刍议山区桥梁设计
2015-04-13
1山区公路与桥梁特点
山区公路主要特点是地形、地质、水文条件复杂。地形复杂，表现为沟壑众多，地面高差变化大，纵横坡均较陡直，冲沟发育；地质复杂，表现为滑坡、崩塌、泥石流、岩溶、陡崖、断层及煤矿采空区等不良地质不同程度存在，岩性、岩石风化程度各有不同；水文条件复杂，表现为水系众多，水文地质、暴雨、洪水等沿路线不尽相同。
受到这些原因的影响，路线布设时平纵横三个方面都受到约束，一般就是平曲线多、平面半径小、纵坡大，桥梁比例高、横坡陡、半边桥和高挡墙多。山区公路桥梁也相应具有上述特点，弯坡桥多，高墩大跨多，墩台形式多，设计中必须协调解决好桥梁各细部构造与地形地质之间的关系。基于山区复杂的地形地貌，致使山区公路路线中桥梁所占比例大，往往选择曲线、大纵坡、高墩、长桥等设计方案。
2山区桥梁桥位的选择
由于山区的地形、地质及水文条件复杂，桥梁应根据公路功能、等级、通行能力及抗洪防灾要求，结合水文、地质、通航、环境等条件进行综合桥位选择。桥位应选择河道顺直稳定、河床地质良好、河槽能通过大部分设计流量的河段，桥位不宜选择在河汊、沙洲、古河道、急弯、汇合口、港口作业区及易形成流冰、流木阻塞的河段。桥梁纵轴线宜与洪水主流流向正交，对通航河流上的桥梁，其墩台沿水流方向的轴线应与最高通航水位时的主流方向一致。就地质条件而言，桥梁宜设在地质构造单一、岩层完整埋藏较浅、土层坚实、地质条件良好的地段，不宜设在断层、滑坡、溶洞等地质不良地段，应避开断层破碎带，特别是近期有活动的断层带。
3桥梁结构设计
3.1 桥梁上部结构设计
就山区公路而言，由于桥梁在整体路线设计中所占比重较大，一般来讲，桥梁孔跨类型采用标准化跨径占多数，常用的标准化跨径有16m、20m、25m、30m、40m、50m等，截面型式有空心板梁、T梁、箱梁三种结构。对于跨径小于30m的桥梁，一般三种截面型式均可采用，对于跨径40m及50m的桥梁，从梁受力特点出发，一般宜选择的截面型式为T梁。
由于山区公路山高谷深，当桥梁跨越深沟宽谷时，大跨度非标准桥梁类型是必然产生的。对于山区大跨度桥梁类型，一般较常采用的有连续刚构体系、拱式结构体系、连续梁体系三种类型。在高墩和大跨径桥梁中，常采用的是连续刚构体系，将连续刚构桥的主梁做成连续梁体与薄壁桥墩固结。由于桥墩参与工作，连续刚构桥由活载引起的跨中区域正弯矩比同跨径连续梁桥的小。当墩高达到一定高度后，两者上部结构的内力相差大，而薄壁桥墩底部所承受的弯矩、梁体内的轴力随着墩高的增大而急剧减小。当桥梁跨越V型深谷时，一般采用拱式体系桥梁，有钢筋混凝土拱桥、钢管混凝土拱桥、钢拱桥等类型，在大跨径桥梁中，拱式结构的工程造价相对优于其它相同跨径不同结构类型，但拱式结构对于桥位处地质情况要求相对较高。在山区公路设计中大跨径桥梁相对来说最常采用的还是连续梁体系，包括先简支后连续结构及现浇连续梁结构，在弯桥、斜桥及跨线桥中较常采用等高度连续梁结构，跨径一般在60m以内，对跨越大的河谷、河流的桥梁，一般采用悬臂施工的变高度连续梁。
3.2 桥梁下部结构设计
山区公路路线平曲线多、平面半径小、纵坡大，受这些地形、地势条件的限制，山区桥梁的设计难度较大。一般来说，桥梁下部结构设计主要注意以下几个问题。
（1）墩高与跨径的关系，20m跨径桥梁墩高一般为12～20m，30m跨径桥梁墩高一般为18～30m，40m跨径墩高一般为24～40m是比较合理的。在实际设计中，应根据桥梁长度、桥墩高度等选取若干上部结构跨径，进行综合经济比较，从而得出适合的上下部结构比例。山区公路桥梁设计中，通常应根据地形选择一种跨径不宜根据墩高频繁变化跨径，墩柱高度变化很大时，可以采用2O+3Om或者3O+40m的组合跨径，当处于地震烈度较高的地区时，宜采用等跨。
（2）高度较矮的桥墩多采用柱式墩、Y型薄壁墩等，其中又以柱式墩最常采用。柱式墩分圆柱和方柱，圆柱施工中外观质量易控制，且与桩基衔接方便，但从美观上来说，方柱有棱有角，与上构梁体协调，有一定的视线诱导性，较美观。
3.3 基础设计
山区公路桥梁最常用的基础仍为桩基础和扩大基础。在地质情况良好的地段，采用扩大基础的情况相对较多。在山区桥梁存在纵横坡高差较大的情况下，一般采用的扩大基础为分离式基础以适应地形。常采用的桩基础有三类：摩擦桩、柱桩及嵌岩桩。若采用桩基础，则地质情况较好的地段一般采用嵌岩桩，地质情况较差的地段一般采用摩擦桩。桩基础施工方法上多是挖孔桩和钻孔桩。挖孔桩造价较节省，但设计中能否采用挖孔桩，应结合地质情况具体分析，当桩长较长，遇到流沙、软弱夹层、卵石、漂石等容易造成塌孔的地质情况及地下水位较高、地层含有煤气、瓦斯等有害气体时不宜设计为挖孔桩。
4结束语
山区公路地质复杂，地形多变，沿线水文情况也大相径庭，桥梁设计与平原地区桥梁的设计有很大的不同，设计者要对于不同的项目，多作比较分析，合理选择符合实际的桥梁方案，使桥梁设计达到适用、安全、经济，同时要与周围环境协调一致、造型美观的目的。
