摘要：随着社会经济的不断发展，我国高速公路建设事业飞速发展，桥梁作为高速公路建设的重要组成部分，桥梁设计方案是否合理，直接影响着整个工程的总造价及使用性能。因此本文作者结合多年的工作实践，阐述山区桥梁结构设计中若干关键问题的处理方法，可为以后的桥梁设计提供参考。
关键词：桥梁；结构设计；桥墩；桥台
1概述
传统的桥梁设计中，通常以桥位处的水文地质条件、河床的流量与冲刷为依据来确定桥长和桥高。而对于山区高速公路的桥梁设计，只要满足规范要求．就可以根据地形条件、路线高度确定桥型方案。目前经常采用的高墩大跨、斜弯坡桥、造型美观、经济合理的新型结构，拓宽了桥梁设计的发展空间。但山区地质条件的复杂性以及地形、地貌的多变性也给桥梁设计带来了诸多技术难题。桥梁作为山区高速公路的重要组成部分，其设计的合理与否对整个工程的造价和使用性能有着直接的影响．因此．对山区桥梁设计的研究具有重要的现实意义。
2桥梁结构体系的选择
山区高速公路大中桥通常采用先简支后连续或墩梁固结的连续-刚构混合体系，这是为了保证行车舒适，结构耐久适用。如某高速公路高架桥，桥位区属低山丘陵地貌，地形起伏大、切割深，路线与河谷高差在100m以上的区域达180m．最大墩高为91m。若采用全刚构体系，墩高相差较大，需通过调整桥墩的线刚度来改善桥墩受力，这样会导致桥墩尺寸较多．美观性降低，施工相对麻烦。而全连续结构联长太长。舒适性差，墩台所受水平力较大，墩柱尺寸相对较浪费材料。而根据地形，将中间墩高较高、刚度相差不大的相邻几个桥墩固结起来，利用其柔性适应桥墩所受的温度收缩、徐变、制动力等水平力，对较矮的边墩设置滑板支座或橡胶支座，形成刚构一连续体系，使高墩、矮墩的受力性能都能得到改善，且符合地形特点。因此，山区高速公路桥梁宜采用先简支后连续或墩梁固结的连续一刚构混合体系，该体系既适应平面线形，又适应桥梁的受力特点。
3桥梁方案的设计
桥型的选择上，一般是根据适应、经济、美观、安全以及设计施工的难易程度等因素进行综合分析，并最终确定桥梁实施方案。对于山区高速公路而言，还应着重考虑施工难易程度、山区地质病害及环境保护等影响因素。
3．1中小型桥梁设计
中小型桥梁应采用造价相对较低的空心板简支体系，降低工程造价。从施工角度考虑，应避免在同一合同段出现多种跨径。否则不利于预制模板的周转使用。
3．2高架桥的设计
山区地形复杂．公路线位穿越崇山峻岭、跨越深沟、峡谷、河流的特大桥较多，施工运输条件差。且桥位处地形条件不尽相同。在进行桥梁总体布置时，应注意高跨比的匹配，使桥梁跨径稍大于桥墩高度，同时也应考虑选用制作简单、施工方便的桥型方案。特大桥、大桥应对连续梁或刚构体系、拱桥、钢桁梁悬索桥等多种方案进行比较。
对于跨越“V”型深谷(如图1所示)、特宽、特深沟谷的桥梁，可考虑采用大跨连续刚构方案，以减少桥墩个数、减小施工难度。也可选取悬索桥进行比较。如某特大悬索桥桥位处为峡谷悬崖地貌，地形起伏极大，相对高差达500m，谷底宽约60m，峡谷总体呈“U”字型．沟内河水自东向西流，特大桥沿北西向横跨峡谷，两岸主塔均位于悬崖体上部。此桥全长1058．57m，主缆的孔跨布置为：252m+1146m+126m，主梁全长986rn．索塔中心距离为1146m。
图1“V”型深谷悬索桥
3．3跨河桥梁
跨河桥梁主要根据水文状况确定桥梁方案。对于无通航的河流，可选用结构简单、施工方便、造价低的桥型。桥墩应避开水渠、道路等人工构造物。河中桥墩应尽量少且与水流方向正交，以利于排洪。对于通航的河流，需要预先确定设计水位和通航等级。设计时要兼顾排洪与通航的要求，对于通航等级高的河流可采用大跨刚构箱梁；对于通航等级低的河流可采用跨径较大的T型梁方案。设计这类桥梁，要根据主航道的位置及主流流向布设桥孔。
4桥梁结构设计
4．1上部结构
由于山区地形和高速公路线形标准的制约，山区高速公路桥梁具有曲线、大纵坡、高墩等特点，其结构型式必须适应这些特征，以便于结构设计更合理，耐久性更好。位于曲线上的桥梁，梁体存在弯扭耦合作用，并具有在这种作用下沿某一不动点变形的趋势：大纵坡桥梁在长期的单向汽车制动力作用下，梁体具有沿汽车前进方向滑移的趋势，如果桥梁上下部之间设支座，上述两种趋势会使桥梁上下部形成相对错动，往往造成梁体相对下部的移动及支座的不平衡受力；而对于高墩桥，高墩的稳定性及变位是结构设计的关键因素。同时，曲线、大纵坡上的桥墩承受着更大的水平力和附加弯矩。
为解决以上问题。桥梁结构型式宜采用墩梁固结或刚构的型式。以加强结构的纵横向稳定，提高行车的安全性、耐久性和舒适性，降低后期运营的维修养护成本。预制架设、先简支后连续结构的装配式T梁，经济性好，是中等跨径桥梁的常用桥型，它有以下优势：通过调整现浇桥面板的悬臂长度和墩顶连续段长度．可以很好地适应山区高速公路弯道多、半径小的特点；当其用于曲线上时，为简化施工。腹板仍可采用直线形，以现浇桥面板的悬臂长度顺应平面线形，减少曲梁的弯扭作用，部分地弥补T梁抗扭及平衡受力能力的不足；同时，可通过加强横向联系，来提高T梁结构的整体性能。装配式结构墩梁固结后受力体系发生变化。成为连续刚构体系，这时应注意固结墩两边的主梁刚度不宜突变或变化太大．主梁梁高与跨径应尽量相等。曲线上的桥梁，在自重、预应力、偏心布置的汽车荷载及其离心力的作用下，会产生较大的扭矩．结构型式以抗扭能力强的整体式闭合箱梁为首选：同时，整体式上部结构的抗扭及平衡外力能力比多梁式上部结构强．对桥梁下部结构产生的曲梁附加力小对高墩桥更为有利。因此，跨径较大的曲线桥．宜选择悬臂浇筑的预应力混凝土刚构一连续箱形梁，其具有结构整体性好、受力明确、抗弯、抗扭刚度大等特点。
跨越宽深山谷常用的一种桥型为拱桥。拱桥的跨越能力大，结构受力合理，由于避免了设置高墩。大大降低了施工难度，对于山区典型的“V”形沟谷。尤为适用。其拱圈结构常用劲性骨架混凝土箱形或钢管混凝土结构，既可有支架施工也可无支架施工．特别是大跨径上承式拱桥，利用两边强大的立柱。可采用缆索吊机悬臂拼装预制的拱圈构件，或先合拢劲性骨架，再在劲性骨架上立模现浇混凝土拱圈，均能方便地实现无支架施工。当拱桥位于曲线上时，在条件允许的情况下，可采用直拱肋，通过拱上建筑顺应平面线形。为了提高结构的整体性，拱上建筑宜采用连续刚构体系。
4．2下部结构
4．2．1桥墩的设计
桥梁下部结构应结合地形、地质情况和跨径、墩高来选择，桥墩的一般选择原则如表1所示。桥高50m以内，上部结构为先简支后连续结构的装配式T形梁．桥墩可采用双柱式墩、十字墩或矩形薄壁墩等，以单幅双柱式墩较常用。在岩溶特别发育、桩基施工困难的地段，应尽量减少桩基的数量，此时可考虑设单柱单桩；当桥墩位于河谷、受滚石威胁时，考虑增强其抗撞击能力，也可设置较刚性的单柱墩。对高墩长桥，为减少汽车单向行驶产生的累积变位，可考虑采用双幅两柱整体下部构造。
图2桥墩类型
桥墩视上部构造型式及桥墩高度采用柱式墩、空心薄壁墩或双薄壁墩等多种型式。通过对以往类似工程的桥型统计分析表明，当墩高小于30m时，柱式墩、Y形墩是最实用、最经济的桥墩型式，柱式墩其自重轻，结构稳定性好，外观轻盈美观,工艺成熟，提升滑模施工快，与桩基础衔接性好；Y形墩外观俊美，但施工相对复杂，施工支架较多，工期长，需要设大体积承台，基坑开挖对自然环境破坏较大。因此，为尽可能地实现标准化和统一化无景观要求时，墩高50m以下推荐采用柱式墩(包括双圆柱、独柱等)。墩高大于50m时，桥墩的施工稳定问题突出，对桥墩的刚度要求较高，设计将根据具体环境及有无通行交角限制等，推荐采用空心薄壁墩。对于高墩，除了要进行承载能力与正常使用极限状态验算外．还要着重进行稳定性分析。对于连续梁结构或连续刚构桥，各墩的稳定性会受到相邻桥墩的制约，应取全桥或者至少取一联作为分析对象。
表1桥墩型式的选择
同时，在外业过程中，要注意调查水文、水质、地质情况，了解河流是否有较大漂流物、水质是否有腐蚀性等，以便在设计时采取措施。位于陡横坡上的桥墩，同一路幅同一墩位上两墩柱的无支高差较大，墩柱刚度差会造成下部结构受力不均匀甚至相差很大，设计中必须给予充分重视．具体可采取在矮墩的地表下设置一定长度的套筒(结合相对高墩的高度)，通过增加矮墩无支高度的措施，来减少同一墩位上两墩柱的刚度差(见右图3)。
4．2．2桥台的设计
山区高速公路的桥台，根据地形、地质条件及台高，可选择采用“U”型台、肋板台或桩柱式台，框架式组合台等，以“U”型台采用较多。根据有关规定，“U”型台适应的填土范围为4m～lOm，所以“U”型台的高度最好以lOm控制。地形横坡较陡时，常会出现外侧设“U”型台、内侧设桩柱式台的现象；地质情况较差时，常会出现“U”型台设桩基的情况。桥台是路桥的衔接点，在桥梁总体设计时应认真考虑以下几个问题：
a)山区河谷横坡一般较陡峭，上部结构长一些或短一些对桥台高度的影响很大，设计时，宜尽可能使桥台高度小些，这样虽然桥梁会长一些，但可方便施工，并减少工程质量隐患；b)桥台位于山坡横向坡较陡峭处时，若采用“U”型桥台。横桥向应根据基础内外侧高差设置台阶，由于台阶式基础施工工序的需要，会造成高一级的基底处于低一级基础的级坑开挖面中，该部分基底土非原状土．设计时应采用换填碎石或片石混凝土进行处理，以防止产生台身剪切破坏和竖向开裂：当采用肋板式桥台时，横桥向应根据内外承台处的地面高程合理确定承台位置，尽可能避免高侧承台埋置过深造成挖方量的增加。
5结语
总之，从事山区桥梁设计的技术人员，不仅要熟悉和精通桥梁设计的基本理念，还应尽量多地掌握一些基本的地质知识，与地质技术人员多沟通，搞好协作。设计中应充分了解当地的地形、工程地质条件等，综合所有可利用的技术资料和科学理论，以便科学、经济、可靠地进行山区桥梁的工程设计。
参考文献
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