山區(qū)橋梁承臺(tái)懸空防護(hù)設(shè)計(jì)的探討

曹建偉

(安徽宏泰交通工程設(shè)計(jì)研究院有限公司, 安徽 合肥　230088)

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山區(qū)橋梁承臺(tái)懸空防護(hù)設(shè)計(jì)的探討

曹建偉

(安徽宏泰交通工程設(shè)計(jì)研究院有限公司, 安徽 合肥230088)

摘要：山區(qū)特定的地形地質(zhì)條件，導(dǎo)致了山區(qū)橋梁不可避免地出現(xiàn)了斜陡坡上橋梁承臺(tái)懸空的情形，因此會(huì)對(duì)橋梁基礎(chǔ)安全帶來安全隱患且景觀效果也特別差。針對(duì)此類情形，該文提出了數(shù)種承臺(tái)懸空防護(hù)的處理方案，并對(duì)各個(gè)方案進(jìn)行了具體闡述，最后論文對(duì)其各防護(hù)方案的適用條件、施工便易性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了比較、分析，提出了防護(hù)方案選取的原則和方法，為類似工程提供了一定的經(jīng)驗(yàn)參考。

關(guān)鍵詞：山區(qū)橋梁；懸空；防護(hù)設(shè)計(jì)

0引言

我國是一個(gè)多山的國家，山區(qū)面積較大，約占全國國土總面積的70%。我國山區(qū)主要分布在東北、西北、西南和東南等地區(qū)[1-2]。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是在西部大開發(fā)戰(zhàn)略的推動(dòng)下，我國高速公路的建設(shè)中心也逐漸由東部往西部、平原往山區(qū)轉(zhuǎn)移[3]。由于山區(qū)高速公路的地形地質(zhì)復(fù)雜，經(jīng)常地面起伏非常大，故修建橋梁基礎(chǔ)時(shí)不可避免地需要在陡坡上修建承臺(tái)結(jié)構(gòu)?？紤]到施工方便及減少承臺(tái)、開挖導(dǎo)致的邊坡防護(hù)，設(shè)計(jì)、施工時(shí)常常將承臺(tái)抬高[4]，從而導(dǎo)致承臺(tái)下懸空，樁基外露，一些特別陡的地形條件下外露基樁長度>10 m，承臺(tái)懸空如圖1所示。

圖1　承臺(tái)懸空示意圖

為確保橋梁基礎(chǔ)的安全，滿足生態(tài)設(shè)計(jì)的需求，需要針對(duì)此類情形進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)[5]，論文對(duì)承臺(tái)懸空防護(hù)進(jìn)行了研究，根據(jù)不同的地質(zhì)、地形條件提出了幾種比較合適可行承臺(tái)懸空防護(hù)方案，并對(duì)各個(gè)防護(hù)適用的情況進(jìn)行了歸納，最后對(duì)幾個(gè)方案進(jìn)行了比較分析。

1防護(hù)方案

1.1擋墻+回填碎石土方案

方案1：在承臺(tái)懸空側(cè)下方修建仰斜式擋墻(或其他型式的能在斜坡上穩(wěn)定的擋墻)圍住承臺(tái)懸空的所有區(qū)域，并在懸空區(qū)域內(nèi)回填壓實(shí)的碎石土或漿砌片石等材料[1,6]，并以回填的材料頂面作為承臺(tái)的施工工作面。既方便承臺(tái)施工，也對(duì)承臺(tái)下外露的樁基進(jìn)行了防護(hù)，保證內(nèi)外樁基剛度一致，也使承臺(tái)受力合理，方案詳見圖2所示。

圖2　擋墻土回填碎石土方案

1.2基樁外露+外露基樁增加防裂鋼筋網(wǎng)方案

方案2：該方案按基樁外露高度不同又分為兩種情形：基樁外露高度H<5 m時(shí)，基樁直徑內(nèi)外側(cè)相同；H≥5 m時(shí)，內(nèi)外側(cè)基樁的剛度差值比較大，需要調(diào)整內(nèi)外側(cè)基樁的尺寸：外露的基樁直徑比內(nèi)側(cè)的基樁直徑一般需要提高一個(gè)級(jí)別，如內(nèi)側(cè)基樁直徑為1.8 m，外側(cè)基樁直徑取為2.0 m。雖然調(diào)整了內(nèi)外側(cè)基樁的尺寸，但是很難保證內(nèi)外側(cè)基樁剛度一致，故仍存在受力不均勻的隱患[7]。

具體防護(hù)為：基樁外露高度H<2 m時(shí)，按常規(guī)經(jīng)驗(yàn)，不做防護(hù)處理，基樁直接外露；基樁外露高度H>2 m時(shí)，在基樁出露部分混凝土內(nèi)設(shè)置凈2 cm保護(hù)層厚度的D6鋼筋網(wǎng)，防止由于基樁保護(hù)層過厚，導(dǎo)致外露基樁混凝土開裂；并在所有暴露在空氣中的基樁混凝土外側(cè)涂防腐劑。

1.3注漿鋼花管+擋墻+回填漿砌片石方案

方案3：在承臺(tái)懸空側(cè)下方修建混凝土擋墻圍住懸空區(qū)域，擋墻基礎(chǔ)設(shè)置Φ80×4注漿鋼花管處理(鋼花管處理深度根據(jù)地質(zhì)條件確定，一般需打入巖層內(nèi)，鋼花管間距100 cm×100 cm，梅花形布置)提高地基承載力和擋墻抗滑能力[1,8]?？紤]到減少回填材料對(duì)擋墻的側(cè)向土壓力[9]，在擋墻圍起來的懸空區(qū)域內(nèi)回填漿砌片石，回填的平臺(tái)作為承臺(tái)施工工作面，本方案屬于方案1的另一種型式；其具體方案示意詳見圖3所示。

圖3　注漿鋼花管+擋墻+回填漿砌片石方案

1.4片石混凝土回填方案

方案4：對(duì)承臺(tái)下山體覆蓋層較薄的情形，可將承臺(tái)空部分的地面挖成臺(tái)階狀，臺(tái)階高一般可按3 m控制，臺(tái)階寬度可在3～5 m左右，然后在臺(tái)階上填片石混凝土至承臺(tái)底標(biāo)高，回填物最大高度控制在10 m左右，并以回填的片石混凝土作為承臺(tái)施工平臺(tái)。

2防護(hù)方案適用條件及比較

2.1各方案適用的條件

方案1采用擋墻+回填碎石土，其主要適用于原狀邊坡坡度<30°、山體覆蓋層厚度較薄的地形，且地質(zhì)條件較好的地段；當(dāng)坡度>30°時(shí)，擋墻的基礎(chǔ)埋設(shè)困難較大，擋墻基礎(chǔ)不經(jīng)特殊處理很難滿足承載力、穩(wěn)定性等方面的要求；故一般坡度很大一般不推薦采用該方案，此外由于擋墻基礎(chǔ)需要一定承載力，如覆蓋層較厚，或地基承載力<300 kPa時(shí)本方案也不適用。

方案2采用基樁外露+外露基樁增加防裂鋼筋網(wǎng)，其適用于各種地形，尤其在懸崖等極陡地形條件中無法采用其他防護(hù)措施時(shí)；但是考慮到保護(hù)外露基樁不受人為、沖刷、滾石、落石破壞，在人較容易接觸、河道附近、沖溝溝谷內(nèi)以及可能受到滾石、落石影響的地形條件下本方案不適用。

方案3采用注漿鋼花管+擋墻+回填漿砌片石，其是方案1的優(yōu)化方案，本方案主要適用于因地質(zhì)、地形條件的限制，方案1不能適用的情形，如：坡度在30°～60°之間的邊坡、覆蓋層厚度較厚(厚度不超過10 m的情況)、地基承載力較小的情形?？紤]到鋼花管的施工處理深度以及施工需要的工作面，對(duì)于邊坡坡度>60°、覆蓋層厚度>10 m的地形、地質(zhì)條件，本方案不適用。

方案4采用片石混凝土回填，適用于各種地形，尤其在邊坡較陡但基巖出露的地形、地質(zhì)條件更為適用；由于其對(duì)地基承載力有一定要求，一般如開挖臺(tái)階后，地基承載力<400 kPa，慎用本方案。

2.2方案比較

根據(jù)各方案的適用情況、施工便易性、經(jīng)濟(jì)性，各方案特性比較詳見表1所示。

表1　各方案特性比較表

從表1可以看出，雖然方案2基樁外露+外露基樁增加防裂鋼筋網(wǎng)方案施工方便也最為省錢，但是其存在安全隱患、景觀效果差，同時(shí)對(duì)下部結(jié)構(gòu)受力有較大的不利影響[10]，故建議在一般情況下不應(yīng)優(yōu)先考慮該方案，其可作為在無可選擇其他方案時(shí)選取該方案。

對(duì)于其余三個(gè)方案，應(yīng)根據(jù)地形地質(zhì)條件依次選擇擋墻+回填碎石土方案、片石混凝土回填方案、注漿鋼花管+擋墻+回填漿砌片石方案。在某些特殊的情況條件下，如天然邊坡坡度>70°，覆蓋層較厚，且地基承載力不大于400 kPa的地形地質(zhì)條件下，采用擋墻+回填碎石土方案、片石混凝土回填方案、注漿鋼花管+擋墻+回填漿砌片石方案均無法實(shí)施時(shí)，可采用基樁外露+外露基樁增加防裂鋼筋網(wǎng)方案進(jìn)行防護(hù)，但應(yīng)確保外露的基樁不受沖刷、落石、滾石的影響[11]；如存在沖刷、落石、滾石影響應(yīng)做好相應(yīng)的防護(hù)措施，如在承臺(tái)上方設(shè)置攔擋構(gòu)造物將可能存在的落石、滾石隔離于橋梁的承臺(tái)及基樁，確保承臺(tái)、基樁安全；對(duì)于可能存在的沖刷，可通過在河流邊緣靠樁附近修建防沖刷措施或?qū)⒑拥栏囊瞥龌鶚斗秶庖员ＷC外露樁基的安全。

3施工注意事項(xiàng)

除基樁外露+外露基樁增加防裂鋼筋網(wǎng)方案基本不需要對(duì)原狀山體進(jìn)行開挖外，其余防護(hù)方案均需對(duì)邊坡進(jìn)行開挖施工；由于該類防護(hù)一般均在較陡的邊坡上，開挖施工可能導(dǎo)致原狀邊坡失穩(wěn)，從而不但導(dǎo)致防護(hù)工程無法開展，而且會(huì)由于邊坡的滑移剪切基樁，從而影響基樁的安全穩(wěn)定。故在進(jìn)行防護(hù)施工時(shí)應(yīng)小心開挖，避免在雨季開挖施工面。此外施工時(shí)，注意對(duì)開挖面觀測(cè)，防止防護(hù)開挖施工導(dǎo)致邊坡坍塌影響橋梁基樁或承臺(tái)的安全性。對(duì)于可能存在坍塌風(fēng)險(xiǎn)的開挖面應(yīng)做好臨時(shí)防護(hù)措施，確保填料回填前邊坡的穩(wěn)定；對(duì)于開挖的施工面應(yīng)按設(shè)計(jì)要求及時(shí)回填到位，減少因開挖造成的臨空面長時(shí)間存在而導(dǎo)致的邊坡坍塌風(fēng)險(xiǎn)。

防護(hù)措施為附屬設(shè)施，故建議在樁基成孔、澆注混凝土并接長至設(shè)計(jì)承臺(tái)底標(biāo)高且混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，再進(jìn)行防護(hù)施工。

對(duì)于擋墻+回填碎石土方案、注漿鋼花管+擋墻+回填漿砌片石方案，施工時(shí)應(yīng)對(duì)回填物分層壓實(shí)或填筑，夯實(shí)應(yīng)采用小型機(jī)械或人工夯實(shí)，盡司能不采用大型機(jī)械壓實(shí)，并確?；靥钗锩軐?shí)；樁間填料回填時(shí)應(yīng)對(duì)稱回填，不可因?yàn)槭┕し奖銌蜗蚧靥疃鴮?dǎo)致回填物測(cè)壓樁基，對(duì)樁基造成不利影響；回填填料時(shí)應(yīng)密切觀測(cè)外圍擋墻的受力，并觀測(cè)攔墻是否存在位移，如擋墻發(fā)生側(cè)向滑動(dòng)應(yīng)立即停止施工，并對(duì)擋墻基礎(chǔ)加固處理后再做回填施工。

基樁外露+外露基樁增加防裂鋼筋網(wǎng)方案施工時(shí)應(yīng)確保保護(hù)層厚度滿足設(shè)計(jì)要求，且增加的防裂鋼筋網(wǎng)應(yīng)伸入實(shí)際地面線以下至少50 cm，防止交界面保護(hù)層厚度不夠而導(dǎo)致混凝土開裂。

4結(jié)束語

本文針對(duì)山區(qū)特定的地形地質(zhì)條件，導(dǎo)致的山區(qū)橋梁出現(xiàn)的斜陡坡上橋梁承臺(tái)懸空的情況，提出了數(shù)種承臺(tái)懸空防護(hù)處理方案，對(duì)各個(gè)方案進(jìn)行了具體闡述，并對(duì)其適用條件、施工便易性以及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了比較、分析，并據(jù)此分析了方案選擇的原則，最后對(duì)防護(hù)施工中應(yīng)注意的事項(xiàng)進(jìn)行了說明，對(duì)同類項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工具有一定的指導(dǎo)意義。

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收稿日期：2016-02-23

作者簡介：曹建偉(1966-)，男，安徽黃山人，安徽宏泰交通工程設(shè)計(jì)研究院有限公司高級(jí)工程師．

中圖分類號(hào)：U419

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5781(2016)01-0077-03