探究山区高速公路桥梁设计的特点和方法
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作者:赵守哲
摘 要：如今，我国高速公路网日益完善，在山区高速公路工程中，为满足路线方面的要求，通常会采用布置桥梁的方式，但山区高速公路桥梁和平原地区有很大的不同，在实际的设计过程中，需要在掌握设计特点的基础上，采用合理可行的设计方法，保证设计的经济性、适应性、可行性与安全性。
关键词：山区高速公路 山区桥梁 桥梁设计
中图分类号：U442 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）05（a）-0024-02
1 山区高速公路桥梁设计特点
1.1 跨径设计
对桥梁而言，其孔跨为较为复杂的设计问题，在设计中必须遵循因地制宜的基本原则，经综合对比后确定最佳的方案，通常需要考虑以下几个因素：
其一，必须满足通航方面的要求，将较大跨径布置与主河槽，在变迁性河流中，应设置多个通航孔。
其二，规避地质与地形情况较为复杂的段落。比如在水流比较湍急的段落，能通过对跨径的适当增加来规避该段落。
其三，保证结构受力科学合理，尤其是连续梁结构与连续刚构，必须确保跨径有良好比例，使中、边跨弯矩尽可能相同。
其四，做好经济与工期的对比，根据现有施工能力确定适宜的跨径，要做好对工期与经济成本的权衡。
其五，满足美观性要求。对山区桥梁而言，它主要受地形因素控制，水文控制较少，所以在符合经济性、适用性与美观性等基本要求的同时，还应确保跨径和地形保持协调，以下针对不同常见情况，探究跨径形式选择和设计。
1.2 跨越河流
山区河流中的比降大多超过0.1%，具有汇流时间相对较短和流速较快等特点，横断面以U字形及V字形为主，容易发生泥石流与塌方，尤其是在峡谷河段，需要避免对水流造成压缩，力求一孔跨过。而在开阔的河段，如果一孔无法跨过，则需要将墩身设置在河道保持稳定且流速相对较缓的位置。
1.3 跨越深沟
此时应以等跨径布置方式为主，但是要注意不可在沟心处进行墩身的布置，降雨后，冲沟流量相对较大，上游石块将被冲下，若于沟心处进行墩身的布置，将带来很大的安全隐患。如果墩高有较大的变化，可采用组合式的跨径，以此与地形相适应。
1.4 跨越泥石流沟
如果桥位必须从泥石流沟上跨越，则不可在沟中进行墩身的布置，这是因为沟中流量很大，会对墩身结构造成很大冲击，影响下部结构稳定性。对此应尽量一孔跨越，并对沟身做适当处理，采用设置护岸及导流槽等有效措施。
1.5 当横断面存在很大高差，且左、右横坡相对较陡时
这种情况在当前的桥梁设计工作中越来越常见，是一种多样性十分显著的桥位，设计过程中需要以地形情况为依据选择适宜的方案。如果横断面上的高差相对较小，同时左、右幅的路基没有到达挖方段，则可进行不等长设计，也就是通过错孔布置与地形相适应;而当横断面有很大的高差，且左、右幅的路基是半填半挖时，为有效减少挖方，并考虑填方施工可操作性，采用一半为路基，另一半为桥梁方式，并根据地形与地质条件，采用锚杆或加筋挡墙。
2 山区公路桥梁的设计方法
由于近年来桥梁事故的频繁发生，桥梁在质量和安全性方面引起了很多关注。2012年8月8日，江西广昌河东大桥倒塌，造成了无法估量的经济损失，并造成无辜者生命意外。2012年5月13日，湖南平江大桥在挖泥船的撞击下突然倒塌。这是由于在桥梁的设计和施工中没有合理的桥墩施工方法和设计思路。
频繁的桥梁事故对运输经济的发展产生了巨大的影响。因此，在道路桥梁设计项目中，必须注重安全性和质量。防止沉降的解决方案可总结如下：
（1）选择一种合适的软土层处理方法，并详细检查施工效果，合理控制沉降程度。
（2）设计桥梁桩的铺设，为桥梁的承载力打好基础，并提高道路和桥梁的交通承载力。
（3）注意施工安全，做好基础工作后继续施工。
2.1 优选路桥位置
就路桥工程项目而言，桥梁在优化设计过程中应充分考虑桥位选择以及长度和板局结构。通过优化道路和桥梁的位置，可以有效地发挥其价值和作用。在选择道路和桥梁的位置时，应考虑桥轴和水面的倾斜度，这与道路和桥梁的排水效果有关。在设计布局结构时，应严格遵循协调性和科学性的原則，并应保证受力平衡。在桥梁设计和桥梁长度优化中，有必要考虑：
如果桥址面积较小，则桥梁设计长度不应太大。如果桥址面积较大，则为了有效地提高道路桥梁的承载能力，有必要适当增加道路桥梁的长度。在设计规划过程中，应准确掌握道路桥梁的计算方法，然后通过模型方法准确掌握道路桥梁的长度与面积之间的关系。
2.2 桥梁桩基的设计
首先，我们应该使用来自单个墩柱实验的数据来粗略评估整个桥梁，并分析墩柱与桥梁沉降之间的关系。
其次，采用单一类比方法套用计算公式，以模拟在群台柱的支撑下桥梁的沉降速度，然后在定量比较后进行改进和完善。
最后，我们还需要在施工过程中采取相应的应急措施，以防止施工事故的发生。
沉降控制的负荷桩基被用作基础土层和承台上来共同承担桥梁的全部荷载。而承台下地基土与桩之间分担负载的基本作用是保证承台底面长期效应组合质要大于单个承柱的标准值之和。桩基的计算模式为用桩的应力公式计算桩端和桩侧荷载在桩端平面下的附加应力，再用应力公式计算承台分担荷载所产生的应力。 2.3 桥墩设计
在高速公路桥梁的设计中，运用最多的有柱式墩、实体式墩、薄壁墩等三种类型的桥墩。这三中桥墩各有其优点与不足，我们应该按照具体的情况进行选择。例如：
（1）建造的桥梁跨径不是很大时，我们一般选择柱式墩，但是不能太高，因此适合做中小跨径桥梁的下部结构。
（2）桥墩比较高时，我们选择实体式墩。这种类型桥墩可以根据其高度及受力特性验算确定断面尺寸，但这种桥墩的建造对地域的要求较高，而且不适宜机械化施工。综上所述，桥墩的选择必须综合考虑经济性、结构安全性及施工方便性等指标。
2.4 桥台设计
在山区高速公路桥梁的设计中，桥台的设计受到山区地形的限制较大，桥台设计是否合适，直接关系到桥梁的建设进度、质量控制、经济指标等。因此，在桥台设计的过程中，我们应该按照具体的地质、水文、地形情况，选择不同的桥台形式，最大限度的确保设计方案的经济性、安全性、施工可行性。
2.5 基础设计
在山区高速公路桥梁设计中，结合地质情况，近年来大量采用桩基础。桩径从1.2～2.0m不等，桩径、桩长需要根据项目所在地的地质资料进行验算确定。在设计中，一定要考虑项目所在地的地质水文情况，结合施工可行性确定桩径。例如：在山区缺水的地方，只能采用人工挖孔桩施工的项目，原则上桩径不得小于1.5m，以确保人工挖桩能正常施工。
2.6 地面高度優化设计
在公路桥梁工程设计过程中，地基非常重要。设计路桥结构时，应优化地基高度。对于地基层，较易受到风化影响，如果解决方法不当则会影响地基稳定性，比如地基软化会影响路桥的高度，而且地基也容易崩塌。一般而言，地基土层的风化性泥岩较为常见，桥位处墩台基础底面土层的构成多为外露浸水后易软化以及崩解强度会迅速降低的强风化泥岩层。
3 结语
综上所述，在山区高速公路中，桥梁工程的设计不仅复杂多样，而且具有很大的特殊性，怎样在实际设计过程中做到灵活把握，需要全体设计人员的重视与思考。本次浅显的分析介绍了在山区桥梁设计中可采用的方法及遵循的原则，以此为实际的设计工作提供可靠参考依据，但还有很多问题值得人们去思考和解决，从而进一步提高山区桥梁设计技术水平。
参考文献
[1] 姜杰.山区高速公路桥梁设计的特点和方法[J].民营科技，2016（2）：155.
[2] 李振华.山区高速公路桥梁设计的特点和方法探讨[J].工程技术研究，2017（6）：207-208.
[3] 陈晓明.设计新理念在山区高速公路桥梁中的应用探讨[J].工程建设与设计，2017（2）：75-76.
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