山区铁路桥梁设计探究

山区铁路桥梁设计探究

张燕云

中铁第五勘察设计院集团有限公司北京102600

摘要：铁路桥梁是交通干线的重要组成部分，中国山区众多，提高山区铁路沿线桥梁的设计水平，是我国铁路建设的重要任务。本文围绕铁路桥梁设计展开讨论，以山区作为设计背景，对山区环境特点进行探究，并总结桥梁设计中常遇到的问题，同时结合某铁路项目施工案例，对桥梁设计要点进行深度剖析，希望对相关单位的山区桥梁建设有所帮助。

关键词：桥梁设计；施工案例；设计要点

引言

近年来在国家政策的不断支持下，铁路建设在全国范围内进行的如火如荼，在政府不断增加资金投入的情况下，铁路建设速度不但加快。截至目前，我国已经建成四通八达的铁路运输线，还有很多铁路在建设中。山区地形复杂，又多河流，这给铁路建设中的桥梁设计带来很大难度。鉴于此，笔者结合自身参与的少量山区桥梁设计经验进行总结，剖析桥梁设计过程中需要注意的一些要点。

一、以某铁路桥梁建设为例，探析山区环境特点

（一）沿线桥梁工程建设概况

铁路沿线山峰环绕，地势比较险峻，跨越河流数量众多。基于复杂地形，再加上恶劣的地质条件，沿线桥梁较多，很多桥梁直接与隧道相连，设计难度随之提升。桥梁建造形式各不相同，有简支梁形式的桥梁，也有连续梁形式的桥梁。通常一条铁路大线中，相对其他专业而言桥梁专业占比一般比较大，更凸显了桥梁设计的复杂和重要。

（二）沿线河流、山脉特点

1.河流特点

山区河流宽窄不一，多为峡谷、开阔河段相间分布，且坡降也呈现出缓陡相接现象。在河面狭窄处，河水湍急且两岸岩壁比较陡峭，岩壁稳定性较高，此类河谷河水很深，峡谷走向弯曲，河床形状没有规律可循，河床断面以V形和U形居多。在河面开阔处，其水流速度与平原河流有异曲同工之妙，与平原河流相比，山区水流稳定性较好。开阔河段没有明显拐弯区域，河床断面以阶梯型为主，在进水的峡谷地段，遇到汛期会出现壅水现象，从而减缓水流速度，并使卵石、泥沙等大量淤积在河床上。当汛期过去，壅水现象消失，水流速度明显加快，淤积泥沙会随水流向下游移动。

2.岩层性质复杂

铁路沿线的地层岩性分布非常复杂，不仅包括变质岩、岩浆岩，还包括玄武岩、砂岩等多种类型岩层，不同岩层上部覆盖的土层种类也不同，常见土层包括黏土、砂层等[1]。在复杂的岩层环境中，桥梁设计需要兼顾同一区域中，多种岩层特性，若不能全面考虑岩层特点，就不能保证桥梁质量。

3.山峰险峻且多不良地质

山区地质运动比较活跃，在水流落差较大出，流水对山体的下切现象比较严重，这使得山体边坡角度不断增加，在岩层结构不稳定地段，甚至会出现垂直山壁。再加上人类在山区频繁活动，生态平衡被打破，泥石流频发，很多山区道路未经规划自行修建，路两旁岩层极不稳定，易出现落石情况。

二、山区桥梁设计常见问题

（一）桥位选择

为减少车辆通行时间，政府要求铁路建设进行顺直，减少多次转弯现象，因此导致隧道工程、桥梁工程量增加。在桥梁位置确定过程中，尽量远离不良地质范围，如滑坡体、岩层不稳定等区域，桥梁、河流两者交角必须保证垂直，对桥梁位置的诸多限制，增加其设计难度。

（二）墩台高度存在很大差异

这一问题在V形峡谷的桥梁设计中经常见到，桥墩要与实际地势相适应，这导致很多桥墩高度不一，尤其是相邻桥墩若出现过大的高度落差，桥墩刚度、强度都会发生变化。随着外界温度变化，桥墩出现的形变量也有所差异，若铁路是无砟轨道形式，桥墩高低不一会影响铁路建设质量。

（三）具有较大基础开挖量

在比较陡峭坡面上进行墩台施工，要求墩台必须和线路等高线处于正交状态，因此需要对陡坡进行挖掘。基础开挖完成后，为避免大量的水土流失，必须对边坡进行加固等防护处理，进一步增加施工成本。

（四）大型施工机械运输困难

山区地形相对复杂，其公路多为盘道，且技术标准相对较低，很多公路不能承受大型机械重量。大型桥梁需要的结构件较大，普通公路很难完成运输，且多数公路两层岩层极不稳定，出现落石、塌方等情况，会延误运输时间。

（五）冲刷下切现象严重

砂石丰富且质量高是山区砂石料的优势，因此很多施工方会就地取材，在取用砂石过程中严重破坏河床，尤其是在高度落差较大地方，冲刷下切非常严重。水文、地形等发生变化，与施工前勘察结果符合度较低，桥梁建造不能按照设计图纸如期进行[2]。

三、铁路沿线桥梁设计要点

（一）合理布置桥跨

对于跨越城市主干道的地方，将桥梁设计成连续梁，其它桥梁对主要干道的影响不大，因此设计成简支梁。经过相关部门实地勘察，并结合当地水利局提交资料，发现此沿线河流都不在通航范围内，这有效降低设计难度。在充分考虑等高线交角、水流夹角等因素后，可采用连续梁设计。

（二）连续梁桥设计要点

桥梁使用箱形梁结构，其宽度与跨度的比值，按照净跨度值进行计算。在桥梁3/15处支墩，此处桥墩高度需要和中部桥墩高度比值，保持在1.3倍，边跨梁、桥中部梁高度必须相等[3]。为避免箱型截面梁出现扭曲变形现象，需要在其与桥墩相连位置，设计相应大小的横隔板。

若桥梁跨越的河道曾经改道，且改道后地段比较狭窄，导致水流冲刷现象比较严重，故在桥涵设计过程中，还需要对冲刷线重新进行计算，并重新确定桥墩埋置深度。汛期对河水流量的影响较大，因此施工方设计在汛期过后，降水较少季节进行施工。在进行基础施工时，事先对水流速度、水深等因素进行测量，设计使用草袋围堰方式完成基础施工。为避开稳定性较差岩层，错台布置墩台，并根据地势设计不同高度桩基础。

在桥梁与隧道相连情况下，对连接处合理设计，如将桥台紧靠在隧道岩壁上，既增加桥梁稳固程度，又保证沿线道理畅通。较小的桥涵出入口会加快水流速度，对下游农田进行冲刷。为保证农户利益，设计者按照当地地形情况，增设沟槽、消能台阶等设施，减缓水流速度，对水流进行改道处理。

（三）桥梁重点部位设计

桥墩是桥内工程的重点设计结构之一，通常使用圆端形桥墩结构形式居多。和普通矩形桥墩比较，桥墩周围河床受冲刷严重情况明显改善。圆端形桥墩高度较高，截面尺寸更符合山区地形，桥墩高度最多不能超出50米，根据墩高变化，桥梁分成90°、45°和30°三个坡度，相邻桥墩有部分高度重合。设计过程要求桥梁坡比尽量减少，这样能够节省模板，为防止桥墩出现裂纹现象，在其上设计构造配筋。此外，为保证桥梁运营后正常使用，在其附近还设计一安全线。

桥梁设计过程中通常要求高度相近的桥墩结构基本保持统一，减少施工材料浪费，为建设方节省大量资金。此外，桥梁设计过程中连续梁桥墩一般都特殊设计，拟订好桥墩特殊结构后，再利用建模技术对特殊结构的桥墩稳定性、受力情况进行检测，确保后期施工过程能安全顺利完成。

四、结束语

综上所述，是对山区桥梁设计的一些浅显分析，结合工作中遇到的一些设计问题，对工程设计、山区环境进行进行介绍，并对桥梁设计中存在的问题进行总结，最后详细阐述山区桥梁设计要点。从中可以看出山区桥梁建设是一项复杂工程，在我国科技水平的不断提升下，山区桥梁设计难度有所降低，但在实际设计中还是有很多需要注意的地方。

参考文献：

[1]付鹏飞.重载铁路桥梁设计的几点思考[J].建筑工程技术与设计，2017（19）：2037-2037.

[2]廖立坚.基于山区铁路地形的桥梁智能设计[J].铁道工程学报，2018（12）：20-25.

[3]李长年.山区铁路车站桥梁设计[J].工程技术研究，2018（15）：159-160.

[4]刘发明，游励晖.西南艰险山区铁路桥梁防冲刷设计[J].高速铁路技术，2017（6）：93-98.