先看看下列几张图片。图1～图3分别为中国的龙潭河特大桥、支井河大桥和四渡河大桥，2009年建成。图4为墨西哥的巴鲁阿特（Baluarte）大桥，2012年建成。这些桥梁所处的自然环境有什么共同的特点？正如大家所看到的那样，这些都是在崇山峻岭之中跨越深沟峡谷的桥梁。本文拟以此为题，谈谈跨谷桥。
图1 龙潭河大桥
图2 支井河大桥
图3 四渡河大桥
图4 巴鲁阿特大桥
什么是跨谷桥？
按所跨越的对象，桥梁可划分为跨河桥、跨线桥、跨海桥等。桥梁的设计和施工，应充分考虑其所跨越对象的特点。例如，对于跨河桥，就要尽量减少对河流功能的干扰；对跨线桥，就要尽量满足对立交和互通功能的要求；对跨海桥，就需充分考虑海洋环境下（深水，波流、气象、腐蚀等）桥梁的设计、施工和运营问题。
跨谷桥，就是指跨越山区谷地的桥梁。它的桥式和构造、设计和施工有什么特点？为解释这一问题，先得从“谷地”说起。
什么是谷地？
我国的基本地貌类型多样，包括山地、高原、丘陵、盆地、平原等。习惯上所说的山区，包括山地、比较崎岖的高原和丘陵，这三者的面积之和占到国土总面积的2/3以上。山地由山岭和山谷（也就是谷地）组成，丘陵则由高地和洼地组成。
从地貌学上说，谷地就是两侧正地形夹峙的狭长的负地形（有点拗口）。谷地的形成与流水作用有密切关系，也与地质构造和构造运动有关。谷地分为河谷和沟谷两大类。谷地的共同特点是：地形变化大、水流变化大、地质变化大。
先说说河谷。其指由于经常性流水的长期侵蚀作用而在地表形成的线状延伸的凹地。河流的不同地段，河谷发育及其形态有所不同。在高山地区（河流的上游），河流的坡降大，下蚀作用强烈，往往形成深切谷地。若按照断面形态细分，山区谷地还可再分为隘谷、嶂谷和峡谷。常见者为峡谷，其横剖面呈明显的“V”字形，称为V形谷。例如，2016年建成的沪昆客运专线北盘江大桥，采用一跨拱结构跨越北盘江V形峡谷，见图5。
图5 沪昆客运专线北盘江大桥立面布置
在低山和丘陵地区（河流的中游），河流侧向侵蚀加强，并形成河曲。河曲的摆动发育出河漫滩和阶地，使河谷加宽，河漫滩扩大，形成了河漫滩河谷或宽谷。河谷的横剖面呈现出谷底较宽、较平坦的V形、U形或槽型，河床宽度只占谷底的一小部分。一个典型的例子是法国的米勒（Millau）高架桥，其横跨较宽较深的
塔恩（Tarn）河谷，见图6。
图6 米勒高架桥立面布置
再说说沟谷。其指由于地表间歇性流水侵蚀所成的槽形凹地。在基岩山地或干旱和半干旱地区（如黄土高原），沟谷的发育速度不同，形态不一。按照沟谷的发育阶段，可以把沟谷分为切沟、坳沟和冲沟。跨谷桥设计中需要考虑的，主要是冲沟。冲沟是指宽、深尺寸较大的沟槽，其深度和宽度与当地气候、地形、岩石、构造和植被等有关，可从数十米到数百米。在横剖面上，冲沟一般呈宽底V形或深倒梯形。
在冲沟发育的过程中，若沟谷水流得到地下水的不断补给，则由间歇性水流转变为经常性水流，冲沟就逐步演变成河谷。
河流出山进入平原地区后，河床变宽，水流减慢，谷地开阔平坦。这类河谷不在本文讨论之列。
跨谷桥的“两高一大”
过去在山区修建公路或铁路，需要采用较大的展线系数来减缓纵坡、克服高程障碍；当时的桥隧施工技术水平低，为避免大跨桥和长隧道，线路需顺应地形，依山傍水延伸。随着桥梁科技的发展，目前在山区建造（高速）铁路或公路，通常较少采用过去的展线方式来避开高山深谷。于是，遇谷地就架设桥梁，遇高山则开挖隧道，这就是导致山区线路的桥隧比很高的原因。
为满足线路设计要求，且为避免修建过长的隧道，需要合理抬高线路高程。这样，大多数跨谷桥就成为“高桥”。这里的“高”，是指桥面至谷底地面或水面的垂直落差，简称“桥面高度”。这是跨谷桥的显著特点之一。
由于山区地形起伏大，若需在谷地中设立桥墩，则多半是“高墩”。这里的“高”，是指从墩顶到墩底（承台顶面）的距离，简称“桥墩高度”。这是跨谷桥的另一个显著特点。
为跨越谷地障碍，为减少高墩数量，就必须增加跨度。跨谷桥的主桥，通常采用大跨连续结构，这是跨谷桥的第三个显著特点。
与平原和丘陵地区的桥梁相比，跨谷桥的普遍外观特征是：对采用一跨跨越山区险峻峡谷的桥，桥面高度大；对采用多跨跨越深沟宽谷的桥，桥墩高度大；不论是一跨跨越还是多跨跨越，桥梁跨径普遍较大，从数百米到上千米。简而言之，山区跨谷桥具有“两高一大”的显著特征。
尽管桥梁主跨的大小一直是体现桥梁技术水平的一个重要指标，但在艰险山区建造具备“两高”特征的跨谷桥，同样是对设计和施工的强力挑战。
跨谷桥的桥式
各种桥式均可用于跨谷桥。合理的桥型，须结合具体桥位处的地形地貌、地质、水文、气象等因素加以确定。
对于两岸陡峭的V形谷或U形谷，因无法在谷中设置高墩，需采用一跨结构作为正桥越过。在线路高程处，谷宽（或跨度）大致在200m左右者，可选用连续刚构桥、拱桥或斜腿刚架；谷宽（或跨度）大致在400m左右者，可选用拱桥或斜拉桥；谷宽（或跨度）大致在600m左右者，可选用斜拉桥或悬索桥；谷宽（或跨度）更大者，则多选用悬索桥。
对于较为开阔平坦的宽谷，若桥面位置较高，则比较适于采用高墩大跨的连续结构型式，尽量减少高墩。可选用的桥型有多跨连续梁桥，或连续刚构桥，或多塔斜拉桥等。所选桥型的跨度，不仅与桥墩高度有关，也与桥梁用途、结构体系和结构材料有关。从我国的工程实践看，无论是对铁路桥还是公路桥，较多采用连续刚构桥。
另外，进入山区的线路高程通常需逐渐抬高或降低，且桥下净空不受限制，跨谷桥多为纵坡较大的上承式桥。为服从山区高速公路和高速铁路选线要求，山区跨谷桥中的斜桥和弯桥也会较为普遍。
配合图1～图4，图7～图10给出了这几座已建跨谷桥的立面布置示意。
对于较为平坦的河谷或沟谷，选用与高墩协调的大跨连续结构，能较好地满足设计要求。高墩往往采用变截面构造。目前，大跨预应力混凝土连续刚构桥已成为我国山区跨谷桥中普遍采用的桥型。
图7 龙潭河大桥立面布置
只要地质条件良好，跨度合适，不同构造的拱桥（钢筋混凝土拱，钢管混凝土拱，钢桁拱等）往往是跨越V形沟谷的经济桥型。当条件适宜时，拱桥可用于比其跨度更大的谷宽的情况。当跨度偏大时，为节省材料，可做成变截面拱（参见图5和图8）。
图8 支井河大桥立面布置
对于跨越宽达千米左右的峡谷，大多采用悬索桥。因施工场地受限，其加劲梁多采用便于构件运输的钢桁架梁，其架设也需选择适于场地要求的拼装方法（如轨索滑移法等）。
图9 矮寨大桥立面布置
斜拉桥的跨越能力大，分跨布置灵活，跨度适用范围广。在立面布置上，可结合地形条件，调整分跨及梁体构造（如跨度较小的边跨采用较重的混凝土梁，跨度较大的中跨采用较轻的钢梁或结合梁），把边跨长度适度压缩，并配合单悬臂施工。
图10 巴鲁阿特大桥立面布置
除了上述四种桥式外，也可采用其他桥式。例如，斜腿刚架桥的受力行为与拱桥有些接近，可用来跨越相对较窄的V形沟谷。对坡度陡、谷宽不大、无水或少水的沟谷，可采用沟心设墩、一墩两跨的设计思路，采用预应力混凝土T梁桥或独塔斜拉桥，以减少地质风险并有利于环保。
跨谷桥的环境特点
在山区修建跨谷桥，影响设计和施工的主要因素是由桥位处的环境引起的，归纳为如下几点：
地形条件险峻 主要表现为地貌复杂，地形变化大，山坡陡，河谷深，山水相间。桥位处多为v形或U形的峭壁峡谷或地形起伏较大的沟谷，深沟峡谷距桥面的高度可达百米到数百米。
地质结构复杂 主要表现为桥址处可能存在崩塌、落石、泥石流、滑坡、岩溶、不稳定斜坡、断层等不良地质现象。而且，我国西南部山区是地震频发区，地震震级高、强度大，由此导致的不良地质问题更为突出。
气候条件多变 主要表现为沿线桥梁所处环境的气候差异大，变化大。例如，在高山寒冷地区，需要考虑低温、冻融、冰雪灾害；在深切峡谷或沟谷，需要考虑风的狭管效应以及大攻角风场特性；在低山和丘陵地区，需要考虑洪灾及其诱发的滑坡、泥石流等灾害；在干热河谷，需要注意温度、湿度的影响；等等。
生态环境脆弱 山区的自然环境优美，但生态环境相对脆弱。在跨谷桥的设计中，须视地形、地质情况选择合理的桥型，确定分跨和基础类型；在桥梁施工中，须采用满足环保要求的各项施工工艺；尽量减少对自然环境的破坏。
跨谷桥的设计与施工
跨谷桥的设计和施工，需打破传统的工程建设思维，应以理念创新为先导，树立并实践以人为本、安全和谐、资源节约、环境友好的可持续设计新理念。
桥梁设计的基本原则是安全、适用、经济、美观，并考虑耐久与环保。在跨谷桥的设计与施工中，上述基本原则被赋予了更多不同的内涵。
在“安全”方面，除了要消除或控制施工阶段的各种地质灾害外，主要是针对今后运营阶段可能发生的地震、洪水、滑坡、泥石流、强风等灾害，明确所设计桥梁的设防要求和技术措施，提高桥梁抵御自然灾害的能力。
在“适用”方面，除满足运输功能要求外，考虑到跨谷桥的施工条件较为艰难（施工便道坡陡弯急，大件设备和机具运输困难；施工场地狭小，制造架设条件受限；桥隧交替相连，施工干扰较大等），桥型选择及具体构造须与施工条件、施工方法和施工工艺密切配合，同时也要考虑今后养护维修的便利。
在“经济”方面，是指在安全、耐久的前提下，基于全寿命设计方法，确定合理的造价及工期；在有条件的地方，尽可能采用节段或结构的标准化、预制化。
在“美观”方面，条件允许时，可借助桥型、线条、色彩等来体现桥梁与山区自然环境和特殊人文景观的协调。
在“耐久”方面，要充分考虑山区桥梁长期养护维修的难度，选用适用可靠的材料和构造。对混凝土结构的开裂、钢结构的疲劳等，要尤为注意。
在“环保”方面，应尽量减少桥梁施工对自然环境的破坏，尽量减少地表扰动、弃石弃土、植被压埋和径流阻隔等对生态环境的不利影响。
结束语
近10多年来，我国在中西部山区建造了许多跨谷桥，发展速度十分迅猛。2016年合龙的杭瑞高速公路尼珠河大桥（见图11），在云贵边界跨越尼珠河大峡谷。这桥以565m的桥面高度，成为世界第一高桥；以720m的主跨，成为世界上跨度最大的钢桁梁斜拉桥。可以预见，随着国家公路网与铁路网在西部地区的进一步延伸和扩张，我国还需要修建更多的跨谷桥。
图11 杭瑞高速公路尼珠河大桥
跨谷桥是山区桥梁的关键组成部分，具有“两高一大”的显著特征。跨谷桥的设计与施工，需紧密结合山区桥址处的地形、地貌、地质、水文、气候、植被等自然环境以及人文环境特点，按照结构安全、功能适用、投资经济、造型美观、构造耐久、建造环保的基本原则进行。
主要参考文献：李亚东．“跨谷桥”．见：万明坤等编：桥梁漫笔（第二版）[M]．北京：中国铁道出版社，2015
