浅析高速公路桥梁设计
山区高速公路具有地形复杂、构造物多、桥隧比大等特点,桥梁在山区高速公路建设中起着举足轻重的作用，所以要设计安全系数高、经久耐用的高速公路桥梁,对山区高速公路的桥梁设计将是桥梁工程选择施工方式的重要依据。本文结合山区高速公路桥梁建设的特点及设计要点的研究，来具体分析山区高速公路桥梁建设的设计方法。
标签：高速公路 桥梁 设计
随着我国经济建设的高速发展，交通也变得越来越便利,公路工程建设规模也在不断发展和壮大。我国修建的高速公路也在不断从平原地区不断向山区延伸，山区高速公路的地质、地形复杂，构造物多，桥梁隧道在线路中所占比例大，山区高速公路设计的成功与否，桥梁部分的设计就显得十分重要。因此，对山区高等级公路桥梁设计的研究具有重要的现实意义。
一、山区高速公路的特点
山区高速公路地形复杂、地质不良、水文多变,其建设的最大特点是平曲线多,半径小,纵坡大,横坡陡,桥隧比例高,而且还往往存在着填挖方大,视距不良等情况影响交通安全和管理。山区高速公路在施工中,容易对环境造成严重破坏,如果没有处理好,会诱发各种地质灾害,不仅增加建设投资,还会给运营带来安全隐患。基于山区高速公路存在以上特殊情况,为适应路线线形的布设,设计时一般采用高墩、曲线、长桥、大纵坡等,并要根据山区的实际情况在不同阶段采取不同的方法和手段。
二、山区高速公路桥梁设计要点
1.与平原地区的高速公路相比，山区高速公路在地形、地质、水文条件等方面有着很大的差别，因此我们在设计桥梁时必须高度重视这些差别，尤其是在地形、地质方面。有时同一座桥在纵桥向的地质变化很大，在横桥向的地形变化很大，如不重视，很容易出现差错，因此在设计前一定要认真收集设计资料，做到心中有数，有条件时设计人员最好到实地调查一下，再保证施工质量的同时，尽量使设计的方案能给施工带来方便。
2.由于山区高速公路的地面高差变化较大，地势变化明显，起伏不均，运输材料、机械比较困难，给施工带来很大的不便。所以我们在设计时一定要考虑到施工的可行性，到全面了解，对相关资料做出细致研究，具体情况具体分析，将设计的前期准备工作做好。
82总424期2017年第10期（4月 上）
收稿日期：2016-10-21作者简介：王建国（1966—），男，高级工程师，主要从事高速公路投资管理工作。高速公路桥梁设计要点王建国（贵州中交福和高速公路发展有限公司，贵州 遵义 563000）摘要：针对高速公路桥梁设计原则、方案及其注意要点进行了重点分析，包括与环境高适配性、主梁结构设计、桥墩结构设计，以进一步提升桥梁设计水平、保证设计规范性，为桥梁后期施工的有序开展奠定坚实基础。关键词：高速公路；桥梁设计；桥墩结构；桩基；承台中图分类号：U442.5 文献标识码：B
0 引言随着我国社会经济的快速发展，对交通运输功能的要求日益严格，需要对高速公路桥梁进行优化，提高其性能。因此，需要对高速公路桥梁设计入手，做好基础工作，保证设计科学合理，满足运行要求。在设计过程中对周边环境、地质条件等进行综合考量，保证项目建设顺利进行。1 公路桥梁设计的基本原则首先，需要保证公路桥梁的实际使用效果。公路桥梁设计需要在满足承载力的基础上减少伸缩缝，必要路段可释放延长里程，同时对构件刚度进行合理设计，保证行车安全与舒适[1]；其次，要保证工程设计方案的经济性，以减少施工养护的难度，因为公路桥梁建设项目一般位于偏远地区，地形地势较为复杂，因此在选线过程中可能会遇到诸多阻碍，同时因为高速公路桥梁的结构形式较多，投资金额较大，所以在选择设计方案时应由可行性以及经济性两个方面进行抉择。由于工程施工现场较为复杂，需要做好大量的前期准备工作，如施工场地的布设和防护措施安置等，在条件允许的情况下，可以在小跨径桥梁中采用预制结构，但是大跨径的桥梁受到施工条件的约束在设计时多采用现浇结构形式。在选用施工材料时，尽量做到就地取材。若区域的天气情况不佳，则需加强桥梁的稳定性设计，避免投入运营之后出现塌陷等损坏，影响行车安全性。2 公路常规桥梁的设计分析路线起于渝黔交界重庆市南川区福寿场与在建的南川至道真高速公路相接，经道真、正安、绥阳、湄潭、余庆等地至瓮安，顺接在建的省“678网”之第三纵中段瓮安至马场坪高速公路。本项目路线与德习高速在正安相交，与杭瑞高速思遵段在湄潭相交，在瓮安贵瓮高速公路相交。下面对该工程的设计内容进行阐述。2.1 桩基、承台的设计方案高速公路桥梁设计的核心在于桩基以及承台的设计，需要选用适宜的成孔施工方法，当前主要分为两种，即机械钻孔和人工挖孔。所以需要对地形、地貌和施工现场等进行全面勘测。一般情况下，对于地形地貌比较复杂的工程来说，如路面地貌复杂且地下水量较少的工程可选用人工挖孔灌注的方式[2]。对于坡度较大的路面来说，可以采用锚索或者锚杆稳定山体，避免桩基坍塌等问题出现。在土方开挖时，若开挖的路面是岩石山体和悬空部分结合，则需要在悬空部分设置半圆模，并做好岩壁的防护工作，安装钢筋网等，也可以浇筑混凝土，在岩壁内模拆除结束后可以在悬空岩壁上加设一个孔口基底，便于后期施工。2.2 立柱、盖梁的设计方案高速公路桥梁设计中，4根及以上墩柱可构成一个结构体，立柱和地面的间隔距离较大，可在桥梁的下方设置圆形墩柱，这样可以提高桥梁结构的整体稳定程度。在设计桥面时，需注意施工材料的选择，材料性能需符合设计要求，且满足施工标准。例如，需对模板的强度和刚度进行严格检测，在运输施工材料时也需要做好防护措施，避免材料性能发生变化，埋下质量隐患。对于桥梁的盖梁设计来说，一般会预埋牛腿孔，并对结构受力等进行计算验证。2.3 桥台设计当前，我国公路桥梁设计时使用的桥台形式主要有3种，即重力式U型台、主板台以及桩柱式台。其中，重力式U型台式桥台设计方案应用比较普遍，其主要特征为可以实现桥梁与公路的顺利过渡。依据相关设计规范，若采用U型台，也需对填土范围进行有效控制，一般范围控制在4～10cm左右。在设计桥台时，需对以下几个方面进行考量：其一，因为高速公路建设地域跨度大，地形较为复杂，其中可能会出现横坡或者是起伏较大的路面，因此这TRANSPOWORLD交通世界种工程桥梁的上部结构设计就十分重要，因其直接与桥台高度设置相关联，为了保证质量，需适当降低桥台高度，也可适当加长桥身；其二，在设计桥台时，若路面情况比较复杂，坡度较大，则可以选用U型桥台，且需对桥台的台阶进行合理布设，需严格控制桥台内外高度差，在设计桥台时，为了保证台身不会出现裂缝等问题，可采用填石等措施进行处理。3 公路桥梁设计的注意要点3.1 与环境高适配性公路桥梁工程与环境的适配性需要考虑两个方面，即桥梁桩基础的应用和与环境之间的关系。一方面是桥梁桩基础的应用。当前，桩基成孔技术在高速公路桥梁工程中的应用越来越广泛，该工艺施工操作简便，且可有效降低施工成本，因此多被应用于高强度且不透水的地质环境中。但是因为其在基础施工时需要扩大基础面积，施工周期较长，工程量较大，且容易对周边地质造成扰动，也会对周边环境造成不良影响，因此在设计过程中需要对施工工艺进行调整，通常会调整为嵌岩桩结构挖孔工艺，这样可以有效控制梁式桥梁基础结构的施工。另一方面是与环境的协调关系，对于高速公路桥梁工程来说，因为其占地面积较大，且涉及的地形地貌较为复杂，纵横断面的变化较大，这样就会造成工程实际施工时需扩大开挖面。为了实现对开挖施工的有效控制，在设计过程中需要进行工艺调整，提高施工工艺方案的灵活性，从而可在一定程度上保证桥梁结构的稳定性与安全性。3.2 主梁结构设计就以往工程的建设情况来说，通常主线桥梁的单孔跨径不超过10cm的工程，主梁结构会采用钢筋混凝土结构，其余跨径桥梁结构则选用预应力混凝土结构；若桥梁结构的总长度不超过100m、单孔跨径不超过20m，则主梁结构可以设计为简直体系空心板结构；若桥梁结构总长度超过100m或者是跨径超过20m，主梁结构可以选用其他形式。需要注意的是，在设计主梁结构形式时，需要对后期施工的难易程度、施工量等进行考量，为了保证工程建设任务的顺利进行，优先考虑选用先简支后连续结构形式。对于跨径比较大的桥梁工程，会受到地形地貌和地质条件的影响，对于现浇的要求较高，因此同样会优先考虑采用先简支后连续的结构形式。多跨总长（L）以及单跨总长（L0）和桥梁类型之间的关系如表1所示。表1 多跨总长（L)和单跨总长（L0)与桥梁分类的关系（单位：m）桥梁类型特大桥大桥中桥小桥涵洞多跨总长（L）L＞1000100≤L≤100030＜L＜1008≤L≤30—单跨总长（L0）L0＞15040≤L0≤15020≤L0＜405＜L0＜20L0＜53.3 桥墩结构设计桥梁工程桥墩结构形式较多，一般工程中会在柱式墩身上加设梁框架体系，但是需要根据实际情况选用适宜的布置形式[3]，详细内容如下：若桥梁的斜交角小于30°，则可以考虑选用双柱式桥墩；若桥梁的斜交角大于30°，则可以选择三柱式桥墩。对于部分结构设计较为特殊的工程，则需要对墩身结构进行解构，尽量不设计为墩盖梁形式。此外，墩台基础形式也需要根据工程的外部环境进行设置，对结构组成进行统筹优化。如当工程项目的横向起伏变化比较大时，横坡陡峭出桥墩基础则可以设置为桩基形式，而桥台也可以设置为用肋板和挖孔桩，也可设置为桩柱式，这样可以实现对工程开挖面积的有效控制。但是，如果工程施工现场的横坡起伏较小但纵向坡度较大时，一般其基础会设置为重力式墩台或者是明开挖基础形式。4 结语我国当前经济发展处于转型期间，公路桥梁作为交通运输系统的主要组成部分，会对地区经济发展和规划造成重要影响，因此需根据工程项目的实际情况制定科学的设计方案，从而提升公路桥梁性能并延长其使用寿命。另外，可适当借鉴国外优秀设计案例，以实现安全性和耐久性的提升。参考文献：[1] 岑晓鹏. 高速公路常规桥梁设计方案研究[J]. 建材发展导向（上），2015，13（9）：175-176.[2] 寇林. 高速公路桥梁软基路堤设计及其施工应用[J]. 交通标准化，2014，42（4）：60-62.[3] 索慧敏，郭红雨. 山区桥梁高墩设计研究[J]. 现代交通技术，2015，12（4）：49-52.（编辑：赵艳）
【作者简介】李博（1984~），男，陕西澄城人，工程师，从事桥梁设计
与科学研究。１引言
目前，多数中国企业参与到“一带一路”的建设中，巴基斯
坦高速公路桥梁设计采用美国标准，但在实际应用中又结合了
当地规范和相关工程经验，参数的取用和设计依据难以把控。
本文以巴基斯坦南部某高速公路工程实践为依据，介绍美标体
系下桥梁设计理念，参数取用，并说明设计中应注意的问题。
２结构设计方法
美标中关于桥梁结构设计总体上是以可靠度理论为基
础，采用荷载-抗力的设计方法，可归纳为公式（1）,公式的左侧
为外力作用，在作用效应组合的基础上乘以关于延性、超静定
及运营重要性的综合系数；公式右侧为结构设计抗力，采用名
义抗力乘以不同受力构件的抗力折减系数，其表达式为：
η∑YiQi≤准Rn（1）
式中，η∑YiQi为作用效应组合设计值；η为涉及延性、超静定及运营重要性的综合系数；Rn为结构抗力标准值；准为结构抗
力系数。根据当地工程经验，对于桥涵结构设计，η值一般可
取1.1。对于钢筋混凝土及预应力混凝土结构设计抗力折减系
数准的取值为：钢筋混凝土的抗弯和抗拉取0.9；预应力混凝
土的抗弯和抗拉取1.0；抗剪和抗扭，常规密度混凝土取0.9；
低密度混凝土取0.7。此处应注意，对受压的弯曲构件，其抗力
系数准值应随着乘有系数的轴载抗力准Pn从0.1fc′Ag减少到0
线性变化至弯曲抗力系数。（Pn为构件轴向抗力计算值，fc′为
混凝土抗压强度设计值（圆柱体试件），Ag为受压钢筋截面
积。）对于部分预应力混凝土构件，弯曲抗力系数准应按式（2）
计算[1]：
准=0.9+0.1（PPR）（2）
其中，
PPR=ApsfpyApsfpy+Asfy（3）
式中，PPR为预应力钢筋所占比例；As为非预应力受拉钢筋的
面积，mm2；Aps为预应力钢筋的面积，mm2；fy为钢筋规定的屈
服强度，MPa；fpy为预应力钢筋抗拉强度设计值。浅析美标体系下高速公路桥梁设计
AnalysisofHighwayBridgeDesignUnderAmericanStandardSystem
高速公路常规桥梁设计的方案
一．山区高速公路桥梁的特点
1.山区高速公路的特点
山区高速公路的主要特点是地形地质复杂。地形复杂，表现为地面高差大，变化频繁，横坡陡；地质复杂表现为岩溶、滑坡、不稳定斜坡、崩塌、陡崖、煤气地层等不良地质。受此影响，路线布设时平纵横三个方面都受到约束，一般就是平曲线多，平面半径小，纵坡大，桥梁比例高，横坡陡，半边桥和高挡墙多。山区高速公路桥梁也相应具有上述特点，弯坡桥多，高墩大跨多，墩台形式多，设计中必须协调解决好桥梁各细部构造与地形地质之间的关系。
2.山区高速公路桥梁与路基的关系
2.1桥梁跨越方案与高填方路基方案的比较
山区高速公路桥梁很多不受水文控制而只受地形控制，因不宜采用路基方案而设置为高架桥，路桥设置界限问题，一直是难以把握的关键问题，也是影响公路造价的问题。路基规范强调，“路基中心填方高度超过20m时，宜和桥梁做方案比选。”，项目实际运作中，往往由于工期紧，或认为桥梁跨越方案安全省事，就直接考虑桥梁方案。实际上，对于地质情况较好，虽然填方中心高度为30m，但收敛较快的V型峡谷，且桥隧相连地段，为消化隧道废方，考虑路基方案可能比桥梁方案更安全更经济，因为这样的地形架桥，场地局促，难度大，横纵坡陡，极易引发边坡不稳；而对于宽而平缓地段，虽然填方高度只是20m左右，但如果需跨标段借方，且运距远，填方基底还需花大量资金处理的路段，反而考虑桥梁方案可能更安全更经济。所以笔者认为，山区高速公路路桥界限，不能一概而论，对于填土高度超过20m的路段，应根据地形、地质、前后构造物、前后路段的废方量、工程造价等进行综合比选后决定是否设置桥梁。不能图快图省事，直接考虑桥梁方案。
2.2半边桥与挡墙的关系
山区高速公路地形横坡陡峭，虽然可以通过设计为左右幅路基不一样高的错台路基来处理，但有时由于左右幅路基横向交通要求，需要设置转向车道，错台式路基方案不易实现，这时就不可避免地会出现半边桥。当最低一侧填土高度15m左右时，应综合地形、地质将加筋挡墙，锚杆挡墙、弃土方案与半边桥做综合比较后决定是否设置桥梁。
