特殊地理环境中公路桥梁设计方案探究
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作者: 许刚
[摘 要] 改革开放推动了我国国民经济的持续发展；同时经济的快速发展带动了交通运输业的发展。目前我国的公路网体系建设已经得到了很大的提升和进步，交通量也日益增加。本文将对我国特殊地理环境中的公路桥梁设计方案进行探究。
[关键词] 特殊地理环境；公路桥梁；设计方案
[中图分类号] U412 [文献标识码] A
随着我国科学技术的进步，大部分行业都在追求与应用先进的科学技术，公路建设行业也不例外。据最新调查，到目前为止我国人口达50万的城镇均有高速公路连接，预计10年内，凡是人口达10万的城镇均会连接高速公路，而这将进一步推动我国运输业的发展。但是在公路体系发展的同时也面临着另一个困难的事情，特殊地区（像高原地区、山区、凹地、湿地等）的公路建设并不是很理想。因为这些地区特殊的地理特征使得公路建设不易。本文将根据高速公路桥梁的特点从桥梁的桥型与路径、上下部结构选择等几个方面对我国特殊地理环境中的公路桥梁设计方案进行探究。
1 公路桥梁施工特点
1.1 桥梁综述
桥梁是跨越河流、山谷等障碍物的大型空间建筑物。按结构体系可以将桥梁分为：梁式桥、拱式桥、刚架桥、斜拉桥和悬索桥。其中，梁式桥是主梁采用钢板做成的刚梁桥，也称为钢板梁桥。因为梁式桥可以就地取材，并且其耐久性好、外观流畅，因而其整体发展也较为成熟。拱式桥具有较大的跨度，与梁式桥相比可以更有效的节省原材料，并且其设计较为简单，因而被广泛地使用。刚架桥是桥跨结构（梁或板）和墩台整体相连的桥梁。因为刚架桥施工较复杂，一般用于跨度不大的城。斜拉桥是指一种由一条或多主塔与钢缆组成来支撑桥面的桥梁。斜拉桥因为由多条钢缆支撑桥面，因而其具有较强的稳定性。悬索桥又称吊桥，其主要受力部位为两端的受力塔。相对于其他的桥来说，悬索桥可以使用更少的物质连接更长的距离。悬索桥的设计很灵活，可以适用于各种类型的地理情况。
1.2 公路桥梁施工特点
1.2.1 施工周期长、占用流动资金多
桥梁的修建本身就是一个工程浩大的项目，因而其建造必然会花费大量的人力和物力。同时由于各种形式桥梁需要不同的施工技术，所以整个桥梁施工过程都需要施工人员进行密切的配合。此外，由于受到施工地点的限制，所以整体的施工活动均受到一定的局限性，因而整个施工的周期较长，消耗的费用也较高。
1.2.2 基本上属于露天工作
因为桥梁施工地点基本上是河流、山谷或其他有较大障碍物的特殊地点，因而桥梁的施工基本上属于露天施工。同时，随着社会的不断发展，公路的交通运输量不断加大，所以各种公路桥梁所承担的任务也越来越重。
1.2.3 施工协调复杂性
虽然说不同形式的公路桥梁其设计与施工过程具有特定的方案，但是由于受到地理环境以及施工条件等的限制，使得桥梁在具体施工过程中应该视具体的情况合理的对设计方案进行修改。对于施工过程中人员的安排也应该考虑到具体施工地点和施工条件对施工任务进行合理的安排，确保整个施工进度跟得上预先设想。
2 桥梁的桥型与路径的选择
2.1 桥型方案比较
由上文对于桥梁的综述可以知道，按照结构形式划分，可以将桥梁分为梁桥、拱桥和吊桥。对于桥梁桥型的选择一般从其安全性、美观性、施工性、经济性等方面确定桥型的选择。
2.1.1 适用性
桥梁的适用性主要是指桥梁可以保证人群和车辆能够安全的通行。同时如果桥梁处于特殊的地理位置，像是跨越河流的桥梁还要考虑桥梁能够再洪涝时具有泄洪的功能。在设计桥梁时也应该考虑到桥梁的后期维护与保养工作，保证建成的桥梁的使用年限。
2.1.2 舒适与安全性
现代桥梁在进行设计时，不仅要考虑到其功能，还要增加桥梁的舒适度。对于拱桥要控制好桥梁的拱起度，以及两侧的振幅，要避免相对而来的车辆由于桥的拱起过高而发生撞车的现象。安全性指的是要设计好桥梁的各个部件，使整个桥梁在使用的过程中具有足够强的刚度和稳定性。
2.1.3 经济性
经济型就是要对整个设计和施工过程进行综合考虑，在满足施工要求的前提下尽量的节约施工成本。桥梁的设计也要跟上时代的步伐，学习国外先进的造桥技术，同时结合自身的情况，设计出满足需求又经济的桥梁。
2.2 桥型的选择和确定
对于桥型的选择首先要处理好跨径和桥墩高之间的关系。一般为了设计出来的桥梁更美观，桥墩高和跨径的比值最好控制在0.6到1之间。对于主跨较大的桥梁，在确定桥型时，应该从国内外已修建的各种桥型入手，对各种类型的桥梁的特点进行分析和比较，同时综合考虑施工的可行性以及施工成本的控制等各个方面。若一座桥梁可选择几种跨径方案，则应根据上下结构的造价确定选择哪种跨径方案。像三峡大桥，其主跨径为552 m，经过综合比较最后确定设计为，中层式钢桁架拱桥，跨径布置为190 m+552 m+190 m的中承式钢桁连续系杆拱桥。
对于引桥的设计也应当引起重视。引桥是主桥的辅助部分，其总体跨越对于工程的造价有很大的影响。在设计时应该分别从施工的难易、施工工期控制、总体工程投资、河滩段桥下行洪条件、主桥和匝道桥的结构形式搭配、轨道交通的通行方式、景观效果等方面考虑，使引桥成为主桥的延伸。此外，还要考虑桥平面曲线的设计，要处理好桥平面曲线与上下部结构的关系。桥平面曲线的设计与布置与桥梁跨径的大小有很大的关系。一般两者之间具备如下关系：内外弧差和中矢高。在布置墩台的径向时，因受到曲率半径、内外梁的不等梁长影响，当半径越小时，内外梁的梁长差距也会随之增大。对于上述关于桥梁桥型的选择，大多数还是应该根据实际的情况进行确定，切不可胡乱的套用固有的设计模式。
3 桥梁的上部结构选择 3.1 桥梁上部结构的选择
桥梁的上部结构选择的时候首先应该处理好塔桥的高度与桥梁跨度之间的关系。一般情况下，对于跨径为200 m的T字形的桥梁，通常其引桥的高度控制在12 m-18 m之间，对于300 m的跨径桥梁，引桥高度在20 m-25 m之间。对于不同的地理环境下的桥梁，由于其具有各自的地理特征，所以一般应按照地形的实际情况，确定一种合理的跨径。而不应按照墩高的变化，而频繁的改变跨径，当墩柱的高度变化较大时，可选择30 m同40 m进行组合的跨径，或者20 m同30 m进行组合的跨径。若一座桥梁可选择几种跨径方案，则应更加上下结构的造价确定选择哪种跨径方案。
3.2 桥梁上部结构施工技术
对于桥梁上部的施工，应该首先按设计的需要，将施工场地进行清理，完善好施工排水系统和用电系统。然后要根据桥梁的大小确定预制台座的长度、数量、尺寸，台座应坚固、平整、不沉陷，表面压光。因为桥梁的承力台是整个桥梁的核心部位，承载着整个桥梁的重量，因此，要确保其具有足够的强度和稳定性。当跟钢筋同时张拉时，其初应力要保持一致，活动横梁始终和固定横梁保持平行。
此外，还需要将预应力筋（钢绞线）按计算长度切割，在失效段套上塑料管，放在台座上，线两端穿过定位钢板，卡上锚具，用液压千斤顶单束张拉，先张拉中间束，再向两边对称张拉。如果在施工过程中使用吊机运输混凝土，在对混凝土进行搅拌时，要注意检查合格的充气胶囊安装就位，用定位箍筋与外模联系，上下左右加以固定，防止上浮，同时绑扎面板钢筋；然后对称、均匀地浇胶囊两侧混凝土，从混凝土开始浇筑到胶囊放气时为止，其充气压力要始终保持稳定；最后浇筑面板混凝土，振平后，表面作拉毛处理。桥梁上部结构的施工与下部的施工有着密切的关系，一般在下部设计结束后再进行上部结构的设计，如此能确保桥梁的整体性。
4 桥梁的下部结构选择
桥梁的下部结构一般在指的是桥台和桥墩结构。桥台结构一般有轻型桥台、钢筋混凝土薄壁桥台、埋置式桥台。轻型的桥台其自身体积较小，台身直立，在台下部设置钢筋混凝土来支撑整个桥梁。薄壁轻型桥台是由带有支撑墙壁的前墙和侧墙以及底板构成。该种桥台其顶部竖直，两壁垂直。使用这种桥台可以有效地扩大桥基，增大桥身的压力。埋置式桥台，顾名思义就是将台身埋在锥形护坡中，如此一来气态所受到的来自桥身的压力就会大大减小，因而桥台的体积也会相应的减小。一般埋置式的桥台是属于永久性的设施，因此在设计时应该事先计算好其受力，确保其使用年限。
桥墩一般包括柱式桥墩、重力式桥墩、钢筋混凝土薄壁桥墩。柱式桥墩由于其自重轻，结构稳定性好、设计和施工简单因而被广泛地使用到公路桥梁的施工建设中。重力式桥墩是利用自身的恒载来平衡偏心力矩，从而保证桥墩的稳定性。重力式桥墩在建设中可以不采用钢筋结构，仅使用天然的岩石混凝土筑成即可。钢筋混凝土薄壁桥墩与钢筋混凝土薄壁桥台相对应。在选用墩台是应该注意以下几个方面：首先，在施工比较难的地段应尽量减少桩基的数量。如果因为桩基过少而使承载力过低，可以适当的增加桩基的半径，加大其受力面积；其次，桥台应该远离松软的河边。因为软土地的桥墩其在受力过程中会出现形变，会产生不可预料的危险。因此在设计桩基时除了考虑到其承载力外，还应该考虑其受力的范围，尽量桥墩桩基靠近地址较为坚固的地带；最后，对于陡坡上的桥墩，由于两边的桥墩的高顿受坡度的影响会有很大的差别，因此，在设计时要引起重视。一般情况下，对于陡坡上的桥墩可以在较矮的桥墩上安置一定高度的套筒。通过增加桥墩的高顿来缩短两个桥墩的差距。
5 结束语
在山区、高原地区、湿地等特殊的地理环境中修筑桥梁需要客服众多的困难、地理环境的恶劣、地质条件的多边、水文特征以及周边的环境等均会为公路桥梁的设计带来巨大的困难。在实际的施工中应该根据具体的环境、桥梁的功能以及公路桥梁的设计特点等，经过实地考察后确定最佳的公路桥梁设计方案，确保桥梁能够按时建成并运用到实际的交通运输中。
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作者简介：许刚（1970.7.11-），男，助理工程师。
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