摘要：隨著社會經濟的不斷發展，我國高速公路建設事業飛速發展，橋梁作為高速公路建設的重要組成部分，橋梁設計方案是否合理，直接影響著整個工程的總造價及使用性能。因此本文作者結合多年的工作實踐，闡述山區橋梁結構設計中若干關鍵問題的處理方法，可為以后的橋梁設計提供參考。
　　關鍵詞：橋梁；結構設計；橋墩；橋臺
　　1概述
　　傳統的橋梁設計中，通常以橋位處的水文地質條件、河床的流量與沖刷為依據來確定橋長和橋高。而對于山區高速公路的橋梁設計，只要滿足規范要求．就可以根據地形條件、路線高度確定橋型方案。目前經常采用的高墩大跨、斜彎坡橋、造型美觀、經濟合理的新型結構，拓寬了橋梁設計的發展空間。但山區地質條件的復雜性以及地形、地貌的多變性也給橋梁設計帶來了諸多技術難題。橋梁作為山區高速公路的重要組成部分，其設計的合理與否對整個工程的造價和使用性能有著直接的影響．因此．對山區橋梁設計的研究具有重要的現實意義。
　　2橋梁結構體系的選擇
　　山區高速公路大中橋通常采用先簡支后連續或墩梁固結的連續-剛構混合體系，這是為了保證行車舒適，結構耐久適用。如某高速公路高架橋，橋位區屬低山丘陵地貌，地形起伏大、切割深，路線與河谷高差在100m以上的區域達180m．最大墩高為91m。若采用全剛構體系，墩高相差較大，需通過調整橋墩的線剛度來改善橋墩受力，這樣會導致橋墩尺寸較多．美觀性降低，施工相對麻煩。而全連續結構聯長太長。舒適性差，墩臺所受水平力較大，墩柱尺寸相對較浪費材料。而根據地形，將中間墩高較高、剛度相差不大的相鄰幾個橋墩固結起來，利用其柔性適應橋墩所受的溫度收縮、徐變、制動力等水平力，對較矮的邊墩設置滑板支座或橡膠支座，形成剛構一連續體系，使高墩、矮墩的受力性能都能得到改善，且符合地形特點。因此，山區高速公路橋梁宜采用先簡支后連續或墩梁固結的連續一剛構混合體系，該體系既適應平面線形，又適應橋梁的受力特點。
　　3橋梁方案的設計
　　橋型的選擇上，一般是根據適應、經濟、美觀、安全以及設計施工的難易程度等因素進行綜合分析，并最終確定橋梁實施方案。對于山區高速公路而言，還應著重考慮施工難易程度、山區地質病害及環境保護等影響因素。
　　3．1中小型橋梁設計
　　中小型橋梁應采用造價相對較低的空心板簡支體系，降低工程造價。從施工角度考慮，應避免在同一合同段出現多種跨徑。否則不利于預制模板的周轉使用。
　　3．2高架橋的設計
　　山區地形復雜．公路線位穿越崇山峻嶺、跨越深溝、峽谷、河流的特大橋較多，施工運輸條件差。且橋位處地形條件不盡相同。在進行橋梁總體布置時，應注意高跨比的匹配，使橋梁跨徑稍大于橋墩高度，同時也應考慮選用制作簡單、施工方便的橋型方案。特大橋、大橋應對連續梁或剛構體系、拱橋、鋼桁梁懸索橋等多種方案進行比較。
　　對于跨越“V”型深谷(如圖1所示)、特寬、特深溝谷的橋梁，可考慮采用大跨連續剛構方案，以減少橋墩個數、減小施工難度。也可選取懸索橋進行比較。如某特大懸索橋橋位處為峽谷懸崖地貌，地形起伏極大，相對高差達500m，谷底寬約60m，峽谷總體呈“U”字型．溝內河水自東向西流，特大橋沿北西向橫跨峽谷，兩岸主塔均位于懸崖體上部。此橋全長1058．57m，主纜的孔跨布置為：252m+1146m+126m，主梁全長986rn．索塔中心距離為1146m。
　　                          
　                                                                                          　圖1“V”型深谷懸索橋
　　3．3跨河橋梁
　　跨河橋梁主要根據水文狀況確定橋梁方案。對于無通航的河流，可選用結構簡單、施工方便、造價低的橋型。橋墩應避開水渠、道路等人工構造物。河中橋墩應盡量少且與水流方向正交，以利于排洪。對于通航的河流，需要預先確定設計水位和通航等級。設計時要兼顧排洪與通航的要求，對于通航等級高的河流可采用大跨剛構箱梁；對于通航等級低的河流可采用跨徑較大的T型梁方案。設計這類橋梁，要根據主航道的位置及主流流向布設橋孔。
　　4橋梁結構設計
　　4．1上部結構
　　由于山區地形和高速公路線形標準的制約，山區高速公路橋梁具有曲線、大縱坡、高墩等特點，其結構型式必須適應這些特征，以便于結構設計更合理，耐久性更好。位于曲線上的橋梁，梁體存在彎扭耦合作用，并具有在這種作用下沿某一不動點變形的趨勢：大縱坡橋梁在長期的單向汽車制動力作用下，梁體具有沿汽車前進方向滑移的趨勢，如果橋梁上下部之間設支座，上述兩種趨勢會使橋梁上下部形成相對錯動，往往造成梁體相對下部的移動及支座的不平衡受力；而對于高墩橋，高墩的穩定性及變位是結構設計的關鍵因素。同時，曲線、大縱坡上的橋墩承受著更大的水平力和附加彎矩。
　　為解決以上問題。橋梁結構型式宜采用墩梁固結或剛構的型式。以加強結構的縱橫向穩定，提高行車的安全性、耐久性和舒適性，降低后期運營的維修養護成本。預制架設、先簡支后連續結構的裝配式T梁，經濟性好，是中等跨徑橋梁的常用橋型，它有以下優勢：通過調整現澆橋面板的懸臂長度和墩頂連續段長度．可以很好地適應山區高速公路彎道多、半徑小的特點；當其用于曲線上時，為簡化施工。腹板仍可采用直線形，以現澆橋面板的懸臂長度順應平面線形，減少曲梁的彎扭作用，部分地彌補T梁抗扭及平衡受力能力的不足；同時，可通過加強橫向聯系，來提高T梁結構的整體性能。裝配式結構墩梁固結后受力體系發生變化。成為連續剛構體系，這時應注意固結墩兩邊的主梁剛度不宜突變或變化太大．主梁梁高與跨徑應盡量相等。曲線上的橋梁，在自重、預應力、偏心布置的汽車荷載及其離心力的作用下，會產生較大的扭矩．結構型式以抗扭能力強的整體式閉合箱梁為首選：同時，整體式上部結構的抗扭及平衡外力能力比多梁式上部結構強．對橋梁下部結構產生的曲梁附加力小對高墩橋更為有利。因此，跨徑較大的曲線橋．宜選擇懸臂澆筑的預應力混凝土剛構一連續箱形梁，其具有結構整體性好、受力明確、抗彎、抗扭剛度大等特點。
　　跨越寬深山谷常用的一種橋型為拱橋。拱橋的跨越能力大，結構受力合理，由于避免了設置高墩。大大降低了施工難度，對于山區典型的“V”形溝谷。尤為適用。其拱圈結構常用勁性骨架混凝土箱形或鋼管混凝土結構，既可有支架施工也可無支架施工．特別是大跨徑上承式拱橋，利用兩邊強大的立柱。可采用纜索吊機懸臂拼裝預制的拱圈構件，或先合攏勁性骨架，再在勁性骨架上立模現澆混凝土拱圈，均能方便地實現無支架施工。當拱橋位于曲線上時，在條件允許的情況下，可采用直拱肋，通過拱上建筑順應平面線形。為了提高結構的整體性，拱上建筑宜采用連續剛構體系。
　　4．2下部結構
　　4．2．1橋墩的設計
　　橋梁下部結構應結合地形、地質情況和跨徑、墩高來選擇，橋墩的一般選擇原則如表1所示。橋高50m以內，上部結構為先簡支后連續結構的裝配式T形梁．橋墩可采用雙柱式墩、十字墩或矩形薄壁墩等，以單幅雙柱式墩較常用。在巖溶特別發育、樁基施工困難的地段，應盡量減少樁基的數量，此時可考慮設單柱單樁；當橋墩位于河谷、受滾石威脅時，考慮增強其抗撞擊能力，也可設置較剛性的單柱墩。對高墩長橋，為減少汽車單向行駛產生的累積變位，可考慮采用雙幅兩柱整體下部構造。
　　                                   
　　
　　                                                                                          圖2橋墩類型
　　橋墩視上部構造型式及橋墩高度采用柱式墩、空心薄壁墩或雙薄壁墩等多種型式。通過對以往類似工程的橋型統計分析表明，當墩高小于30m時，柱式墩、Y形墩是最實用、最經濟的橋墩型式，柱式墩其自重輕，結構穩定性好，外觀輕盈美觀,工藝成熟，提升滑模施工快，與樁基礎銜接性好；Y形墩外觀俊美，但施工相對復雜，施工支架較多，工期長，需要設大體積承臺，基坑開挖對自然環境破壞較大。因此，為盡可能地實現標準化和統一化無景觀要求時，墩高50m以下推薦采用柱式墩(包括雙圓柱、獨柱等)。墩高大于50m時，橋墩的施工穩定問題突出，對橋墩的剛度要求較高，設計將根據具體環境及有無通行交角限制等，推薦采用空心薄壁墩。對于高墩，除了要進行承載能力與正常使用極限狀態驗算外．還要著重進行穩定性分析。對于連續梁結構或連續剛構橋，各墩的穩定性會受到相鄰橋墩的制約，應取全橋或者至少取一聯作為分析對象。
　　                                                                                 表1橋墩型式的選擇
　　                      　　
　　同時，在外業過程中，要注意調查水文、水質、地質情況，了解河流是否有較大漂流物、水質是否有腐蝕性等，以便在設計時采取措施。位于陡橫坡上的橋墩，同一路幅同一墩位上兩墩柱的無支高差較大，墩柱剛度差會造成下部結構受力不均勻甚至相差很大，設計中必須給予充分重視．具體可采取在矮墩的地表下設置一定長度的套筒(結合相對高墩的高度)，通過增加矮墩無支高度的措施，來減少同一墩位上兩墩柱的剛度差(見右圖3)。
　　4．2．2橋臺的設計
　　山區高速公路的橋臺，根據地形、地質條件及臺高，可選擇采用“U”型臺、肋板臺或樁柱式臺，框架式組合臺等，以“U”型臺采用較多。根據有關規定，“U”型臺適應的填土范圍為4m～lOm，所以“U”型臺的高度最好以lOm控制。地形橫坡較陡時，常會出現外側設“U”型臺、內側設樁柱式臺的現象；地質情況較差時，常會出現“U”型臺設樁基的情況。橋臺是路橋的銜接點，在橋梁總體設計時應認真考慮以下幾個問題：

                              
　　a)山區河谷橫坡一般較陡峭，上部結構長一些或短一些對橋臺高度的影響很大，設計時，宜盡可能使橋臺高度小些，這樣雖然橋梁會長一些，但可方便施工，并減少工程質量隱患；b)橋臺位于山坡橫向坡較陡峭處時，若采用“U”型橋臺。橫橋向應根據基礎內外側高差設置臺階，由于臺階式基礎施工工序的需要，會造成高一級的基底處于低一級基礎的級坑開挖面中，該部分基底土非原狀土．設計時應采用換填碎石或片石混凝土進行處理，以防止產生臺身剪切破壞和豎向開裂：當采用肋板式橋臺時，橫橋向應根據內外承臺處的地面高程合理確定承臺位置，盡可能避免高側承臺埋置過深造成挖方量的增加。
　　
　　5結語
　　總之，從事山區橋梁設計的技術人員，不僅要熟悉和精通橋梁設計的基本理念，還應盡量多地掌握一些基本的地質知識，與地質技術人員多溝通，搞好協作。設計中應充分了解當地的地形、工程地質條件等，綜合所有可利用的技術資料和科學理論，以便科學、經濟、可靠地進行山區橋梁的工程設計。
　　參考文獻
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