论如何优化山区高速公路桥梁设计

　　摘要：针对山区高速公路桥梁曲线多、大跨高墩、地形地质复杂、施工环境差等特点，从桥梁支承体系选择入手，探讨做好山区高速公路桥梁设计优化的做法，为实际的桥梁设计工作提供参考借鉴。
　　【关键词】山区高速公路桥梁；桥梁设计；支承体系；上下部结构
　　山区高速公路桥梁设计需要考虑的因素较多，为保证设计质量，必须进行全方位综合考虑，把握每一个设计要点和影响因素，并结合现有技术条件，选择正确、先进、合理且经济的方式，以此真正做好设计优化，提高设计水平。
　　1.选择合适的支承体系
　　1.1简支
　　目前，简支梁桥的实际应用十分广泛，尤其是在山区高速公路当中，常用于中小跨径的公路桥梁，其优点包括：
　　（1）各孔的支承较为简单，且单独受力，互不影响，预制与架设都十分方便，对管理没有过高要求，成本相对较低；
　　（2）受力明确且简单，无附加应力，前期设计与受力计算都较为简便，具备实现标准化的内外部条件；
　　（3）属静定体系，受地基变形等因素的影响极小，对桥梁基础没有过高要求，在地基条件较差的区域仍可建造。
　　当然，也存在一些缺点：
　　（1）接缝较多，舒适性差，耐久性、整体性等均有待于改善；
　　（2）仅适用于中小跨径的桥梁，材料自身特性难以充分发挥；
　　（3）结构自重偏大，且支座数量多，下部结构尺寸因此往往较大，不利于美观性。
　　为解决以上问题，出现了一种新的支承体系，即为简支与桥面连续相结合，这一体系继承了普通简支全部优点，并且通过对桥面板实际厚度及连续长度的有效调整，减轻了结构自重，提高了舒适性。以某简支结合桥面连续T梁为例（图1），其具有以下众多优势：
　　（1）有横纵两向刚度的形成，参与受力，减轻结构自重，为施工创造便利；
　　（2）采用现场浇注的方法进行桥面板施工，能对梁间距进行灵活调整；
　　（3）接缝数量大幅减少，能保证行车的平顺性，并提高耐久性及整体性。
　　1.2连续支承
　　连续结构及其支承体系在山区桥梁也十分常用，这一体系主要有三种不同的形式：其一，现浇单支点连续；其二，先简支后单支点连续；其三，先简支后双支点连续。第一种形式与整体现浇结构相对应，目前使用较少。而如果桥梁处在半径较小的曲线段，则要采用这一形式。具体应用过程中，应注重弯桥支座布置，以及偏心支承等设计要点。第二和第三种形式均属先简支后连续范畴，与装配式结构相对应，预制与架设都较为方便，能很好的保证耐久性及舒适性，当前应用较多。
　　1.3刚构支承
　　山区高速公路桥梁以弯桥、高桥、长桥及坡桥居多。对曲线梁桥而言，因受到弯扭耦合作用，会向某点发生变形；对于纵坡长桥，其受汽车制动力等因素的影响，梁体会发生一定程度的滑移。在这种情况下，如果选择连续支承形式，则变形与滑移会使梁体实际受力难以平衡，导致支座脱空或直接破坏。因此，应选择刚构体系，以防以上现象的发生。
　　2.上、下部结构的设计优化
　　2.1上部结构
　　2.1.1跨径布置
　　（1）跨径和墩高
　　在山区，其地形起伏往往较大，需根据地形来选择合适的跨径，不宜以墩高为主要因素进行频繁调整，如果墩高的实际变化也较大，则应实施跨径组合。若有多种方案可供选择使用，则需通过造价分析作出取舍，并优先考虑标准跨径。
　　（1）曲线跨径
　　山区中的曲线桥，如果梁长布置不相等，则应以曲线半径为依据，在对跨径及墩台中心线具体位置进行确定时，充分考虑以下要点：当曲率半径较大时，宜按照内弧长和标准跨径相等来布置，跨径达到标准，概念明确，有利于加快设计效率；当曲率半径较小时，宜按照中线弧长和标准跨径相等来布置，以减小梁长标准值和实际值的偏差。
　　2.1.2桥型结构
　　考虑到山区交通运输条件与场地条件都很差，故设计应以装配化与标准化为核心。对中小跨径的桥梁，应优先考虑装配式结构；对于半径较小的曲线桥，应优先考虑连续闭合箱梁，因为其具有良好的抗扭性能；对于大跨径桥梁，应优先考虑悬臂浇注。
　　2.2下部结构
　　2.2.1桥墩
　　桥墩有许多种不同形式，常用的有以下几种：重力式实体墩、板式墩、空心薄壁墩与柱式墩等，不同形式有不同的特点与适用情况。对于墩高小于25m的桥墩，大多为板式墩与柱式墩。圆柱的构造较为简单，在施工过程中易对质量和外观进行控制，而且和桩基之间的衔接也十分方便；方柱能和上部结构良好协调，在受力方面优于圆柱，特别是刚构体系，但要设置额外的连接，工程量较大。可见，在具体设计中，应结合上部结构、地形与墩高等因素，进行综合考虑，选出最佳结构形式。对于墩高在25-40m范围内的桥墩，大多为实心板式墩，截面既可以是矩形，也可以是Y形。
　　2.2.2桥台
　　在山区高速公路中，桥梁桥台通常选择桩柱式、重力式或肋板式，又以重力式U形台应用最多。研究表明，U形台最佳填土范圍是4-10m，故其高度必须不能超过10m，在设计过程中应结合地形等条件进行分台阶。对于桩柱式桥台，因抗推刚度相对较小，所以如果联长度较大，或台后填土较高，则一般不允许使用。
　　2.2.3基础
　　统计表明，在山区桥梁当中，桩基础与扩大基础是两种最常用的基础形式。其中，桩基础通常为桩柱及嵌岩桩，在地质条件较差的段落，还会用到摩擦桩。而在地质条件良好的段落，多使用扩大基础，而在有较大横坡，或地质条件频繁变化的段落，则应重点考虑桩基础。在这种情况下，如果采用扩大基础的形式，则虽然借助分离式扩大基础，也难以满足地形地势方面的要求，为使地基达到预期的承载力要求，需要大量开挖，导致边坡容易处在不稳定的状态。除此之外，位于斜坡的桥梁扩大基础和桩基础，应充分考虑覆盖层的实际厚度与基础扩散角，并兼顾施工过程中可能受到的各类影响，在必要的情况下，采取有效措施提供稳定支护，如设置锚杆来形成挡墙等。
　　3.结束语
　　综上所述，山区高速公路桥梁普遍具有地形复杂、纵坡较大、高墩大跨等特点，使设计与施工都面临很大困难。因此，在实际工作中必须充分考虑所有特点，从结构体系选择入手，做好设计、计算和优化，以达到稳定可靠、技术先进和经久耐用的根本目标。
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