高速公路桥梁建设特点及优化设计

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摘要：结合山区高速公路桥梁建设的特点，分析了山区高速公路桥梁优化设计原则，包括安全性原则、经济性原则和协调性原则，重点就桥梁上部结构、下部结构、附属结构及防排水等内容提出有针对性的设计优化措施。结论证实，采取优化设计策略，不仅顺利完成山区高速公路桥梁设计任务，还有利于更好指导工程施工，也为提升工程质量和效益，促进桥梁工程作用的充分发挥奠定基础。

关键词：山区高速公路桥梁；建设特点；优化设计

1山区高速公路桥梁建设的特点

山区高速公路桥梁建设穿越的地形地质条件比较复杂，施工难度大、技术要求高，资金投入多，主要特点如下。

1.1技术难题多

山区高速公路桥梁穿越的地形地质条件复杂，对工程质量建设的要求较高，施工过程的技术难题多。例如，施工中不仅有勘察设计难题，而且在钢筋绑扎、混凝土浇筑、施工养护等方面都面临着技术难题。为有效应对这些技术难题，必须加强质量控制，确保桥梁施工效果。

1.2工程规模大

山区高速公路桥梁工程规模大，主要表现为桥梁跨度大，高墩施工规模大，任务多[1]。为有效应对这些挑战，应该加强现场勘查，制定科学合理的施工技术方案，把握质量控制要点，确保山区高速公路桥梁建设质量。

1.3工程造价高

山区高速公路桥梁施工规模大、工期长、风险大，需要的施工材料和机械设备多，因而工程造价成本高。为此，应合理安排资金预算，加强施工成本的动态管理与控制，防止发生成本超支现象，确保工程建设效益。

2山区高速公路桥梁优化设计的原则

为提升桥梁结构设计水平，应遵循以下设计原则。

2.1安全性原则

确保山区高速公路桥梁施工和运行安全是设计过程中必须高度重视的问题。常规桥梁一般釆用技术成熟、标准化程度高、对现场养护要求相对低的装配式结构，以便采用标准化、系列化和工厂化施工。而在山区特殊桥梁结构设计中则应开展单独设计，釆用技术成熟、受力明确、协调性优、结构安全的桥型。同时在设计过程中落实安全性原则，确保结构的稳定与安全，使桥梁能适应复杂的自然环境，有效承受行车荷载，并能应对恶劣自然条件可能带来的不利影响[2]。

2.2经济性原则

山区高速公路桥梁设计中应落实经济性原则。要进行高填深挖与桥隧的比选，控制桥隧规模与特殊路基规模，合理利用地形以减少特大桥规模及桥梁墩柱高度，控制工程造价以节约投资成本。要注重路线方案的优化选择、桥隧结构物的合理布设、桥隧设计方案的比选，通过降低成本以更好落实经济性原则。

2.3协调性原则

山区高速公路桥梁设计中，不仅要满足技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理的要求，同时还应满足美观和环保需要，重视与环境的协调，遵守“因地制宜、就地取材、便于施工和养护”的原则。山区高速公路桥梁方案选择及孔跨布设时，除考虑结构本身的合理性外，还应注重高跨比协调，在无特殊要求时尽量采用经济跨径，同时注重景观协调，布孔时注意跨径的一致性或变化的协调性。避免因桥梁修建对山体大填大挖，从而导致植被破坏和自然环境平衡遭到破坏。从桥型总体布设到施工方案制定，要充分贯彻“不破坏就是最大的保护”理念，把对当地环境的影响降至最低，注重与周围环境协调。

3山区高速公路桥梁优化设计

3.1上部结构设计优化措施

上部结构设计时，桥型方案应根据地形、地质、水文、桥墩高度等选取。通常情况下，采用构造简单、施工方便、造价较低的结构简支、桥面连续的桥型。常规桥梁上部结构形式及跨径设计时，以25m装配式预应力混凝土简支小箱梁、30m、40m装配式预应力混凝土简支T梁为主，且同一座桥梁的跨径不宜多于两种。对于桥高大于60m的桥位，宜综合考虑采用连续刚构桥型。山区河流、沟谷等地季节流量差异大，泥砂石等携带物对桥墩强度和稳定性可能会造成威胁。因此，桥梁跨越时应尽量避免在沟谷中心设置桥墩。为较好适应地形，可选择采用组合跨径布孔方案。斜坡上桥梁基础施工困难，且施工对坡面植被及边坡稳定的影响较大，适宜采用稍大的跨径[3]。

3.2下部结构设计优化措施

弯桥高墩设计计算时应考虑偏心荷载、离心力以及风荷载的影响；各墩刚度应协调，相差不宜太大以提高抗震性能。当墩高小于35m时，下部采用圆柱式桥墩。当墩高大于35m时采用双柱实心（空心）方墩。桥梁下部结构形式应尽量进行归并统一，以便减少桩柱类型，利于施工。当基础底面位于岩石层理倾向与山坡向一致的山坡上时，宜采用桩基础[4]。采用双柱方墩时，基础一般采用挖孔方桩，但如果遇到软弱夹层、卵石、漂石等容易造成塌孔的地质，或地下水位较高、地层含有煤气、瓦斯等有害气体等不允许采用挖孔桩的情况，应采用钻孔群桩设计。当斜坡较陡时要考虑斜坡影响，增加桩基础的嵌岩深度。应通过验算增加山坡内侧基桩的嵌岩深度，相邻桩基的桩底高程差值不大于相邻桩基的净间距。明挖扩大基础底面应置于岩层上，基础的埋置深度应满足河流冲刷及承载力要求。当墩台基础嵌于岩石山坡的新鲜基岩内时，基础底面前缘至山坡岩面的水平安全距离按如下原则确定：当山坡为软质岩时，水平安全距离值不得小于2～3.5m；当为硬质岩时，水平安全距离值不得小于1～2m。水平安全距离值随岩石节理发育程度、岩石饱和单轴抗压极限强度、岩层走向而定。基础底面不应置于滑坡、坍塌等不稳定山坡体。在满足结构安全的情况下，扩大基础、承台、底系梁或桩顶高程应尽量抬高，同一桥墩柱高相差较大时，可采用接长低侧桩基的形式，以不开挖或少开挖山体边坡的原则，减少废弃土数量以及对山体的扰动。要尽量避免在陡斜边坡上设置高桥台，桥梁长度宜适当增加以使桥台伸入山体2～3m为宜。当梁体伸入山体且地质条件较好时，可直接开挖基岩浇筑台帽。

3.3附属结构及排水设计优化措施

桥头搭板设计时，如果桥台处于挖方段，地层为不需要换填的均匀岩层时可不设搭板。桥梁伸缩装置设计时，如果是高墩，应考虑由墩台水平位移产生伸缩量增大的影响，根据计算适当增加伸缩装置的伸缩量。桥面防排水设计时，位于凹型曲线上的桥梁，其泄水管应适当加密，并在凹型曲线最低点处设置泄水孔。跨越水库或敏感性水源保护区、公路、铁路的桥梁，桥面排水必须采用集中排放。跨线桥桥面的雨水应通过排水管引入边沟，不得直接排到公路上，以免污染路面、墩台及影响行车安全。对于跨越水库或敏感性水源保护区，必须经隔油沉淀达到相关标准后才能排入沟渠。

4结语

桥梁设计是山区高速公路建设的重要内容，也是必须重视和关注的问题，通过加强山区高速公路桥梁优化设计，不仅有利于提高设计工作质量，还有利于更好指导工程施工，对推动桥梁工程建设顺利进行，提升山区高速公路桥梁结构的稳定性和耐久性，延长工程使用寿命，促进其作用充分发挥具有重要意义。因此，设计人员应加强自身学习，把握设计要点，提高工程设计水平，为施工顺利进行和工程质量提升奠定基础。

参考文献：

[1]王峰娟.公路工程沥青路面施工技术与质量控制策略[J].交通标准化，2014（8）：39-41.

[2]卢函恩.论如何优化山区高速公路桥梁设计[J].人民交通，2018（5）：50-51.

[3]高志强.全套管钻孔桩成套技术及其在复杂地层环境中的应用[J].长江工程职业技术学院学报，2018（2）：22-24.

作者：金城 单位：中交远洲交通科技集团有限公司