寧宣杭高速公路寧國至千秋關(guān)段橋涵設(shè)計(jì)

王祖珍 張 鯤

寧宣杭高速公路寧國—千秋關(guān)段，起點(diǎn)接寧宣杭高速公路宣城至寧國段與揚(yáng)績高速公路寧國至績溪段交叉的寧國樞紐互通，終點(diǎn)位于皖浙交界的千秋關(guān)，順接規(guī)劃中的南京至金華高速公路浙江段，全長40.202 km。

本項(xiàng)目地形復(fù)雜，主要表現(xiàn)為地面高差大，變化頻繁，橫坡陡;地質(zhì)復(fù)雜表現(xiàn)為巖溶、滑坡、不穩(wěn)定斜坡、崩塌等不良地質(zhì)。受此影響，路線布設(shè)時(shí)平縱橫三個(gè)方面都受到約束，平曲線多，半徑小，縱坡大，橫坡陡，彎坡橋多，高墩較多，橋梁布孔結(jié)合橋梁所處地區(qū)的環(huán)境布置，結(jié)合路基填土高度及地形、地質(zhì)條件確定橋長，一般按橋臺填土高度6.5 m～8.0 m控制;在軟土地基上應(yīng)考慮路基沉降及穩(wěn)定性等因素，可適當(dāng)增加橋孔長度，降低填土高度。當(dāng)為斜橋、彎橋時(shí)還考慮行車視線要求;考慮在橋?qū)捈捌履_范圍內(nèi)地形變化對布孔及基礎(chǔ)的影響;對于跨越河道或溝渠的橋梁主孔布置在河道的主槽，河道中橋跨布置及墩柱布設(shè)情況也征求河道管理部門的同意。設(shè)計(jì)時(shí)需解決好橋梁各細(xì)部構(gòu)造與地形地質(zhì)以及與路基之間的關(guān)系。

1 橋梁與高填土路基

本項(xiàng)目跨多數(shù)山谷橋梁不受水文控制而只受地形控制，一般而言，對于路基填土高度大于20 m時(shí)，采用橋梁跨越。但對于部分地質(zhì)情況較好的路段，雖然路基填土高度大于20 m，但由于V形山谷收斂較快，且與隧道相連或挖方較大，為消化挖方棄渣，減少運(yùn)距，節(jié)約總體造價(jià)，綜合考慮采用路基方式。

2 半幅路基與半幅橋梁

本項(xiàng)目在K27+300附近左幅跨東津河，右幅傍山，且右幅地形橫坡陡，挖方最小為15 m，故綜合考慮在左幅設(shè)置橋梁跨越，右幅設(shè)置路基，并在中分帶處設(shè)置擋墻，以防右幅路基侵占東津河河道。此外，路線在K34+400處上跨清水塢水庫的防洪通道，該防洪通道兩側(cè)地面橫向高差較大，尤其右幅達(dá)十幾米，故為了縮短橋梁規(guī)模，降低工程造價(jià)，將左線設(shè)置路基和擋墻，右線采用橋梁跨越，同時(shí)將防洪通道改至路線右側(cè)。

3 主線橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目作為山區(qū)高速公路，無通航河流，故橋孔布設(shè)都是常規(guī)的中小跨徑橋梁，設(shè)計(jì)時(shí)采用了施工方便、造價(jià)經(jīng)濟(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、裝配式結(jié)構(gòu)。對于20 m以下跨徑橋梁(包括對于20 m跨徑橋梁)采用預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁;25 m，30 m跨徑采用預(yù)應(yīng)力混凝土先簡支后連續(xù)組合箱梁;對于填土高度在40 m～50 m的中間塢高架橋，由于地處兩隧道之間，大型機(jī)具進(jìn)入困難，架設(shè)設(shè)備要求較高，故選用吊裝重量相對較輕的40 m預(yù)應(yīng)力混凝土先簡支后連續(xù)T梁;其余互通變寬橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁。

4 跨越S104的特殊橋墩設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目在K23+000獅橋上跨S104，橋位處位于城鎮(zhèn)段，人口密集，交通量大，S104與路線交角很小，為14°，且路線左側(cè)為欠穩(wěn)定高邊坡，見圖1。受路線大樁號側(cè)老橋控制，S104很難改線，且地方公路管理部門和當(dāng)?shù)鼐用褚膊煌釹104改線，故設(shè)計(jì)時(shí)采取了橋梁跨越。根據(jù)公路管理部門要求的S104建筑寬度17 m控制，橋墩布置盡量避開路線左側(cè)的欠穩(wěn)定高邊坡，橋梁若采用一跨布置，則至少需要80 m跨徑錯(cuò)孔布置，即采用現(xiàn)澆連續(xù)結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重影響橋下交通和S104的通透性，造價(jià)也增加很多。綜合比較后，采用造價(jià)低廉、施工方便的40 m預(yù)應(yīng)力混凝土先簡支后連續(xù)T梁，并采用門架墩以跨越S104。

圖1 省道S104

門架墩的位置盡量避開K23+030～K23+120左側(cè)的欠穩(wěn)定高邊坡，外形設(shè)計(jì)以橋墩承臺不侵占路基邊溝為原則，兼顧受力、功能和美觀的要求，采用V形墩和Y形墩，見圖2。

圖2 V形墩和Y形墩斷面圖

V形墩的采用，既解決了門架墩的通透和通視性差的缺點(diǎn)，又減少了橋墩蓋梁長度和橋墩的偏心受壓現(xiàn)象，并使得橋墩蓋梁受力更加合理;Y形墩的采用有效地減少了蓋梁頂?shù)呢?fù)彎矩和配筋。

5 上跨橋設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目為交通部典型示范工程，上跨橋設(shè)計(jì)時(shí)，已充分考慮典型示范工程的要點(diǎn)，在外形設(shè)計(jì)和橋型選擇方面選擇了結(jié)構(gòu)輕盈、外形美觀的橋梁，并與當(dāng)?shù)氐匦蜗嗳诤?，達(dá)到與自然的和諧統(tǒng)一，如拱橋、鋼箱梁和連續(xù)梁。作為高速公路的亮點(diǎn)和窗口之一，上跨橋設(shè)計(jì)在部分細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)進(jìn)行了創(chuàng)新，如K34+744車行天橋位于填方段，橋型選擇有連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)、無梁板等。該段主線路基為分離式，兩分離式路基之間間距為25 m，若采用兩跨，則至少采用30 m跨徑，且橋墩較矮，容易造成“門洞效應(yīng)”;若采用常規(guī)的4-20 m，橋梁雖然通透，但較為呆板，整體美觀性均較差。故將常規(guī)的圓柱墩改為Y形墩，且墩梁固結(jié)，配以曲線，頓使橋梁凸顯簡潔、明快、大方，增加美學(xué)效果。

6 橋位處巖溶設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r分布較廣，部分段落巖溶發(fā)育，巖溶主要分布于 K11+440～K12+245，K14+300～K14+485，K21+040 ～ K21+220，K22+005 ～ K22+756，K23+615 ～K23+762，K25+830～K26+000，K28+965～K29+335段，主要由寒武系地層組成，上覆第四系松散層薄。為了盡量減少巖溶對路基的影響，本項(xiàng)目多數(shù)地段采用了橋梁、涵洞跨越。

本項(xiàng)目橋位處巖溶的處理方法一般采用開挖回填、鉆孔注漿、樁基穿透等措施。具體為:

1)對于部分埋置較淺、頂板較薄，并已停止發(fā)育的干溶洞，為防止路基和構(gòu)造物下沉或不均勻沉降，先采用人工或機(jī)械方式揭除溶洞頂板，清除溶洞內(nèi)填充物，再采用漿砌片石進(jìn)行回填;

2)對于部分溶洞埋置較深，且溶洞頂板巖層厚度及強(qiáng)度不能滿足荷載要求時(shí)，采用鉆孔方式向洞內(nèi)灌注水泥砂漿、混凝土等，以提高洞內(nèi)填充物的承載力。該處理方式適用于溶洞規(guī)模不大，一般為充填或半充填的干溶洞;

3)對于橋梁樁基無法避開溶洞群時(shí)，為保證樁基具備足夠承載力，對溶洞采取穿透處理，將樁底嵌入具有足夠厚度與強(qiáng)度的完整基巖層，如K26+800陽塢大橋。同時(shí)對于充填性溶洞和規(guī)模不大的半充填性溶洞，樁基要求采用泥漿護(hù)壁成孔;對于規(guī)模較大，且為非充填形溶洞或地下暗河，樁基要求采用鋼護(hù)筒成孔。

巖溶處理方法得當(dāng)與否，主要依賴于地質(zhì)勘察的詳實(shí)和準(zhǔn)確，故對巖溶發(fā)育區(qū)的構(gòu)造物，特別是大中型構(gòu)造物，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘探，查明基巖巖性、基巖面起伏情況及巖溶發(fā)育規(guī)律。施工前還需進(jìn)行逐樁鉆探，以準(zhǔn)確查明溶洞空間大小、位置及平面分布，查明項(xiàng)目走廊帶范圍內(nèi)有關(guān)巖溶發(fā)育規(guī)律和各種巖溶的分布、形態(tài)、規(guī)模、巖溶水情況和巖層的工程性質(zhì)，以便為工程的穩(wěn)定性作出恰當(dāng)合理的評價(jià)和處治措施，進(jìn)而進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。

7 高填土路堤涵洞設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目作為山區(qū)高速公路，不可避免的會(huì)出現(xiàn)較多的高填土涵洞和通道，一般以箱涵和蓋板涵為主。高填土涵洞洞身主要承受的荷載是填土自重和土壓力，荷載效應(yīng)較小，填土的壓實(shí)度需做特殊要求，以保證填土形成土體自拱，減小涵臺的土壓力。當(dāng)橫向高差較大的地段，通道進(jìn)出口設(shè)置臺階，以利于人們出行;蓋板涵的橫向坡度較大時(shí)，做成階梯型;考慮山區(qū)水流和地形特點(diǎn)，對于橫向高差較大的涵洞，涵洞進(jìn)水口要設(shè)集水井，出水口要設(shè)急流槽、消力池等消能措施。

以上是本項(xiàng)目橋涵設(shè)計(jì)的一些內(nèi)容和思路，當(dāng)然橋涵設(shè)計(jì)遠(yuǎn)不止這些內(nèi)容，不同的項(xiàng)目特點(diǎn)也有不同設(shè)計(jì)方法和理念，本文僅根據(jù)本項(xiàng)目的特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，有不當(dāng)之處還請各位同仁指正。

[1]黃懌民.山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)[J].公路與汽運(yùn)，2009(3):37-38.

[2]陳 偉.巖溶山區(qū)高速公路橋梁樁基施工技術(shù)應(yīng)用探討[J].山西科技，2010(6):72-73.