山区公路小桥涵设计原则和优化对策研究

马樱连

山东瑞泰建设有限公司  山东滨州  256600

摘要：公路桥涵的设计在整个公路设计中都占据着重要的地位，桥涵的安全性、使用周期以及桥涵的造价都是设计中重点考虑的问题，每一项的重要程度都是设计人员不能忽视的。首先分析山区公路桥涵设计中存在的问题，然后分析如何做好山区公路桥涵设计的优化，最后具体分析山区公路桥涵优化设计的要点，希望为相关人员提供帮助。

关键词：山区公路；桥涵设计；优化

1山区公路小桥涵的设计原则

1.1安全性

安全性是公路工程的基本要求,也是其他性能得以体现的基础。为了尽可能提升工程的安全性,需要培养设计人员的安全意识,同时也依赖于完善的设计方案,如有必要可以在设计阶段预留足够的裕度。作为山区交通运输的重要承担者,小桥涵的设计水平直接影响着工程的安全性,因此设计人员应当将安全作为首要原则,具体关注要点如下:①山区公路工程建设应当密切联系建设地的地理条件,尤其是在地形起伏大、地质条件变化大的地区开展作业时,由于其施工难度较大,应当优先选择实践经验丰富、专业能力过硬的人员进行设计,同时在选线时尽可能避开风险较高的区域;②小桥涵的设计不仅需要从整体进行把控,而且应当对设计细节予以足够重视,为公路运营提供足够的保障,如在交通事故风险较大的区域加设防撞栏,在视野受限的路段设立警示牌,从细节入手提升公路的安全性;③作为山区交通运输的重要承担者,小桥涵应尽可能提升承载能力,且其路面结构应当具有足够的耐久性,否则很可能会产生安全隐患,对小桥涵的使用寿命产生影响。

1.2可行性

山区地形地势比较复杂,因此,山区公路沿线往往穿插了比较多的桥梁,对于部分地区的公路建设,桥梁总长甚至可能大于道路总长。在实际工程中,除了跨越河流、湖泊需要借助桥梁外,山之间的交通往来也需要借由桥梁进行,这对不同位置的桥梁提出了不同的要求,应根据工程实际条件有针对性地制定方案。其中,河流走向、山谷深浅、气候条件都是在桥梁设计中需要慎重考虑的因素。此外,山区隧道也需要经过严密的可行性论证方可投入施工。总的来说,可行性是山区公路小桥涵设计需要严格遵循的原则。

1.3经济效益

公路工程是一类成本投入比较大的基础工程建设,因此在设计时需要将经济性纳入考虑范围内,在保障工程基本要求的基础上尽可能提升项目的经济效益。首先,在公路工程建设正式开始前应当进行选址,对建设地实地的自然条件进行调研,并初步确定合适的建设路线。在确定路线时应尽可能减少对桥梁、隧道的需求,以此降低施工难度与成本。其次,山区经济条件一般比较落后且运输难度大,若设计方案涉及到大量的材料运输,那么项目成本将显著提升,因此,应当尽量采用当地已有的建设材料,同时也可以间接带动当地的收入。最后,为了降低公路运营期间的维护费用,需要从前期选址与选材入手,提升工程耐久性的同时降低运营成本。

1.4美观性

公路小桥涵的设计应当把握工程与自然之间的平衡,协调好质量、成本、美观等指标之间的关系。具体来看,设计人员需要结合当地的自然条件与人文背景,尽可能顺应原有的环境展开设计,避免突兀地生搬硬套,提升工程的审美价值。美观性原则对设计人员提出了更高一层的要求,同时也需要其提升设计的精细化程度。

2山区公路桥涵设计要点

2.1重视桥涵基础结构设计

对山区公路高填土桥涵进行设计时，设计人员应结合桥涵基础结构设计确定设计方案。基础结构设计中，桥涵台背填土、换填设计、土拱效应控制都会改变桥涵基础结构的应力值，使设计中的结构主体产生改变。1）高填土桥涵基础结构中，台背填土会形成负摩阻力，使地基应力改变。设计人员应按照地基压应力值设计要求，分析桥涵填土高度不同时的地基形式、预拱度。2）山区桥涵在山坳低洼处的地基本身的承载力较弱，基础结构设计中，还应通过换填的方式增强桥涵基础区域地基承载能力。对此，设计人员可将抗侵蚀、稳定、强度高的材料换填至地基中，改变桥涵基础结构的大变形模量、抗压强度。3）桥涵填土高度大于16m时，高填土桥涵上方会形成土拱，产生土拱效应。设计人员应充分利用土拱效应中填土高度与桥涵顶部压力的非线性变化来计算桥涵顶部土压力，优化高填土桥涵结构尺寸，从而减少工程造价。

2.2明确基础换填处理要求

山区中的地质一般为沉积土，基础土层相对软弱，高桥涵地基承载力低。修正高桥涵地基承载力的难度大，所以，可以通过换填地基土层的方式，使基础层承载力符合高桥涵荷载能力、稳定性的控制要求。基础换填是近年来提高高填土桥涵地基承载力的常用手段，主要原理是将抗侵蚀、高强度、稳定性好的材料换填到桥涵基础下的软弱层内，然后通过分层压实，提高基础层的密实度，使其满足桥涵承载要求。但基础换填层范围需要控制在0.5~3.0m，可采用的换填材料包括砂石、碎石、素土、灰土等。为保证换填后土层的压实效果，还应控制好垫层内的含水量，以及换填后的碾压次数。

2.3合理选择高填土桥涵结构形式

目前，山区高填土桥涵结构设计中，箱形桥涵和拱形桥涵较为常见。设计人员可基于山区地形条件，评估桥涵横向、竖向荷载，确定桥涵顶部填土高度。实践证明，相同孔径下，拱形桥涵的结构承载力大于箱形桥涵。根据此桥涵结构特点，可以设定10m以下填土高度以箱形桥涵较为适用，反之，10m以上填土高度以拱形桥涵较为适用。相较于其他加固方案，箱形结构可作为桥涵中的刚构支撑构件进行加固，能够与桥涵原结构成为整体，有利于增强桥涵稳定性，降低桥涵内裂缝、结构变形风险，同时确保加固后的桥涵结构符合山区高填土桥涵行车、过水的基本要求。同时考虑到山区公路工程的施工便捷性，高填土桥涵结构设计多以箱形桥涵为主。箱形桥涵的结构呈箱形，可应用钢筋混凝土现浇成整体结构，由底板、侧墙、顶板、沉降缝、洞口挡块、八字墙等组成。涵身一般为钢筋混凝土构成的闭合式框架结构，横截面为长方形、正方形。翼墙和桥涵洞身连成整体，运用八字式翼墙时，还应提前在洞身、翼墙的间隙布设沉降缝。桥涵洞身底由混凝土、砂砾垫层组成，沉降缝需要贯穿涵身整个断面，方向和涵身轴线相互。高填土箱形桥涵的涵身同样需要设置1道沉降缝，涵身长度大于20m时，还应按照项目的实际情况，每6m设置1道沉降缝。

2.4加强地基荷载设计值的控制

设计山区公路高填土桥涵时，地基荷载设计值同样会使桥涵结构变形值改变，所以，设计人员还应加强地基荷载设计值的控制。对于山区高填土桥涵区域的软弱下卧层，其承载力验算一般可通过平均基底压力求解下顶面的压力，确定该区域的偏心荷载。具体来说，设计人员应结合高填土桥涵的特点明确其变形控制要求，然后以此为依据计算地基荷载设计值、地基承载力。通常情况下，高填土桥涵荷载具体包括土压力、填土自重，汽车活载效应较小。对于山区一级公路荷载，可结合桥涵填土厚度将桥涵活载换算为等代均布土层厚度，填土高度超过10m后，桥涵活载变化值浮动较小，所以，计算桥涵地基荷载设计值时，设计人员仅需考虑土压力、填土自重即可。按照山区公路桥涵设计的相关规范可知，分离式、整体式桥涵基础结构的地基承载力都应大于350kPa。

结束语

结论在进行山区桥涵设计时不能局限于以往对公路桥涵的设计经验上，需要设计人员充分考虑到山区的特殊自然环境，严格按照山区公路桥涵的设计要求与规定结合山区地貌进行设计，使得山区公路桥涵设计的顺利进行，保证山区公路桥涵工程的圆满竣工。

参考文献

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