浅谈山区高速公路标准化桥梁设计
郭培俊 陈 颖
（江西省交通设计院 南昌 330002）
摘 要：本文结合我省昌金、泰井、厦蓉等多条高速公路山区桥梁设计经验，从贯彻交通部设 计新理念，加强环保等角度对山区高速公路的标准化桥梁设计的基本原则及设计要点进 行总结，将有助于工程技术人员进行桥梁设计参考。
关键词：桥梁工程；山区高速公路；桥梁标准化；新理念；勘察设计
0 前 言
近年来，我国高速公路建设持续迅猛发展，尤其是《国家高速公路网规划》的出台，标志着高速公路发展进入了新的历史阶段。高速公路建设已从沿海、平原、低山丘陵地区向山岭重丘区延伸。山区高速公路由于受复杂的地形条件限制，往往需要修建大量的桥梁构造物以适应路线线形布设需要，这些桥梁构造物除少部分需进行特殊结构设计外，占有相当大比重的桥梁仍需采用标准化设计，以节省造价、方便施工。
如何搞好复杂地形、地貌及地质等自然条件下的山区高速公路标准化桥梁设计，是搞好山区高速公路桥梁建设的重点和难点，是高速公路建设的关键之一。
1 总体设计要点
山区高速公路标准跨径桥梁设计必须因地制宜，充分考虑施工的可行性、运输的便利性，使所选桥型充分满足“结构安全、适用耐久、经济合理、施工养护容易、造型优美与自然环境相协调”总体设计原则。
1.1 路基填筑与桥梁方案的比选
《公路路基设计规范》（JTG D30—2004）第1.0.7条规定“路基设计宜避免高路堤与深路堑。当路基中心填方高度超过20m、中心挖方深度超过30m时宜结合路线方案与桥梁、隧道等构造物或分离式路基作方案比选”。规范的这条规定从节约工程用地、加强环境保护以及工程美学效果的角度出发，对平原区高速公路非常适宜，但对山区高速公路高填方路段的路桥方案的确定应仔细斟酌，不能生搬硬套规范，应遵循“因地制宜、实事求是、综合论证”的原则，结合地形、地质、标段土石方调配平衡、相关构造物间的施工组织设计及工程造价等诸多因素综合比选，反复优化后予以确定。
对地质条件较好、跨度不大且坡度较陡的V型山36
谷，当上游垭口的汇水面积较小采用涵洞能较好满足泄洪需要时，采用路基填筑方案有利于路基的总体土石方平衡、有利于消除弃方并合理利用隧道出渣，亦可减少桥梁基础施工不确定因素，可有效加快施工进度并节约工程造价。
1.2 桥位选择
高速公路大中桥桥位的选择服从路线总体走向，路线总体走向需兼顾桥位的选择，两者相辅相成，只有认真贯彻坚持地形选线、地质选线、安全选线的原则，才能保证公路建设的和谐统一。
1.2.1服从地形选线原则 山区桥梁由于所处的地
形、地貌及地质条件等均较复杂，桥位选择时尽量使所选择的桥位位于两岸有山咀或高地等河岸稳固的河段，桥位尽量与相交的沟谷正交。设计中应充分考虑施工场地的布置，材料运输等方面的要求。注意保护自然环境，做到桥梁建设与自然环境相协调，使桥位通过处的自然环境破坏减少到最低限度。
1.2.2服从地质选线原则 由于山区桥梁工程地质
构造复杂，经常会出现桥梁两岸的地质构造及岩性差异性较大的现象，桥位选择必须在坚持地质选线的前提的条件下尽量选在基岩和坚硬土层或埋藏较浅、地质构造简单、地基稳定处，桥位不应选在顺层滑坡、活动断层、泥石流、强岩溶等不良地质地段。
1.3 桥梁建设规模的确定
由于山区高速公路桥隧等构造物增多，导致山区高速公路工程造价远远高于平原区高速公路，如何合理确定桥梁建设规模是合理控制工程造价，确保桥梁建设安全的关键。
山区高速公路桥梁规模的确定，应重点结合两端桥台处地形、地质条件、桥梁布孔高跨比协调情况、桥梁总造价以及环境保护等因素综合确定。桥梁总造价比较应综合考虑桥台锥坡工程量、台背回填工程量以及路桥衔接处路基填筑质量等因素。 对于桥台处纵横向地形高差变化较大的山体，有时适当增加1～2跨桥长改肋式桥台为柱式台可提高桥台的安全度、可减少台后路基填挖工作范围，有利于提高台后路基填筑质量，也可避免肋式桥台承台施工对山体的大量开挖，并可减小大量的锥坡工程量，有益于环保并节约用地。
1.4 桥梁标准跨径的选择
山区高速公路地形起伏，变化频繁，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，当一座桥梁，有几种跨径方案可供选择时，应结合桥位处地质情况进行上下部构造组合的全桥总造价的分析比较，并综合考虑施工标段范围内相邻的其它桥梁标准跨径采用情况，从方便施工、节约施工成本等方面综合考虑确定。考虑到上部预制构件的标准化、批量化、减少模板种类和简化施工的需要，同一座桥梁跨径组合类型宜控制在2种以内。
从桥梁美学角度出发，桥梁跨径与墩高的比值关系一般应选择在黄金分割比0.618～1.0范围，通过实际许多工程项目的经济比较，桥梁跨高比在上述范围时，桥梁造价往往是经济的。
1.5 建立全寿命成本概念
桥梁设计方案的比选，要综合考虑桥梁建设、养护、运营维护全过程的综合费用比较，设计要认真落实桥梁结构的耐久性、抗疲劳性，人车行驶的安全性，养护维修的可行性，防灾减灾的有效性，以及环境景观的协调性等问题，实现桥梁“使用寿命更长、环境更美、行车更舒适、投资更省”的总体目标。
2 上部构造设计要点
2.1 上部结构类型的确定
山区高速公路桥梁常用标准化、装配化跨径有13m、16m、20m、25m、30m、35m、40m、50m，横断面型式有空心板、T梁、小箱梁等。山区高速公路一般净空无严格限制，另外，山区高速公路桥梁较多处在平面半径较小，超高缓和路段，采用空心板和小箱梁，架梁时一片梁四个支点不易调平，易造成支座脱空，受力不均匀的情况，笔者建议山区高速公路桥梁标准横断面宜优先采用T梁。
对于50m跨径T梁，在小半径平曲线上，由于内外梁梁长差较大，跨中矢高较大，对路线的适应性要差一些。另外，山区高速公路交通运输、场地预制条件均较差，大型机具进入困难，50mT梁单片重达1500KN，架设设备要求较高，运输及安装过程中变形不宜控制，施工难度大。除有特殊要求，原则上在
山区不要采用50m跨径T梁；受山区桥梁高跨比协调关系及桥梁建设经济性的的影响，山区高架桥极少采用13m、16m标准跨径。综上所述，山区高速公路桥梁宜采用的常用标准跨径为20m、25m、30m、35m、40m。
对于桥位处基岩埋深较浅甚至出露的山区桥梁，基础通常为干处开挖、浇注施工，基础费用较省，桥梁综合最优跨径相对一般平原地区，亦趋于以较多下部构造换取较小跨径。因此在山区墩高在60m以下，均可考虑采用40m及以下的梁（板）式结构。
2.2 针对山区特点合理优化上部构造
山区地形、地物具有较大体量，人的视觉感观以大景观、大景场为主，预制梁（板）式桥梁上部建筑高度对景观的影响很小，同时，路线与沟谷高差大，通常无净空要求。故此，相对一般平原地区，在施工起吊设备允许的前提下，可适当增加预制梁（板）的高度，加大桥梁的刚度，提高桥梁的耐久性。
山区高速公路预制梁（板）横向布置宜尽可能优化，在架设条件许可的前提下应通过适当增加单片预制梁（板）宽度或预制梁（板）横向湿接缝的宽度，减少全桥主梁预制数量，以加快施工进度、节省工程造价。
2.3 合理适应平面线形的布置
山区高速公路标准跨径桥梁大部分处于平面曲线范围内，桥位处平面曲线半径对桥梁跨径的选择及平面布置影响较大。主要表现为两个方面，第一是内外弧差，第二是中矢高。墩台径向布置时，由于曲率半径的影响，内外梁梁长不等，半径越小，内外梁梁长差越大。桥梁设计时处理上部构造（板）与平面曲线半径的关系，一种是根据平面半径变化梁长，预制梁时需不断调整模板并逐梁编号，要求存梁场地大与山区场地特点易产生矛盾；另一种是不变梁长通过加大盖梁和台帽尺寸做成锲型尺寸、加大封锚端或加长现浇连续段进行处理。
3 下部构造设计要点
3.1 连续—刚构组合体系的合理设计
山区高速公路桥梁多为弯、坡、斜桥，为改善桥梁受力性能，较好适应地形特点，山区高速公路标准跨径大中桥一般均采用先简支后结构连续体系或墩梁固结的连续—刚构组合体系。
由于山区高速公路桥梁墩高变化大，一般当桥梁纵坡＞2.0%~2.5%时，设计中可根据地形特点，将中间墩高较高，刚度相差不大的相邻几个桥墩固结起
37 来，利用其柔性适应桥墩所受的水平力，较矮的边墩设置滑板支座或橡胶支座，形成连续梁，可提高桥梁行车舒适性、结构耐久性。
3.2 桥墩设计要点
原则上，同一座桥梁桥墩型式应尽量统一，沿桥轴方向桥墩的主视觉效果应协调统一。当桥位纵向地形变化较大时，同一座桥梁的墩柱型式也宜尽量控制在2～3种以内。
3.2.1墩高＜35m的标准跨径桥梁
桥墩宜尽量采用受力明确的柱式桥墩，为加强桥墩的横向稳定性，可根据墩柱高度及一联桥长适当增加1～2道系梁。在地形起伏不大的情况下，系梁应尽量放在同一层面以求美观；中系梁应采用与墩柱同标号的混凝土以方便墩柱和系梁的施工协调；为减小对环境的破坏，宜尽量避免设置底系梁。如设置底系梁，系梁底标高确定宜遵循“尽量减小对山体开挖”的原则。
3.2.2高度＞35m桥墩
为提高高墩的稳定性与安全性，可视桥梁跨径、墩柱高度采用Y型墩、薄壁空心墩等墩柱型式。设计中可根据墩高的不同，适当调整墩柱壁厚，达到改善墩身刚度的目的，使桥墩结构设计更加符合受力要求，桥梁整体外观线形简洁，美观。
3.3 基础设计要点
山区高架桥通常沿山腰展布，横向地形变化大，墩、台、基础的设计对边坡开挖、山体稳定等环境的影响非常大；同时也对工程的景观效果产生重大影响，设计中应注重环保、景观要求，选用合理的墩台基础型式。
3.3.1沿山坡布设的中小跨径的桥梁
可考虑采用独柱独桩基础型式，以减少基础施工对山体的工作创面，特别是桥位处于岩溶区地质或横桥向地形变化较大时。
3.3.2当持力层埋深＜5m，且墩台位置横向地形变化平缓、稳定，基坑开挖对山体破坏面积相对较小时可优先考虑采用扩大基础，以节省工程造价并加快施工进度。
3.3.3当持力层埋深为5m～6m时
若持力层为硬质岩层，一般可采用扩基，否则宜采用桩基。为加强基础与基岩的整体性，底层基础与基坑的间隙应采用C20片石混凝土填实。
3.3.4提倡大直径挖孔桩设计
贯彻“零开挖”理
念。受山区建设条件的限制，从方便施工、加强环保
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角度出发，一般山区桥梁桩基宜尽可能设计为挖孔桩，设计时还可考虑适当加大桩基直径达到减少桩基数量的目的。
3.4 桥台设计要点
山区生态环境一般较脆弱，地质灾害多发，工程建设的环保要求高，特别是位于陡坡地段的桥台处理不好还会诱发和加剧各种地质灾害，增加公路建设投资，影响工期，甚至会给桥梁运营带来严重的安全隐患。因此，桥台设计的安全和稳定性对桥梁整体安全至关重要。
（1）通过合理确定桥梁规模达到合理控制桥台高度的目的，山区高速公路桥台高度一般宜控制在10m～12m以内，以减小台后土压力和桥台锥坡工程量。
（2）桥台施工应尽可能减小对原状土的开挖破坏，通过合理采用高桩承台以减少承台施工对山体的开挖。
（3）处于覆盖层较厚的斜坡上桥台，特别是柱式桥台，桥台桩基除应满足桥梁受力需要外，还兼有抗滑桩功能。设计中应适当增大桩基直径，增加桩基嵌岩深度，加强桩基配筋。
4 结 语
山区高速公路桥梁设计因建设条件的不同具有多样性，其总体规模、建设方案、上下部构造及基础型式的选择是相互关联和统一的。桥梁方案的设计在确保结构安全、造价合理的前提下，应充分考虑保护自然环境，避免因修建桥梁引起的对山体的大填大挖，从而导致植被的破坏和自然环境的失衡。特别是对一些干旱少雨的山区，植被破坏后很难恢复，所以应特别注意。在施工期间还应注意减少对河流的污染，使其降低到最小程度。从保护环境的角度出发，山区桥梁建设只有做到与景观环境相协调，尽量减少对自然界平衡的破坏，才能确实体现构造节约型的和谐社会目标。由于作者水平有限，文中不当之处请指导更正。
参考文献：
[1]JTG30-2004，公路路基设计规范[S].
[1]霍明.山区高速公路勘察设计指南[M].北京：人民交通出版社，2003.
[2]山区高速公路、桥梁、隧道关键技术研讨会论文集[C].2006.3C
