摘要：结合四川省内西昌－攀枝花、邻水－垫江等典型的山区高速公路，介绍山区高速公路桥梁设计当中的桥型比选，以及如何根据山区地形特点选择合适的桥梁下部墩、台形式，并结合路基、挡墙等结构物简单说明山区桥梁与路基的关系。
关键词：山区高速公路 方案比选 桥墩 桥台 桩基 美观 环保
随着国家经济建设的发展，特别是西部大开发的推进，对于公路建设的需求愈来愈高，同时，对山区高速公路的要求也愈来愈高，作为西部12省区市中的四川省，在近年来设计、修建了大量的山区高速公路，这些高速公路均有一个共同点，那就是都处于山岭重丘地带，地形非常复杂，路线弯道多、纵坡大，沿线结构物多，桥隧在整个路线中的比例高，有的甚至高达80％以上，如都汶路、西攀路等等，由此可以看出，如何搞好山区高速公路当中的桥梁部分设计，是山区高速公路建设中的一个控制性因素，因此，在桥梁设计过程中，应当采取反复比选方案，尽量考虑多方面控制因素。下面，本文结合部分山区高速公路的桥梁设计情况来具体说明山区高速公路桥梁设计的一些问题和解决方法。
一、山区桥梁的跨径设计
我们先来了解一下山区高速公路的特点，山区高速公路地形复杂，地面高差大，如连续的V形沟，路线横断面落差大，有的在24.5米路基范围内可达到20米以上的高差；路线受地形及构造物较多，因此平面线型往往采用较多的小半径弯道；路线纵坡大，多数时候采取了规范的最大临界值；地质影响大，主要表现在覆盖层厚、滑坡、不稳定地层、塌方、溶洞等方面，从近年已建成或在建的高速公路来看，地质条件已成为高速公路选线的首要考虑因素。那么，对于其中的桥梁来说，在路线平、纵都不是很理想的环境下，也具有同山区高速公路相似的特点：半径小、跨径多、高墩多、墩台形式多样化、受地质影响大等。
桥梁的孔跨是一个较复杂的问题，需要因时因地制宜，综合比较后确定，一般需要考虑下列主要因素：（1）满足通航要求。首先应考虑把较大跨径的通航孔布置在稳定的主河槽位置，对于变迁性河流，还需要多设置几个通航孔；（2）避开复杂的地质和地形区段。在水深流急的河槽段或河中存在局部不良地质段，可通过加大跨径，使桥基位置尽量避开这些地带，对于跨越深沟的桥梁可采用大跨径，以减少中间的高桥墩。（3）结构受力合理。对于连续梁和连续刚构，务使各桥孔的跨径具有合适的比例，达到边跨与中跨跨中的最大弯矩内力接近相等。（4）经济和工期上的比较。究竟选用多大的跨径需要结合当地的施工能力，从经济和工期上进行权衡后确定。（5）美观上的要求，位于城市中及城市边缘的桥梁，从与城区周围环境相协调的角度出发进行合理的布孔。
山区桥梁大多数受地形控制而不是受水文控制，因此，在满足适用、经济、安全和美观的基本原则的前提下，应着重考虑桥梁跨径与地形的协调和适应性，下面举出几种情况来说明桥梁跨径的选择。
1、跨越河流
山区河流一般河床多位岩石，河流比降多在1‰以上，汇流时间短，洪水暴涨暴跌，流速高，横断面多呈V形与U形，河床易受塌方、泥石流的影响，对于峡谷河段，应尽量选择桥孔不压缩水流，一孔跨过。对于开阔河段，一孔不易跨过时，应将桥墩设于河槽稳定、流速缓和处。
2、跨越深沟
宜采用等跨径布置，但要避免在沟心设置桥墩，山区冲沟往往在雨季的时候流量大，上游的大体积石块容易被冲下，如果在沟心设置桥墩，则带来安全隐患。当墩柱高度变化很大时，也可以考虑组合跨径，例如25m+40m、30m+40m等，这样虽然跨径种类增加了，但更加适应地形，组合跨径的选择应尽量使跨径种类减少，不宜在同一座桥里采用两种以上的跨径，避免给施工增加难度。
3、跨越泥石流沟
当桥位跨越泥石流沟时，应尽量不在沟中设置桥墩，因泥石流沟流量大而急，对墩柱的冲击力相当大，对整个桥梁的稳定性有较大的影响，所以宜一孔跨越，同时应对泥石流沟做相应处理，如设置导流槽、设置护岸等。
4、桥位横断面高差大，左右横坡陡
这种桥位是山区桥梁设计中最为常见的一种，在方案上也最具有多样性的一种桥位，在设计时应根据实际地形情况来进行方案的选择。当横断面高差不是很大时，且左右幅路基均未进入挖方地段，此时可采取左右幅桥不等长的做法，也即左右幅错孔布置的方法来适应地形，当横断面高差很大，左右幅路基为半填半挖的情况时，为了减少路基挖方，同时也要考虑填方的可实施性，可设置为一半路基，一半桥梁的结构形式，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。
当然上面只列出了一些常见的桥位形式，在实际工作中往往遇到的是多种情况组合在一起，比如说在跨越河流的时候同时也跨路、跨泥石流沟，横坡也较陡，对于这些桥位情况应结合上述基本的各种情况加以分析，从中找到更优的解决方案。山区桥梁由于其特殊性，所以对设计人员在考虑桥梁孔跨布置上要求更高，对位于山区的桥梁做多方案比较是非常有必要的。
二、山区桥梁的上部结构形式
由于山区桥梁多为中、小跨径，大跨径桥梁所占的比例较小，因此这里着重讨论标准化、装配式的上部构造。根据《公路桥涵设计通用规范》第3.2.5条，山区大、中桥梁可采用20、25、30、40m等标准跨径，根据梁的受力特点及以往山区公路桥梁设计的经验，可采用空心板、小箱梁、T梁等结构形式。空心板建筑高度最小，适用于有净空要求的桥位，如跨路等，造价也比其他两种结构形式低，但空心板跨越能力低，一般用于中小跨径，根据以往的工程实例，30米的空心板出现较多裂缝的情况相当多，故空心板一般用于20米及20米以下的跨径。25、30、40m跨径的桥梁宜采用T梁及小箱梁的结构形式，两种结构形式横向均采用湿接缝连接，小箱梁梁体刚度大，抗扭性好，T梁结构简单，施工方便，同时由于山区桥梁多数处于超高的平曲线上，采用T梁还可有效地防止采用空心板和小箱梁时出现的支座受力不均，支座脱空，不易调平的情况。结构形式的选择应具体问题具体分析，不可单一地认为哪种形式不好，应综合考虑。
为改善行车条件，上部结构通常做成桥面连续或结构连续的形式，桥面连续时梁体仍然处于简支状态，这样整个上部在竖向为简支结构，在水平方向具有一定的连续性；结构连续则是整个上部构造在结构体系上是连续的，从而比桥面连续有更好的行车舒适性和耐用性，但经济指标较高。桥面连续与结构连续两种形式均具有伸缩缝少、行车舒适、结构简单、易于施工等特点，在当前的高速公路建设中运用较多，从受力、美观、耐用、经济等方面来综合考虑，小跨径如20m空心板宜采用桥面连续，T梁、小箱梁宜采用结构连续。另外，由于山区地势凹凸不平，大型吊装机械不易运输，故50m及50m以上的装配式T梁等结构一般不宜采用。
山区桥梁多处于弯道上，处理好上部构造（板或梁）与平面曲线半径的关系就尤为重要，一句话来说就是上部梁体板块布置要包络路线平曲线，处理方式多种多样，常用的方法有加宽板块、外移护栏、改变梁体翼缘宽度等方法，可视实际情况采用不同的方法处理。
三、山区桥梁下部桥墩设计
由于地形复杂，桥梁下部墩台的设计具有多样化的特点，总的说来要服从适用、安全、经济、美观的原则。通常在墩高小于40米时采用柱式桥墩接桩基础，桥墩可做成圆柱或方柱，圆柱施工方便，施工质量好控制，方墩施工相对圆墩来说较麻烦，但墩身刚度大，受力优于圆墩。在墩高大于40米的时候一般可采用实心矩形桥墩或空心薄壁桥墩，在顺桥向方向墩身按1：70（80）放坡，可保证桥墩的稳定性。桥墩的形式应根据实际地形及上部构造的需要来选用。下面列出几种常用的桥墩形式：
图一（圆柱式墩） 图二（空心薄壁墩）
图一所示圆柱式墩一般情况下多做成半幅双柱的形式，适用于墩高不是很大的情况，图二所示的空心薄壁墩主要用于墩高断面陡的地形，可直接采用方桩或接承台加桩基两种方式，图三、图四中的独柱墩和小间距墩则是跨越河流的理想方案，可有效地减少对河道的影响，同时独柱墩和小间距墩也多用于横坡较陡，半挖半填的地段，采用这两种形式可有效地减少挖方，比如在做河床较低的顺河桥时可优先考虑这两种形式。
图三（独柱墩） 图四（小间距墩）
四、山区桥梁下部桥台设计
山区桥梁的桥台在结构形式上通常有U形重力式桥台、肋板式桥台以及桩柱式桥台，其中重力式桥台运用得最为广泛，由于自身的受力特点，重力式桥台不宜做得太高，一般10米左右即可，太高的话则台身稳定性削弱，对地基承载力的要求也提高，为了减少挖方及结构本身的圬工数量，可将重力式桥台的台身、基础做成合理的阶梯状（如右图）。当承载力达不到重力式桥台的基底承载力要求，而桥台位置填土高度大于10米时采用肋板式桥台是一种理想的选择。在桥台进入挖方时，为避免大面积开挖，可设置柱式桥台，但当桥梁相邻联长太大的时候，不宜采用柱式桥台。需要注意的是山区桥梁纵向地面线过陡，往往设置不了锥坡，此时肋板式桥台和柱式桥台就受锥坡的无法采用，这种情况下可采用重力式桥台接桩基的形式来适应地形、地质的需要。
五、山区桥梁下部墩台基础设计
前面提到，山区公路地质复杂，在路线方案比选的时候常常受地质影响较大，多数时候采用的是“地质选线”。那么，对于山区桥梁来说，其下部基础的设计也基本上是由桥位地质来控制的，影响较大的几个方面有滑坡、溶洞、覆盖层厚、地基承载力不够等。山区桥梁的基础主要是采用桩基础和扩大基础，在覆盖层薄，地基承载力足够的情况下可采用明挖扩大基础，如重力式桥台，在覆盖层厚的情况下宜采用桩基础，并根据实际情况选用嵌岩桩或摩擦桩。从山区桥梁的施工方面考虑，由于大型机械运输不便、作业面难以寻找，因此可考虑做人工挖孔桩，但需要注意水下基础和深基础不宜采用人工挖孔桩，应考虑钻孔桩。对于滑坡地带应结合地质仔细分析，从桥梁的安全和稳定出发，找出可行的处理方案和施工手段，如人工反压、设置抗滑桩等。在桥位处存在溶洞的时候应在设计前期勘明其准确位置、大小，桩基础宜穿过溶洞进入下层地基，同时对溶洞应采取冲填等处治方法，最大限度保证桥梁桩基础的安全。另外，由于地质的很多不确定性和不规则性，在设计基础的时候，应适当考虑一些富裕量。总之，山区桥梁的基础设计是整个设计中的重点和难点，即使是同一个桥，也要做到逐桩设计，切不可参照和照搬。
六、山区桥梁的美观设计
山区高速公路桥梁的设计与施工在很多地方都有别于平原地区，在建筑美观的要求上不如平原地区、沿海一带，但并不是说山区桥梁设计就可以不考虑美观上的要求，相反，本着发展的思路，现在是山区的地方，在将来开发后也许就位于城市或城市的边缘，因此，山区桥梁的设计也要考虑一定的美观上要求，以便于适应将来的山区开发和城市发展，这就要求设计人员在设计当中要紧密结合当地的各种路网规划和周围城市发展情况，合理地在桥梁美观上进行考虑。如下部墩台的结构形式可以多样化，不一定就局限于柱式桥墩，也可采用花瓶墩、薄壁墩、Y形墩等形式，重力式桥台不宜设置得过高，同时可在桥台侧墙和台身外侧用细石镶面，起到美观的效果。总的来说，合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素。
七、山区桥梁设计与环境保护的关系
近年来，随着人们对环境保护意识的提高，对山区公路建设的环保要求也越来越高，在山区桥梁设计中作为设计人员我们应当坚持人与自然相和谐，树立尊重自然、保护环境的思想，维护人与自然相对平衡的关系，倍加爱护和保护自然资源和景观，坚持“不破坏就是最大的保护”的理念，最大限度地加强对沿线自然风光、水资源、矿产资源、土地资源、文化遗产资源、自然资源、森林植被等的保护，坚持和贯彻可持续发展战略，将公路建设对其影响降低到最小。体现在桥梁设计中就是要少开挖、少破坏地貌，尽量减少对自然水系的影响和改变，在设计当中要体现出对环境的保护意识。
山区高速公路桥梁的设计具有复杂性、特殊性、多样性等一系列特点，如何在实际的设计中灵活把握，值得我们每一个桥梁设计人员思考。由于能力有限，本文仅从粗浅的角度去分析了山区桥梁设计的一些常见问题和解决办法，对于山区桥梁的设计，还有很多方面值得我们去思考、解决问题并运用到实际的工作当中。欢迎各位同行共同研究、批评指正。
参考文献：1、《公路桥涵设计通用规范》 JTG D60-2004
2、《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》 JTG D60-2004
3、《公路桥涵圬工设计规范》 JTG D60-2004
4、《桥位勘测设计》 高冬光/等编著 人民交通出版社
5、《桥梁工程》 顾安邦、范立础 人民交通出版社下载本文
