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摘要：山区高速公路由于地形、地质复杂，其公路桥梁设计具有与其他地区路桥设计不同的特点。本文对山区高速公路桥梁为背景，探讨了具有山区高速公路特点的曲线、大纵坡、高墩、长桥的设计，并提出了山区高速公路桥梁设计中的注意事项。
关键词：山区高速公路；桥梁设计；桥墩
中图分类号：U412文献标识码： A
0、引言
山区高速公路地形、地质复杂，地面高差大，变化频繁，横坡陡、岩溶、滑坡、不稳定斜坡、崩塌、陡岸、煤层等不良地质现象普遍存在。故路线布设时平纵横3个方面都受到约束，因而山区高速公路桥梁中弯坡桥多、高墩大跨多、墩台形式多，设计中必须协调好桥梁各细部构造与地形、地质之间的关系。
1、桥梁结构形式的选择
桥梁体系的几何特征由桥梁的平面、立面线形构成，选择何种桥梁结构形式来适应曲线、大纵坡、高墩组合下的几何特征，使结构设计更趋合理、更具耐久性，是设计中必须首要考虑的问题。
1.1 结构体系
基于运营的整体性、舒适性和耐久性的考虑，往往须设计为预应力连续结构。预应力砼连续曲线桥与直线桥相比的一个重要特点是梁体存在弯扭耦合作用。曲线梁在弯扭耦合作用下具有沿某一变形不动点变形的趋势。而大纵坡桥梁在长期反复的汽车制动力作用下，梁体具有沿汽车行驶方向滑移的趋势，对于单向行驶的高速公路长桥尤其突出。在血线、大纵坡并存的情况下，梁体的这些变形趋势形成了上下部间的相对错动。当桥梁上下部间以支座联系时，这种错动趋势往往造成梁体相对下部的移动及支座受力的不平衡，甚至脱空。而采用墩梁固结的刚构体系可避免这一情况的发生。
另外，曲线、大纵坡桥的桥墩承受着较直线、平桥桥墩更大的纵横向水平力及附加弯矩，而这些力引起的桥墩变位除取决于上部构造的几何特征外，还取决于上下部间的约束条件。较刚的约束，可使桥墩变位减小。采用上下部固结的连续刚构体系，在避免桥梁上下部错动的同时，增加了体系对下部的约束力，桥墩的变位相对减少，压弯稳定性增加。
当今，柔性桥墩已被广泛采用。对高墩桥而言，桥墩稳定性及变位成为桥墩结构设计的制约因素。在曲线、大纵坡的情况下，高墩桥采用墩梁固结的刚构体系，在调整桥梁受力、改善结构的整体性能、避免梁体滑移、减少结构的总体变位、提高结构的稳定性和耐久性等方面都具有一定优势。同时，墩梁固结可避免由于抗扭矩及抗滑移造成的支座设置麻烦以及支座损坏给桥梁结构带来的不利影响，还不用更换支座。
1.2桥墩形式的比较
连续刚构桥墩柱与梁体配置合理与否，直接关系到砼收缩徐变、温度、预应力、荷载等力在结构中的作用及分配。合理的墩柱应该是尽可能地改善梁体的内力分布，并满足施工、运营阶段的刚度要求。从力的分配角度考虑，应具有较大的抗弯刚度和较小的抗推刚度。从变形的角度上讲，应具有足够的稳定性，并使结构变形控制在正常使用范围内。对于较矮的墩，墩的刚度对体系内力影响较大；但对于高墩而言，墩的刚度在力分配上的作用已不明显，而控制桥梁变位及稳定性成为突出的问题。
相对大的刚度能有效地减少桥梁水平变位，提高桥墩的稳定性。对于大纵坡下的高墩长桥，增加纵向刚度可明显减少活载长期作用产生的累积变位。对于曲线桥，增大桥墩的横向刚度，有利于减少弯桥扭矩造成的横向变位。以下分别就大跨径箱梁连续刚构和中等跨径多梁式刚构桥进行桥墩形式的分析比较。
1.2.1大跨径连续刚构桥墩形式比较
大跨径连续刚构箱梁桥，对于较矮的墩，双薄壁墩为较理想的墩形；而对于高墩，则以箱形空心墩为宜。高墩采用空心墩的截面形式，除能满足抗弯刚度和抗推刚度要求及利于高墩结构的稳定性外，对于平曲线上的桥梁，还可提供较大的抗扭刚度。
1.2.2中等跨径多梁式刚构桥桥墩形式比较
在地质较好的情况下，桥高50m以内以中等跨径T梁桥较为经济，而采用何种形式的桥墩与之相配，使其符合高墩、大纵坡、曲线桥的受力要求，需加以比较后确定。双柱墩与矩形薄壁墩比较，在桥墩面积、横向宽度相等的情况下，双柱式墩的横向及纵向刚度是矩形薄壁墩的3倍以上。因此，以双柱式墩作为中等跨径T梁桥的墩形，在曲线、大纵坡、高墩桥梁中具有变形小的优势。另外，山区高墩桥梁一般需采用桩基，选用双柱对应桩基，可省去承台，节省工程量。
对于高速公路整体式双幅桥，一般情况下以分幅各自独立的单幅桥下部构造较合理，但也不排除设置双幅桥整体下部构造的合理性和必要性。双幅桥分幅设置下部构造(双幅四柱)与双幅桥设置整体式下部构造(双幅两柱)比较，在桥墩截面积及横向宽度相当的情况下，整体式下部的横向及纵向刚度是分幅设置下部构造的2倍以上。采用双幅整体下部构造，除可提高桥墩的刚度外，还能减少车辆单向行驶产生的单向累积变位，对高墩长桥较有利。
2、结构设计上的特殊考虑
山区高速公路桥梁在结构设计计算上应较常规桥梁更注重曲线、大纵坡、高墩、长桥所引发的种种问题，主要从三个方面进行特殊考虑。
高墩桥采用的是柔性墩结构，设计中应重视桥梁的稳定性和变位问题。在曲线、大纵坡、高墩、长桥并存的情况下，这些变位除有与直桥相同的纵桥向变位、竖向压缩变位外，还包括曲线桥扭转产生的墩顶横向变位、大纵坡下的向下移动变位及施工偏位等。这些变位在高墩长桥的情况下，尤其需要加以控制。
(1)横桥向变位控制。对于悬臂施工的预应力砼连续箱梁曲线桥，悬臂施工时梁体产生向曲线内侧的扭转。桥梁合龙并在二期恒载作用下，箱梁向曲线外侧扭转。箱梁本身的扭转很小，但在高墩变形的联合作用下，扭转角却有明显增加，在产生扭转角的同时墩顶还产生较大的横向变位。墩的刚度越小，变位的递增率越大。因此，在高墩弯桥中，应重视桥墩在扭转变位中的影响。这些变位可以通过墩的刚度调整或设置墩的预偏加以控制。在刚度调整中，应综合考虑施工及运营时各种变位工况的相互关系，以达到安全、经济兼顾的目的。
(2)纵桥向总体变位控制。对于大纵坡高墩长桥，除常规桥梁的纵桥向变位外，车辆长期单向行驶可能产生的桥梁体系不可恢复累积变位是设计中必须考虑的一个问题。刚、柔是矛盾的两个方面，提高桥梁的刚度是减少桥梁变位较有效的措施，但刚度的增大必然增加投资，设计时应权衡利弊，合理协调整个体系配置。
(3)高墩初始偏位控制。在高墩长桥中，预应力砼結构收缩、徐变对体系变位的长期效应很显著。高墩桥成桥时的墩顶初始偏位在后期的徐变中将有较大发展，它将对桥墩受力及体系的变位产生不利影响。因此，设计及施工中应对成桥时的墩顶偏位加以控制。
3 桥梁设计中存在的问题
3.1 桥梁设计的理念和构造体系不够完善
在桥梁设计的时候，首要的任务就是要选择一个经济合理的结构方案，对桥梁的结构进行分析，对构件和连接进行分析。但是在实际的工作中往往都是存在很多的问题，首先就是设计人员只是满足于计算中的需要，而忽视了结构体系、结构构造、结构材料的需要。其次就是在桥梁从设计到施工中，会出现很多的人为因素，比较常见的就是对桥梁的整体结构认识不足，对桥梁设计的图式表达不明确，对桥梁建筑中混凝土的要求等级过于低级，存在的这些问题都将会影响结构的安全性。
3.2 施工和管理水平有限
通过对国内外多个桥梁事例的研究分析，导致桥梁出现事故的主要原因就是施工的不合法性和管理的疏忽。施工和管理的水平没有达到规范和设计的要求，这就给桥梁的安全使用留下的隐患，施工的问题主要就是存在在偷工减料、以次充好的问题，性质是非常严重的，在建筑完成后的危害也是较大的。
4、结束语
以曲线、大纵坡、高墩、长桥为特点的山区高速公路桥的设计中，应充分考虑曲线、大纵坡给桥梁结构带来的附加力；注意曲线扭矩、大纵坡水平力、弯坡组合下的动态增量对结构的影响；根据其受力特点和结构特性，选择适合的构造形式；高墩长桥由于体系的刚性较小，应重视体系的稳定性和变位控制。
参考文献
[1] 中华人民共和国行业标准．公路路基设计规范(JTGD30―2004)[S]．人民交通出版社，2004
[2] 王祥．山区高速公路高填深切特殊路段勘察设计[J]．湖南交通科技，2005，(4)：18―19
[3] JTGD62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]
[4] JTG D60 2004，公路桥涵设计通用规范[S]
关键词：山区高速公路；桥梁设计；桥墩
中图分类号：U412文献标识码： A
0、引言
山区高速公路地形、地质复杂，地面高差大，变化频繁，横坡陡、岩溶、滑坡、不稳定斜坡、崩塌、陡岸、煤层等不良地质现象普遍存在。故路线布设时平纵横3个方面都受到约束，因而山区高速公路桥梁中弯坡桥多、高墩大跨多、墩台形式多，设计中必须协调好桥梁各细部构造与地形、地质之间的关系。
1、桥梁结构形式的选择
桥梁体系的几何特征由桥梁的平面、立面线形构成，选择何种桥梁结构形式来适应曲线、大纵坡、高墩组合下的几何特征，使结构设计更趋合理、更具耐久性，是设计中必须首要考虑的问题。
1.1 结构体系
基于运营的整体性、舒适性和耐久性的考虑，往往须设计为预应力连续结构。预应力砼连续曲线桥与直线桥相比的一个重要特点是梁体存在弯扭耦合作用。曲线梁在弯扭耦合作用下具有沿某一变形不动点变形的趋势。而大纵坡桥梁在长期反复的汽车制动力作用下，梁体具有沿汽车行驶方向滑移的趋势，对于单向行驶的高速公路长桥尤其突出。在血线、大纵坡并存的情况下，梁体的这些变形趋势形成了上下部间的相对错动。当桥梁上下部间以支座联系时，这种错动趋势往往造成梁体相对下部的移动及支座受力的不平衡，甚至脱空。而采用墩梁固结的刚构体系可避免这一情况的发生。
另外，曲线、大纵坡桥的桥墩承受着较直线、平桥桥墩更大的纵横向水平力及附加弯矩，而这些力引起的桥墩变位除取决于上部构造的几何特征外，还取决于上下部间的约束条件。较刚的约束，可使桥墩变位减小。采用上下部固结的连续刚构体系，在避免桥梁上下部错动的同时，增加了体系对下部的约束力，桥墩的变位相对减少，压弯稳定性增加。
当今，柔性桥墩已被广泛采用。对高墩桥而言，桥墩稳定性及变位成为桥墩结构设计的制约因素。在曲线、大纵坡的情况下，高墩桥采用墩梁固结的刚构体系，在调整桥梁受力、改善结构的整体性能、避免梁体滑移、减少结构的总体变位、提高结构的稳定性和耐久性等方面都具有一定优势。同时，墩梁固结可避免由于抗扭矩及抗滑移造成的支座设置麻烦以及支座损坏给桥梁结构带来的不利影响，还不用更换支座。
1.2桥墩形式的比较
连续刚构桥墩柱与梁体配置合理与否，直接关系到砼收缩徐变、温度、预应力、荷载等力在结构中的作用及分配。合理的墩柱应该是尽可能地改善梁体的内力分布，并满足施工、运营阶段的刚度要求。从力的分配角度考虑，应具有较大的抗弯刚度和较小的抗推刚度。从变形的角度上讲，应具有足够的稳定性，并使结构变形控制在正常使用范围内。对于较矮的墩，墩的刚度对体系内力影响较大；但对于高墩而言，墩的刚度在力分配上的作用已不明显，而控制桥梁变位及稳定性成为突出的问题。
相对大的刚度能有效地减少桥梁水平变位，提高桥墩的稳定性。对于大纵坡下的高墩长桥，增加纵向刚度可明显减少活载长期作用产生的累积变位。对于曲线桥，增大桥墩的横向刚度，有利于减少弯桥扭矩造成的横向变位。以下分别就大跨径箱梁连续刚构和中等跨径多梁式刚构桥进行桥墩形式的分析比较。
1.2.1大跨径连续刚构桥墩形式比较
大跨径连续刚构箱梁桥，对于较矮的墩，双薄壁墩为较理想的墩形；而对于高墩，则以箱形空心墩为宜。高墩采用空心墩的截面形式，除能满足抗弯刚度和抗推刚度要求及利于高墩结构的稳定性外，对于平曲线上的桥梁，还可提供较大的抗扭刚度。
1.2.2中等跨径多梁式刚构桥桥墩形式比较
在地质较好的情况下，桥高50m以内以中等跨径T梁桥较为经济，而采用何种形式的桥墩与之相配，使其符合高墩、大纵坡、曲线桥的受力要求，需加以比较后确定。双柱墩与矩形薄壁墩比较，在桥墩面积、横向宽度相等的情况下，双柱式墩的横向及纵向刚度是矩形薄壁墩的3倍以上。因此，以双柱式墩作为中等跨径T梁桥的墩形，在曲线、大纵坡、高墩桥梁中具有变形小的优势。另外，山区高墩桥梁一般需采用桩基，选用双柱对应桩基，可省去承台，节省工程量。
对于高速公路整体式双幅桥，一般情况下以分幅各自独立的单幅桥下部构造较合理，但也不排除设置双幅桥整体下部构造的合理性和必要性。双幅桥分幅设置下部构造(双幅四柱)与双幅桥设置整体式下部构造(双幅两柱)比较，在桥墩截面积及横向宽度相当的情况下，整体式下部的横向及纵向刚度是分幅设置下部构造的2倍以上。采用双幅整体下部构造，除可提高桥墩的刚度外，还能减少车辆单向行驶产生的单向累积变位，对高墩长桥较有利。
2、结构设计上的特殊考虑
山区高速公路桥梁在结构设计计算上应较常规桥梁更注重曲线、大纵坡、高墩、长桥所引发的种种问题，主要从三个方面进行特殊考虑。
高墩桥采用的是柔性墩结构，设计中应重视桥梁的稳定性和变位问题。在曲线、大纵坡、高墩、长桥并存的情况下，这些变位除有与直桥相同的纵桥向变位、竖向压缩变位外，还包括曲线桥扭转产生的墩顶横向变位、大纵坡下的向下移动变位及施工偏位等。这些变位在高墩长桥的情况下，尤其需要加以控制。
(1)横桥向变位控制。对于悬臂施工的预应力砼连续箱梁曲线桥，悬臂施工时梁体产生向曲线内侧的扭转。桥梁合龙并在二期恒载作用下，箱梁向曲线外侧扭转。箱梁本身的扭转很小，但在高墩变形的联合作用下，扭转角却有明显增加，在产生扭转角的同时墩顶还产生较大的横向变位。墩的刚度越小，变位的递增率越大。因此，在高墩弯桥中，应重视桥墩在扭转变位中的影响。这些变位可以通过墩的刚度调整或设置墩的预偏加以控制。在刚度调整中，应综合考虑施工及运营时各种变位工况的相互关系，以达到安全、经济兼顾的目的。
(2)纵桥向总体变位控制。对于大纵坡高墩长桥，除常规桥梁的纵桥向变位外，车辆长期单向行驶可能产生的桥梁体系不可恢复累积变位是设计中必须考虑的一个问题。刚、柔是矛盾的两个方面，提高桥梁的刚度是减少桥梁变位较有效的措施，但刚度的增大必然增加投资，设计时应权衡利弊，合理协调整个体系配置。
(3)高墩初始偏位控制。在高墩长桥中，预应力砼結构收缩、徐变对体系变位的长期效应很显著。高墩桥成桥时的墩顶初始偏位在后期的徐变中将有较大发展，它将对桥墩受力及体系的变位产生不利影响。因此，设计及施工中应对成桥时的墩顶偏位加以控制。
3 桥梁设计中存在的问题
3.1 桥梁设计的理念和构造体系不够完善
在桥梁设计的时候，首要的任务就是要选择一个经济合理的结构方案，对桥梁的结构进行分析，对构件和连接进行分析。但是在实际的工作中往往都是存在很多的问题，首先就是设计人员只是满足于计算中的需要，而忽视了结构体系、结构构造、结构材料的需要。其次就是在桥梁从设计到施工中，会出现很多的人为因素，比较常见的就是对桥梁的整体结构认识不足，对桥梁设计的图式表达不明确，对桥梁建筑中混凝土的要求等级过于低级，存在的这些问题都将会影响结构的安全性。
3.2 施工和管理水平有限
通过对国内外多个桥梁事例的研究分析，导致桥梁出现事故的主要原因就是施工的不合法性和管理的疏忽。施工和管理的水平没有达到规范和设计的要求，这就给桥梁的安全使用留下的隐患，施工的问题主要就是存在在偷工减料、以次充好的问题，性质是非常严重的，在建筑完成后的危害也是较大的。
4、结束语
以曲线、大纵坡、高墩、长桥为特点的山区高速公路桥的设计中，应充分考虑曲线、大纵坡给桥梁结构带来的附加力；注意曲线扭矩、大纵坡水平力、弯坡组合下的动态增量对结构的影响；根据其受力特点和结构特性，选择适合的构造形式；高墩长桥由于体系的刚性较小，应重视体系的稳定性和变位控制。
参考文献
[1] 中华人民共和国行业标准．公路路基设计规范(JTGD30―2004)[S]．人民交通出版社，2004
[2] 王祥．山区高速公路高填深切特殊路段勘察设计[J]．湖南交通科技，2005，(4)：18―19
[3] JTGD62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]
[4] JTG D60 2004，公路桥涵设计通用规范[S]