁比例较大，但主要为形式多样的中小桥、涵洞等构造物，大跨径桥梁结构相对较少。从中小桥梁的设计与施工看，预制构件以其施工方便、造价经济的优点成为数量众多的常见跨径桥梁的首选，预制结构桥梁有6～50m之间的多种跨径供选择，横断面也有空心板、预制T梁、预制小箱梁等多种型式。从造价上看，采用空心板的桥梁建筑高度最低，当桥梁净空不高时，空心板截面最为适宜，20m跨径以下的桥梁用于空心板截面具有较高的工程经济性；而从结构受力特性看，T梁截面适用于跨径在40～50m的较大跨径桥梁，小箱梁是介于空心板和T梁之间的具有施工简便、造价合理的结构型式，常用于跨径25m～35m的桥梁结构。

3.2 桥梁墩台的选择

桥梁的下部结构主要是墩台，墩台是山区桥梁设计的重点，墩台结构的可靠性直接影响上部桥梁结构的稳定。桥墩的形式多样，小于40m的桥墩一般采用柱式墩和Y型薄壁墩两种型式。柱式墩主要有圆柱墩和方柱墩两种，当圆柱和方柱截面积相等时，方柱受力特性优于圆柱，而且当体系为连续刚构时，方柱还可以通过调节两个方向的尺度到调整墩柱受力的目的，而方柱与桩基衔接一般需增设桩帽，对于横坡较陡的山区，这会增加了工程的挖方量，容易引起边坡失稳，但圆柱可以与桩基较好地衔接，施工更为简便。因此，平原地区多采用施工方便、外观质量易控制的圆柱墩，而棱角分明、美观的方柱应用较少，在部分山区道路得到一定的应用。Y型墩的施工较为复杂，一般用于墩高较高的桥梁结构才能显示出其经济性，特别是用于山区地面横坡差异较大、地面情况受限无法采用双柱桥墩的情况。在山区高速公路的桥梁桥墩的选择上还应根据具体地形、上部结构形式、墩高等综合考虑，一般矮桥墩的设计由强度控制，但当桥墩较高时，桥墩随着构件长细比的增大，高墩的刚度减弱，柔度增加，此时就必须考虑桥墩的稳定问题。

3.3 桥梁基础设计要点

由于山区地质的复杂多样性，使得桥梁基础设计常常会遇到各种不良地质条件，不合理的基础设计常常会诱发地质病害，导致防护加固、地基处理的费用增加，导致工程造价偏高。因此，工程设计人员在山区高速公路桥梁基础设计时，应因地制宜的选择最适宜的基础结构型式，尽量减少对自然环境的扰动。钻孔桩基础和明挖扩大基础是山区高速公路桥梁最常用的两种方式，明挖扩大基础一般用于深度不大于5米、基岩稳定、山体平缓的地段，钻孔桩基础宜用于荷载较大、地基持力层位置较深的情况。在山区高速公路桥梁基础设计时应先对地基进行综合处理，对于岩溶地区的基础设计应使结构物尽量避开强岩溶地区和地质构造破碎带，对于桩位处的溶洞应进行逐桩钻探，并根据具体情况采用打穿或挤填等处理方法。因此，山区桥梁在基础型式选用设计中应慎重考虑，通过对多种技术方案的经济比较后择优选取。

4 结论

山区的地形地质情况复杂，使得高速公路桥梁数量众多、型式多样，桥梁设计的工作量剧增。山区高速公路桥梁设计应遵循结构安全、施工养护方便、经济性好、造型优美与自然相协调的原则，根据具体地形从桥梁横断面、桥墩、基础等方面进行综合分析，选择经济合理的结构方案。

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