高速公路桥梁设计与应用探究

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摘要：随着高速公路里程的不断增加，在丘陵和山区地带，桥梁设计成为不可或缺的要素。本文从高速公路桥梁设计的一般性要求、基本原则入手，与周边环境相互配合，提出高速公路桥梁设计的具体应用和几个细节问题。

关键词：高速公路；桥梁设计；应用

中图分类号： U412文献标识码： A

引言

随着国内交通事业的迅速发展，高速公路建设也随之加速，而且逐步从干线网高交通量路段扩散到省际连接段和加密线，从原来的平原和小山丘向大丘陵和偏远山区延伸，显而易见，由于水文、地质等硬性施工条件变得越来越恶劣，相应地，对安全的要求也越来越高，设计和施工难度越来越大，这必然影响到高速公路桥梁设计的技术、安全、环保等方面的工作内容。

一、桥梁设计的基本原则

高速公路桥梁设计的基本原则主要分为上部和下部两大结构。其中，上部设计的关键点在于主梁、伸缩缝等，下部的主要设计重点在于桥墩、桥台等部分。

1、首先来看上部设计

主梁可采用空心板、小箱梁、T梁等结构，一般采用标准跨径。桥梁单孔跨径小于等于10米时可采用6m、8m、10m简支空心板结构；桥梁单孔跨径大于10米小于等于20米时可采用10m、13m装配式预应力混凝土简支空心板结构，16m、20m装配式预应力混凝土简支或先简支后连续空心板结构；桥梁单孔跨径大于20米小于等于40米时可采用20m、25m、30m、35m、40m装配式预应力混凝土先简支后连续小箱梁、T梁结构；桥梁单孔跨径大于40米时可采用现浇连续箱梁、拱桥、悬索桥、斜拉桥等大跨径主梁结构。

关于伸缩缝，考虑到行车的平稳、舒适、安全性等问题，桥上尽量采用桥面连续的方式，不设置伸缩缝。单跨且跨径小于等于16m的桥梁，最多设1道伸缩缝；单孔跨径16m以下的两跨桥梁，可将伸缩缝设置在桥墩处，两侧桥台处采用桥面连续的方式。伸缩缝的设置尽量使行车舒适，降低事故发生的可能性。

2、紧接着来看下部设计

关于桥墩，普通结构一般采取柱式的墩身、上面盖梁的框架。按桥梁斜交角度分，以双向四车道桥梁为例，小于30°的采用双柱式桥墩，大于等于30°的采用三柱式桥墩。桥墩盖梁的设置应立足于实际需求，墩身的设计要做到简洁美观。墩台的基础因地形而异，平原微丘地区注重地质情况，大丘陵地区多采用钻孔灌注桩基础。桥台可采用桩柱式桥台、肋板式桥台、U型桥台等。

关于桥台高度，由于台后填土高度会影响施工进度，所以必须加以控制。软土路段的高度最好低于6米，一般路段的高度应当控制在10米以下。为让受力均匀，调降尺寸，节约成本，台高大于8m时，U台台身的前墙可设置一个前倾斜坡，横向地面变化大时，可设置阶梯式。

二、高速公路桥梁设计的几个细节问题

除了上述的基本原则和一般性要求，高速公路桥梁设计具有其独特之处，主要体现在几个细节问题上。

1、施工和运营阶段，主梁很可能沿支座产生严重的侧向和纵向位移，所以支座必须水平安放，保证支座顶底面安放和受力分摊在水平面上。通过几个方面去完成，水平放置垫石顶、支座、梁底与支座接触面，梁底采用贴楔形钢板，或是在预制梁底时，支座顶面断面处设置专用模板，可调整纵向和横向角度。其中，楔形钢板预先在工厂精度加工，与梁底预埋钢板共同采用焊接工艺，最大程度避免主梁沿支座位移。

2、一联80-160米跨径的大桥，设计采用结构连续，联端设置160型伸缩缝。根据实际统计，80型伸缩缝行车基本不会产生噪音，不会跳车，160型伸缩缝则存在噪音，从成本上看，160型缝因受限很难使用最大伸缩量，远高于80型伸缩缝的2倍，而80型伸缩缝能有效减少现浇接头、桥墩帽梁的施工量，另外，160型伸缩缝进行维修时要全封闭一半桥梁全封闭，导致半幅双向通车的不安全隐患，严重影响高速公路正常通行。所以，高速公路桥梁设计尽量采用80型伸缩缝。

三、提高公路桥梁安全性和耐久性的设计方法

满足结构混凝土耐久性的基本要求，重视桥梁的耐久性方案设计。提高混凝土自身的耐久性是解决桥梁结构耐久性的前提和基础。除此之外，要从结构和设计的角度及如何以设计和施工人员易于接受和操作的方式来改善桥梁耐久性。

1、加大钢筋的混凝土保护层厚度，防止和控制混凝土裂缝

加大钢筋的混凝土保护层厚度，是保护钢筋免于锈蚀，提高混凝土结构耐久性的最重要的措施之一。控制混凝土的裂缝，除按规范要求控制正常使用极限状态的工作裂缝以外，更重要的是要采取构造措施，控制混凝土施工及使用过程大量出现的非工作裂缝。

2、加强桥面铺装层的防水设计

桥面铺装层应采用密实性较好的C30以上等级的混凝土，混凝土铺装层内应设置钢筋网,防止混凝土开裂。采用复合纤维混凝土和在混凝土中掺入水泥基渗透结晶材料，都能收到较好的防水效果。桥面铺装层顶面应设置防水层，特别是连续梁（或悬臂梁）的负弯矩段更应十分重视防水层设计。此外，还需加强泄水管设计，应特别注意泄水管周边的构造细节处，加强伸缩缝处的排水设计，防止水分从伸缩缝处渗入梁内。加强伸缩缝处的排水设计，防止水分从伸缩缝处渗入梁内。

3、充分重视桥梁的超载问题

桥梁的超载一方面可能引发疲劳问题。超载会使桥梁疲劳应力幅度加大、损伤加剧，甚至会出现一些超载引发的结构破坏事故。另一方面，由于超载造成的桥梁内部损伤不能恢复，将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化，从而可能危害桥梁的安全性和耐久性。

4、桥梁设计与环境配合

桥梁设计从一开始就应考虑桥梁的安全及桥梁建成后对地质、环保、造价等各方面的影响，在此基础上，选择合理的桥梁基础型式。这里特别需要注意的两个问题是：随着桥梁桩基础在公路桥梁的广泛应用,桩基成孔技术和手段越来越丰富，工程成本越来越小，工程质量越来越高，特别是在强度高且不透水的地质条件下，挖孔桩已被广泛应用。扩大基础施工工期长、费用高，基坑开挖量工程量大，对地面破坏大，从受力条件看多可用嵌岩桩结合挖孔施工代替。因此，梁式桥梁选择基础方案时慎用扩大基础。在桥梁的建设中尤其要注意与环境的配合。由于横、纵断面变化较大且地质条件复杂，往往造成开挖面很大，严重破坏地表，因此使用上应更灵活一些，将基础根据实际地形做变化灵活的设计，可减小开挖面。还有就是桥梁在能够保证施工必须的场地和便道条件以及桥梁结构安全时，尽量不要砍伐征地范围内的树木。

5、提高对桥梁结构设计的重视程度

无论是在桥梁的建造过程中，还是在使用的过程中，都会受到很多自然环境的影响，如化学物质的侵蚀、一些外来的因素如车辆、风沙、地震、人为等等一些因素的影响。并且桥梁本身使用的材料在使用过程中也会不断的退化，这些内外在的因素的影响都有可能导致桥梁结构出现变化，导致桥梁的结构和性能在不同的程度受到损伤。尤其是大跨径的桥梁设计，不仅能够影响桥梁的正常设计，更是造成了一个不小的损失。因此只有不断改正桥梁在设计上存在的问题，才能有效的避免此类现象的发生，提高桥梁的使用寿命。

结束语

总的说来，不同的地形条件下，高速公路桥梁的设计与施工均存在较大差异，应综合考虑结构安全性、行车舒适性、经济合理性、施工便利性、环境协调性等各项因素，才能有效避免因设计方面导致的施工问题和行车不适，再结合水文、地质、环境、施工、交通运输等方面的实际情况，重视高速公路桥梁方面的特殊性，尤其是行车的安全性与可持续性方面，综合考虑，反复比较，提出最佳方案。

参考文献

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[3]匡峰浅析高速公路桥梁设计要点[J]科技创新导报2012（1）.

[4]祁军强山区高速公路桥梁设计研究[J]科技创新导报2009（11）