山区公路桥梁设计探讨

郭翔飞

济宁市鸿翔公路勘察设计研究院有限公司济南分公司

摘要：当代交通的快速发展，促进了山区公路桥梁工程的发展。然而对整个工程的造价和使用功能起关键作用的是设计方案的合理性。在山区桥梁的设计中稍有不慎便会引起施工困难和使用的安全问题。为此，越来越多的设计专家投入大量精力对山区桥梁的结构设计进行研究分析，提出了许多新的设计要点。本文对山区公路桥梁的设计进行探讨和分析。

关键词：山区；公路桥梁；设计

1桥梁选型

山区公路桥梁桥型选择应充分考虑水文条件和地形地貌，合理选择墩柱及桥孔尺寸和上部结构，满足填挖要求，保证桥梁通行能力，做到经济美观。（1）简支梁受力计算简便，易于实现标准化，便于预制、施工方便、造价低，对地形变化小、跨越河流深度较小、宽度较大的山区中小跨桥梁应优先选用。为克服简支梁自重大、支座和接缝多、桥梁的美观性、耐久性、舒适性以及结构整体性差的缺陷，宜考虑采用简支－桥面连续的支承体系，如图1所示。（2）考虑整体式闭合箱梁的上部平衡外力和抗扭性能强，易于满足设置超高和线形要求，同时下部结构受的附加力小，设计高墩、曲线型长大山区桥梁时，应优先采用此类桥梁。（3）对地形起伏明显、地表高差大的U型山区地形，线路走向直接影响桥梁设计，墩台高度大、曲率半径小，这种情况下应优先选用连续钢构桥梁结构形式。（4）对横跨V型山谷等大型山谷地形，宜优先选用拱式桥梁形式，这种桥梁宽度较大时，与其他桥梁相比造价较低。

2山区桥梁设计方法

2.1上部结构设计方法

（1）设计原则。山区公路桥梁经常采用的是标准化配置和装备，跨度有13m、16m、20m、25m、30m、35m、40m等，有空心板、小箱梁、T梁等结构可以选择。实践表明，当山区公路桥梁的跨径与墩高的比值在0.618～1之间时，经济效益是最好的。一般来说，在山区这样的地形中，施工过程中需要考虑的因素是比较多的，因为山区地形的变化起伏是比较大的。所以在具体的设计中，一定要对这种地形有一定的连接，不应该仅仅按照以往经验而忽略实际情况。当墩高变化较大时，可采用20m和30m或30m和40m的组合跨径来进行设计和建设。若是一座桥梁有两种或多种跨径方案可供选择是，应当结合上下部结构，对造价进行比较，从中选取经济更高的方案。

（2）设计方法。工程实践表明，桥位处平面曲线半径对跨径的选择及平面布置有着一定的影响。比如，墩台径向布置时，因曲率半径的影响，导致内外梁的长度不相等，半径越小，梁长的差值就越大。对于该问题的解决常用的方法有两种：①按照平面半径变化梁长；②在不改变梁长的前提下，通过加大帽梁、封锚端或是加长现浇段进行处理。虽然第一种方法在设计上比较简单，但若是同一标段内有几座桥处于不同的曲线半径时，预制梁长的种类会随之增多，施工中需要对模板进行频繁调整，同时，还需要对每一片梁进行编号，堆放这些预制梁也需要较大的场地，而在山区想要解决堆放场地的问题比较困难。因此，在山区公路桥梁上部结构设计中，尽量不要采用变梁长的方案，建议采用等梁长的设计方案。

（3）跨径与墩高的关系。在美学上面来说，跨径与墩高的比值一般是0.618～1比较经济，即50m跨径适应的墩高一般为30～50m。山区公路地形起伏变化是比较频繁的，一般情况下，应该按照地形的条件来选择一种跨径，而不是频繁改变跨径。当一座桥梁的建设可以有不同的跨径方案选择时，考虑要更加全面一点，除了考虑上下构造的情况之外，还要综合考虑一些其他的影响因素。

2.2下部结构设计方法

（1）处理好桥墩的设计规划。①对于高度小于25m的低矮的桥墩的设计规划，应该采用圆柱或者方柱的柱式桥墩和矩形或者圆端形的薄板式桥墩；山区公路的桥梁多采用柱式桥墩，因为其能够与桥梁的上部结构进行相对和谐的对接，抗压能力强；薄板式桥墩常常用于公路互通式立交之中，能够达到使桥梁整体美观的效果。②对于高度在25～40m的中高形桥墩的设计过程中，应该采用实心厚板式的桥墩，可能施工起来相对麻烦，但是桥墩的整体受力均匀。③对于高度大于40m的桥墩宜采用空心薄壁墩。因此，应该综合考虑桥梁的墩高，桥梁的上部结构，施工场地的地形情况等因素，对桥墩作出科学合理的分析规划。

（2）处理好桥台的规划设计。公路桥梁设计的桥台有柱式台、肋板台、重力式桥台等几种选择方式，但是一般采用高度控制在10m以内的U型重力式桥台，这种桥台填土范围一般控制在4～10m范围之内。柱式台及肋板台，受联长、桥台锥坡等条件影响，在山区桥梁中受限制较大。

（3）基础设计。目前我国大部分山区所修建的桥梁在基础设计时，多采用桩基础方式。如果当地的地质条件非常不利于桥梁基础施工，则可以根据实际情况采用摩擦桩。如果地质条件相对较好，可以使用扩大桩基。在进行扩大桩基设计时，如果地面横坡比较大或者是地质的变化情况比较复杂，也会采用桩基础的方式，这时如果使用扩大基础的施工方式，即便是分离式的扩大基础，也难以适应地质条件的要求，因此，为了更好地适应地基的承载力要求，开挖量一般都比较大，导致边坡不够稳定。除此之外，在斜坡上的扩大基础和桩基础，必须要把握好扩散角和覆盖层的厚度问题，还有不同工种之间的施工影响，可以适当采取相应的支护措施进行维护。

2.3曲线桥梁方法

（1）墩台布置。墩台的布置形式是比较多样的，一般来说最常用的有平行布置法和径向布置法。平行布置法要求轴线是相互平行的直线。如果桥梁是采用整体式的单梁结构，那这一个公路桥梁就容易成为歪斜桥。平行布置的方法一般是适用于半径较大并且长度较短的桥梁建设，会采用弯桥直做的方法。径向布置法可以这样理解：各墩、台轴线垂自于路线或相对于路线法线径向旋转一个固定的角度。（2）曲线布梁方法。曲线布梁的方法有加宽桥梁、弯桥折做的方法。经过统计发现最常使用的方法是将桥梁在横向上适当加宽或者是根据实际的情况来适当移动桥梁的中心线，理论和实际都表明这种方法最适合的就是跨径比较小的桥梁。弯桥折做是每孔采用直线、全桥布置成多条折线代替曲线的方法。

2.4特殊考虑因素

（1）在外业工作中要不断加强对山区地形的测量、地质环境的勘探以及水文环境的调查等工作，以确保提供资料的准确无误。（2）要考虑好桥梁结构在弯、坡、斜等地方引起的附加力，因为曲线扭矩以及斜梁各支点的受力分布等都会对桥梁结构产生非常大的危害，另外，在空间计算时必须要确保准确无误。（3）一些高墩的长桥，由于桥体自身的刚度体系是比较小的，所以必须要把握好变位和稳定性的问题，如果是在弯扭组合作用的影响下，就会显得更为重要。

3结语

山区公路桥梁设计时，应深入掌握桥梁结构的设计要点和设计方法，合理选择桥型，对路基与桥梁布置方案进行比选，处理好设计细节，不断总结完善经验，只有这样，才能做好山区公路桥梁设计，保证桥梁设计质量、安全和效益。

参考文献：

[1]对桥梁设计中安全性和耐久性的探讨[J].刘新国.民营科技.2016（08）

[2]现阶段公路桥梁设计及其抗震优化的探究[J].廖维均.四川水泥.2016（08）