石漠化山區(qū)公路構(gòu)造物設(shè)計及實施研究

蒙政豪

(河池市公路管理處，廣西 河池 547000)

0 引言

石漠化是指在亞熱帶濕潤地區(qū)喀斯特極其發(fā)育的自然環(huán)境背景下，受人為活動干擾和破壞，形成侵蝕和基面裸露的荒漠化地表，廣西90%的土地屬于石漠化土地，其中80%的貧困人口居住在石漠化區(qū)。廣西的河池市及百色市是石漠化重點(diǎn)災(zāi)害地區(qū)，同時這兩市也是廣西深度貧困地區(qū)。隨著扶貧攻堅不斷深入，要致富先修路，近年來及今后有大量的農(nóng)村路網(wǎng)工程在該地區(qū)實施。本文結(jié)合河池市都安地蘇至大化雅龍縣際三級公路實施經(jīng)驗，介紹石漠化山區(qū)公路構(gòu)造物設(shè)計及實施方法。

1 石漠化基本特點(diǎn)

石漠化是一種荒漠化生態(tài)現(xiàn)象，根據(jù)其基巖的情況，分為6個級別和不同的評價，如下頁表1所示。在石漠化山區(qū)修建路橋時，在同一橋面下，相鄰橋墩的高度差不同，導(dǎo)致支承受力點(diǎn)產(chǎn)生偏心距。山區(qū)石漠化公路的另一個特點(diǎn)是平面曲線的半徑小而呈現(xiàn)大量彎面。由此，小半徑路面下設(shè)計排水是難題，且路面的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)極容易出現(xiàn)變形，不能很好把控其橫向穩(wěn)定性。此外，路橋過渡段由于受地形的影響，上部結(jié)構(gòu)會對下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生下沉力，在施工設(shè)計時，要對地基做支撐性的技術(shù)改善方案，因此對路涵進(jìn)出口的處理也是石漠化山區(qū)公路設(shè)計的重點(diǎn)。

表1 石漠化因素特征評價匯總分析表

2 石漠化山區(qū)公路構(gòu)造物設(shè)計

受石漠化山區(qū)水平和垂直截面的局限，其設(shè)置公路構(gòu)造物時應(yīng)有別于平原公路建設(shè)，例如，平面曲線R直徑設(shè)置，其涉及道路縱向坡度、地面的起伏和橫坡(changeful)等，這些因素很可能導(dǎo)致設(shè)計的偏差。

2.1 重視橋臺錐坡設(shè)計

從圖1分析可知，由于勘測橋臺錐形傾斜度不精確，其平、立面所示錐體傾斜設(shè)計的重要性經(jīng)常被忽略，致使橋臺圓錐形傾斜在高速公路使用初期發(fā)生崩潰現(xiàn)象屢見不鮮。究其原因，首先是設(shè)計橋臺錐體傾斜度沒有配備對應(yīng)的結(jié)構(gòu)圖施工圖，相應(yīng)的工程學(xué)數(shù)量測量點(diǎn)不到位，當(dāng)現(xiàn)場操作時出現(xiàn)隱患；其次是石漠化山路橋臺錐體傾斜的不確定性所致，并且錐體傾斜填裝的高度處于不平衡狀態(tài)，錐體傾斜填充材料沒有參照設(shè)計索引或者夯實。 所以，在橋梁的橋臺錐坡設(shè)計時，錐體傾斜設(shè)計應(yīng)給出對應(yīng)的錐體傾斜范圍和高度、維度和其他設(shè)計數(shù)據(jù)，確保工程學(xué)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、不遺漏。另外，在建造過程中，不能使用機(jī)械夯實之處，需作人工木夯；橋臺錐體傾斜和基礎(chǔ)的錐體必須通過設(shè)置對應(yīng)的標(biāo)簽汞修造。

橋臺錐坡其上部8.0 m高度范圍內(nèi)邊坡坡度采用1∶1.50，中間設(shè)置2.0 m寬平臺，8.0 m以下部分錐坡坡度采用 1∶1.75。錐坡填料采用現(xiàn)場素填土分層填筑，每層壓實厚度≤30 cm，錐坡坡面包括平臺，采用30 cm厚等截面M7.5 漿砌片石防護(hù)[1，2]。其平、立面示意圖見圖 1。

圖1 橋臺錐坡形式示意圖

2.2 注重橋梁整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性

由于公路橋梁軸線的高低變化，容易形成橋梁在相鄰橋墩高差出現(xiàn)差異，有部分的橋墩出現(xiàn)高差，上文已提到的又如圖1所示：典型的上部結(jié)構(gòu)連續(xù)橋墩和上層建筑整合。通過計算表明，當(dāng)橋墩高度>12 m時，橋墩梁的固結(jié)適于組合在一起。由于橋墩高度的增加，橋墩偏心壓桿的穩(wěn)定性越來越差，墩梁加固后，橋墩作為偏心壓桿的兩端受到抑制。

2.3 注重基礎(chǔ)安全性設(shè)計

公路橋梁柱墩作為基礎(chǔ)設(shè)置，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件良好時，可適當(dāng)設(shè)置擴(kuò)建地基。但針對石漠化山區(qū)地勢的不利因素，不能像平坡小墩基礎(chǔ)一樣處理。對于地面坡陡的(墩高差距大時)橋墩基礎(chǔ)設(shè)置擴(kuò)建，反而帶來更多的隱患。 首先，設(shè)置基坑不可避免地引起地質(zhì)的相互影響；其次，地表水將沖擊回填地基土，由此出現(xiàn)裸露現(xiàn)象；此外，構(gòu)造橋墩基礎(chǔ)的邊緣，雖然會擴(kuò)大地基截面積，但對防沖刷的基礎(chǔ)設(shè)置不利。當(dāng)橋墩高度差較大時，應(yīng)確保相同高度的橋墩截面尺寸一致，其余的增大截面尺寸，平衡墩剛度差大帶來的影響變形。

2.4 小型構(gòu)造物設(shè)計

石沙漠化山區(qū)高速公路陰溝和渠道等構(gòu)造物設(shè)計時，由于出入口處橫向傾斜坡度大，主要表現(xiàn)為排水困難，自然水流落差較大，并且存在出水渠道口高差等現(xiàn)象。因此，巖石沙漠化山區(qū)高速公路陰溝渠道作用應(yīng)作功能性的劃分：設(shè)置步踏或下水井作為排水構(gòu)造為宜；巖石陰溝基礎(chǔ)可以設(shè)置成臺階形式，渠道一般不設(shè)置臺階；陰溝出口必須加強(qiáng)硬底化處理，防止水浸蝕路基。

3 石漠化山區(qū)公路構(gòu)造物實施重點(diǎn)

由于石漠化山區(qū)公路存在一定的特殊性，要出于安全、經(jīng)濟(jì)、美觀、實用的原則進(jìn)行建設(shè)，同時考慮經(jīng)濟(jì)合理、堅固耐用、因地制宜、施工方便等因素，合理確定涵洞和孔徑的位置。施工方案必須科學(xué)、安全、可靠，保證施工結(jié)構(gòu)和施工人員、機(jī)械的安全。

3.1 邊坡與構(gòu)造物

石漠化山地公路沿線溪流存在地面陡峭的橫坡問題，形成高填方和深基坑開挖剖面。高填方深基坑段存在眾多不利因素，如深基坑邊坡穩(wěn)定性問題，通過多級邊坡開挖，原山體易受破壞，沒有有效的處理方法。采取固定相位測量方法是在減少或不開挖邊坡原則上，沿沙河橋橫過，在路基一側(cè)的外側(cè)向下設(shè)短擋土墻，或做新的路基設(shè)計標(biāo)高，設(shè)置約6 m矮擋土墻體結(jié)構(gòu)等。石漠化山區(qū)公路河沿線，應(yīng)盡量減少開挖和填土形式的組合結(jié)構(gòu)。

3.2 跨徑與墩高

石沙漠化山區(qū)公路，特別是高等級高速公路，為了達(dá)到縱向過渡平穩(wěn)，經(jīng)常作高積土堤防的平堤段施工。 而堤防高度越高，路基擊實越難，在這種情況下，不可避免地選擇跨越橋梁。 在橋梁跨越間距選擇時，選擇小間距跨，結(jié)構(gòu)施工便利，造價低，但下部墩柱的量大，成本一下子攀高，得不償失。如上所述，長間距墩結(jié)構(gòu)也存在不利因素。 研究證明，當(dāng)橋墩高較跨間距差最小時，工程投入成本最低，結(jié)構(gòu)最經(jīng)濟(jì)。 根據(jù)這項原則，總結(jié)得出墩高與跨徑關(guān)系(見表2)。

表2 墩高與跨徑關(guān)系表

3.3 凈空與上部構(gòu)造建筑高度

在平原公路上建構(gòu)造物時，其凈空和路基填土高度是矛盾的。 由于公路用途作用的需要，公路建設(shè)時的凈空有一定的要求，但路基填裝的高度需要大量土方，增加了造價。相反，若減少路基高度，橋梁長度將極大地減短，有利于節(jié)省成本。如何平衡凈空與路基高度，在施工現(xiàn)場需要作好決擇，即在滿足凈空要求時，下調(diào)路基的高度，盡量減少橋梁上部結(jié)構(gòu)的高度。 例如對于40 m跨徑的T形梁(預(yù)制零件高度達(dá)2.40 m)和prefabricated槽梁(預(yù)制高度為1.60 m)，比較發(fā)現(xiàn)在同樣凈空的情況下，槽形梁橋梁長度縮短60 m，路基積土數(shù)量較少，比較結(jié)果見表3。

表3 橋梁上部構(gòu)造建筑高度比較表

3.4 設(shè)計水位與路基高度

對公路形成水流沖擊多在山河橫跨河和沿路小河線。 因此有專家提出，下調(diào)設(shè)計水位的高度值，減少雨季的洪流落差沖擊，石漠化山區(qū)公路的重點(diǎn)集中于公路基礎(chǔ)上，適當(dāng)減少安全儲備是可行的。 所以，在十字架(沿)(小河)橋梁設(shè)計的河堤防，事先注意水文學(xué)數(shù)據(jù)的匯集，不但要了解最高水位，而且將收集水平面數(shù)據(jù)作多方法和公式的計算。 另一方面，在充分了解水位平面的情況下，作好跨接設(shè)計，適當(dāng)?shù)販p少安全水位高度值，以實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)。

3.5 構(gòu)造物布設(shè)

3.5.1 大中橋布設(shè)和調(diào)查

大中橋布設(shè)和調(diào)查的重點(diǎn)是橋臺和墩基礎(chǔ)。測繪程序與施工圖紙設(shè)置的原理測量要求U形橋臺側(cè)壁必須測量到地面以上的設(shè)計標(biāo)高，需要補(bǔ)充的是側(cè)壁和墻面接地的位置問題，由于石漠化山區(qū)公路一般采用U形橋臺，而側(cè)墻和前壁往往有抬升斜坡，基礎(chǔ)地線不再是路基邊緣線的水平投影；基礎(chǔ)地線延伸的目的是為了保證橋臺的基礎(chǔ)足夠深。為避免基礎(chǔ)的破壞及導(dǎo)致遭受水災(zāi)和澇漬，這方面的問題是施工要注意的地方。

3.5.2 小橋涵洞布設(shè)

石漠化山區(qū)公路小橋涵布設(shè)重點(diǎn)是孔徑問題，石山區(qū)為巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)，同時消水能力較強(qiáng)，按有關(guān)要求做好鋼筋蓋板涵即可。

3.5.3 分離式護(hù)欄

主要有波形鋼護(hù)欄和鋼筋混凝土護(hù)欄，按照有關(guān)公路等級相關(guān)規(guī)劃圖紙標(biāo)準(zhǔn)實施。在經(jīng)費(fèi)有限的情況下，不能對全部隱患路段設(shè)置安全護(hù)欄時，有波形鋼護(hù)欄和鋼筋混凝土護(hù)欄混合設(shè)置時，對鋼筋混土護(hù)欄設(shè)置更應(yīng)講究合理性和科學(xué)性，精細(xì)化實施管理：(1)下坡時，路線有左拐及右拐，在彎道路段應(yīng)設(shè)置鋼筋混凝土護(hù)欄；若右側(cè)為下邊坡時沿車行方向左拐務(wù)必將安全防護(hù)設(shè)置為鋼筋混凝土護(hù)欄；若左側(cè)為下邊坡時沿車行方向右拐務(wù)必將安全防護(hù)設(shè)置為鋼筋混凝土護(hù)欄。(2)若彎道外側(cè)有民房在下邊坡也要設(shè)置鋼筋混凝土護(hù)欄。

3.5.4 擋土墻調(diào)查及設(shè)計重點(diǎn)

石漠化山區(qū)公路擋土墻的出現(xiàn)是不可避免的。由于石漠化山區(qū)公路不同于高速公路，可以打隧道架高橋，因此出現(xiàn)了大量的路基擋土墻。但在施工圖設(shè)計中，大部分設(shè)計和現(xiàn)場地形有較大誤差。設(shè)計圖通常是通用圖而且斷面樁號20 m一個，而在石山區(qū)路段下邊坡實際地形可能隔2～3 m就大不一樣了，再加上施工圖平曲線設(shè)計方面在高邊坡石山區(qū)較難達(dá)到，在高邊坡石山區(qū)對于線路走向要敢于針對實際地形條件做出變更優(yōu)化。因此基本所有的擋土墻全部要重新現(xiàn)場設(shè)計。對一些彎道及平曲線有可能要精細(xì)修正，通常擋墻通用圖均不能套用，山區(qū)邊坡?lián)跬翂A(chǔ)通常要修改為臺階基礎(chǔ)，而且是一層碼一層，而不能像通用圖一樣開挖擴(kuò)大式的基礎(chǔ)，這不符合實際。應(yīng)通過現(xiàn)場地形逐個設(shè)計，應(yīng)用擋墻設(shè)計軟件計算分析，依實際情況改為石質(zhì)的計算。若擋墻基礎(chǔ)依墻高改為C15片石混凝土需要埋鋼筋，則按有關(guān)規(guī)范植入鋼筋。

4 結(jié)語

上述石漠化山區(qū)公路構(gòu)造物設(shè)計及實施應(yīng)用于都安、大化、環(huán)江下南鄉(xiāng)都屬石漠化重點(diǎn)災(zāi)害防治地區(qū)，如都安地蘇至大化雅龍三級公路改建工程、河池市國防公路建設(shè)項目，均已達(dá)到預(yù)期的效果，同時交通運(yùn)輸部充分肯定河池交通運(yùn)輸工作成績，下一步河池市、百色市路網(wǎng)工程將有大量的新改建三級石漠化山區(qū)公路。