螺旋橋在山區(qū)低等級公路中的運用

李存俐，李涌泉，李雷雨

（四川省林業(yè)和草原調(diào)查規(guī)劃院，四川 成都 610081）

1 概述

在道路設(shè)計中因受地形條件限制，為了克服高差而采用螺旋上升的橋梁把上下線連接起來，這種橋梁稱為螺旋橋。常用于城市道路立交橋匝道和山區(qū)高速公路,例如上海南浦大橋橋頭螺旋立交和四川省雅西高速干海子特大橋，由于螺旋橋造價高，且修建十分考驗設(shè)計師的水平和施工團(tuán)隊的能力，因此很少在低等級公路中采用。

山區(qū)公路地形地質(zhì)較為復(fù)雜，受公路路線平面和縱面技術(shù)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)限制，高填深挖路基較多［1］，高海拔越嶺公路更多。為了克服高差，傳統(tǒng)方案一般需要做展線設(shè)計，但很多時候受到地形地質(zhì)條件影響，局部地段線路平縱指標(biāo)難以達(dá)到規(guī)范要求。為了達(dá)到規(guī)范要求，往往需要采用大量預(yù)應(yīng)力錨索（桿）、抗滑樁或抗滑擋墻、樁基托梁擋墻等加固工程。其后果勢必會對山體造成擾動，增大引發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害的概率。因此，這種情況下可以考慮引入螺旋橋方案，盡量減少改變周圍的地貌、地形、天然森林等景觀，使公路與自然融為一體，最大限度地保護(hù)環(huán)境［2］。通過與傳統(tǒng)設(shè)計方案作比較，綜合考慮選擇合適的路線方案。

2 設(shè)計背景簡介

省道S434 線榆林宮—磨西公路改建工程（以下簡稱榆磨公路）改建工程起點位于國道G318 線甘孜州州府所在地康定城南7 km 的環(huán)島平交路口，途經(jīng)榆林新城區(qū)、沿康定河左岸上行至老榆林，經(jīng)蟲草基地，翻越雅家埂后，經(jīng)爛河壩、新興鄉(xiāng)、止于磨西鎮(zhèn)，與貓子坪—磨西公路止點相接，路線全長約74.1km。榆磨公路改建前原有公路全長79.23 km，其中K0+000～K76+042 段于2003 年按照通縣油路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，全線多處回頭，坡陡彎急，部分地段視距不良，平、縱指標(biāo)較低。全線已成涵洞和邊溝淤塞嚴(yán)重，排水不暢，擋土墻損毀嚴(yán)重。全線路塹邊坡高陡，缺乏邊坡防護(hù)處治，坍塌和坡面落石常阻斷交通。缺乏必要的交通工程設(shè)施，不能有效保證行駛安全?？傊纺嗍?、滑坡、坍塌等不良地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，路基穩(wěn)定性差，抗災(zāi)能力脆弱，并不同程度地存在中斷交通的情況，交通服務(wù)水平低下，不能較好適應(yīng)新形勢下經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需要。因此，對此路進(jìn)行改建勢在必行。本次改建采用三級公路標(biāo)準(zhǔn)。

3 公路沿線自然地理條件

路線所經(jīng)地區(qū)屬盆緣山地地貌，處于康藏高原與四川盆地交接帶上，總的地勢西南高而東北低，以海拔2 000～4 000 m，高差1 000～1 500 m 的中山為主。海拔5 000 m 以上山地終年積雪，冰川發(fā)育。路線由北向南而行，中間翻越折多山東段山脈雅家埂，高程3 981.5 m，路線相對高差達(dá)1 200 m 以上。以大渡河為線路片區(qū)干流。康定河、磨西河伴隨路線而行。群山之中次級支流更是密布成網(wǎng)，將路線區(qū)域強(qiáng)烈切割，造成地形十分險峻。路線往南高山地帶森林茂密，灌木荊棘叢生，氣候惡劣。路線所經(jīng)過的地區(qū)地質(zhì)、地形復(fù)雜，山高谷深，巖層節(jié)理裂隙發(fā)育，風(fēng)化破碎，剝落嚴(yán)重，松散的堆積物、巖堆、沖溝大量存在。廣泛分布于溝谷斜坡和山麓坡腳的松散坡、殘積層、冰水堆積層結(jié)構(gòu)松散，具架空結(jié)構(gòu)，常形成滑坡和邊坡崩塌，是本公路的主要病害之一。線路區(qū)位于目前仍然強(qiáng)烈抬升的青藏高原東部，地震活動頻繁，強(qiáng)度大，為我國著名的地震活動帶。瀘定、康定歷史上都發(fā)生過7.0 級以上地震。根據(jù)中國地震烈度圖劃分，該區(qū)地震烈度為Ⅷ，地震動峰值加速為0.30 g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.4 s［3］。線路區(qū)屬高原高寒氣候，其主要特點是冷季漫長嚴(yán)寒，暖季短暫溫涼，長冬無夏，春秋相連，熱量水平低，日照充足。主要水系之河谷地帶氣候較好，霜凍期較短，其余地區(qū)氣溫低，空氣稀薄，風(fēng)云多變，霜凍期長。每年4～10 月氣候比較暖和，平均氣溫在5 ℃，最高可達(dá)26 ℃，6～9 月為多雨季節(jié)，11 月至次年3 月為雪霜期，平均氣溫在5 ℃以下，最低可達(dá)零下15 ℃。年降水量在700～800 mm，年最大降雨量1 207 mm，年最小降雨量700 mm。降雨集中在6～9 月，占全年降雨量的85%。夏秋季節(jié)多泥石流、滑坡、水毀、塌方；冬春季節(jié)積雪等病害嚴(yán)重。線路區(qū)凍土類型為季節(jié)性凍土，凍結(jié)深度為0.5～0.6 m。在路線康定端3 800 m以上和磨西端3 690 m 以上路段長期被冰雪封蓋。

4 設(shè)計方案比選

本工程沿線自然風(fēng)景秀麗，藏彝民俗文化極具特色。但因地處高寒、高海拔地區(qū)，生態(tài)環(huán)境十分脆弱。設(shè)計時盡量避免大范圍改移路線、大填大挖，避免誘發(fā)新的地質(zhì)和路基病害，避免破壞山體的穩(wěn)定和自然風(fēng)貌。路線K54+413.58～K57+761.27 段兩側(cè)自然橫坡高陡，由于原路為四級公路標(biāo)準(zhǔn)，脫線新建不可避免，尤其回頭曲線路段，原回頭曲線半徑均達(dá)不到20 m 的三級公路的最小回頭曲線半徑要求，都需要脫線新建；其次由于原路基寬度為6.5 m左右，即使利用一側(cè)也需要加寬1 m 的路基，考慮縱坡的要求，加寬路基將超過1 m，土石方工程量、外擋及橋涵的工程量都較大，為本次改建的重點段落。尤其接搶險工程大木桿溝大橋的最后一個回頭曲線，回頭半徑不到10 m，上線坡高30 m 以上，下線外邊坡地面橫坡陡于45°。為了與“安全、舒適、環(huán)?！钡母慕ㄔO(shè)計理念相符合，適度把握指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，做到經(jīng)濟(jì)、適用、通暢、環(huán)保，經(jīng)各專業(yè)技術(shù)人員現(xiàn)場核查，初步擬定了2 個方案。

方案一是采用螺旋橋方案。橋跨14 跨，總長308 m，平曲線半徑35 m，由于曲線半徑小，在低等級公路中鮮有所見，受力體系復(fù)雜，設(shè)計難度大，在滿足路線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的同時，完美地適應(yīng)了地形，避免了高填深挖和植被破壞，很好地保護(hù)了環(huán)境。其優(yōu)美輕盈的外形，構(gòu)思巧妙，立體感強(qiáng)，給游客帶來美好觀感的同時，更留下了無限遐想的畫面。缺點是平面線形稍差，螺旋橋的施工難度較大。

方案二是按三級公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對原路進(jìn)行改建，回頭路段脫線新建，平面線形較順暢，同時平縱組合比較得當(dāng)，建成后行車的舒適性較好。但該方案上線深挖，采用框架梁錨桿加固，下線高填，采用樁基托梁擋墻防護(hù)。深挖路基對邊坡尤其上部邊坡擾動大，容易形成次生的地質(zhì)災(zāi)害，對行車安全和道路的暢通影響較大?；仡^處土質(zhì)松散，按照自然穩(wěn)定坡比放坡，將挖除上線，必須采取支擋防護(hù)工程措施，控制坡口開挖線，即使按照1∶0.5 的框架梁（此處為松散土質(zhì)，不適合采用噴錨防護(hù)），也會使邊坡高陡，工程防護(hù)量巨大，投資巨大。高邊坡開挖及半坡支護(hù)施工過程極易造成松散的土體隨時坍塌，危及施工人員安全，施工困難。對邊坡的破壞也是比較大的，極易導(dǎo)致邊坡表面滑移或局部失穩(wěn)，給該路段長久、安全、有效地運行埋下事故隱患。同時區(qū)域生態(tài)脆弱，植被恢復(fù)困難，深挖路塹必定會破壞多年成長的草皮和灌木，想要恢復(fù)原來面貌，發(fā)揮原來的生物防護(hù)作用困難重重，無論從環(huán)境保護(hù)角度，還是作為旅游公路要求的環(huán)境美化來說都是不利的。沿線棄方本已較大，深挖回頭路段必然加劇填挖嚴(yán)重不平衡的現(xiàn)實，棄方量將會再次大大增加，這就需要選取更多的棄土場所，占用更多的土地，砌筑更多的堆土場防護(hù)和排水工程，而且該區(qū)雨量較大，自然降雨加上坡面徑流的沖刷，致使深挖后植被難以恢復(fù)，短期內(nèi)不能綠化見效的棄土場可能造成更多新的水土流失。暴雨季節(jié)甚至引發(fā)泥石流災(zāi)害，對沿途村落居民、交通、莊稼和牲畜產(chǎn)生巨大的災(zāi)難，深挖的邊坡短期內(nèi)生物固結(jié)難見成效，容易發(fā)生坍塌失穩(wěn)，堆積或毀壞路基路面，導(dǎo)致交通斷道；高填路基除了增加大量的圬工砌體，還由于該區(qū)冬季積雪嚴(yán)重，伴有涎流冰等地質(zhì)災(zāi)害，夏季多雨霧天氣。為保證行車安全除設(shè)置警示標(biāo)志標(biāo)牌、采取減速震蕩標(biāo)線外還將增加安全性能較高的鋼筋混凝土防撞護(hù)欄，工程投資將為之大大增加?；仡^處有一部分路基以原有路基為依托，下線防護(hù)型式采用利于收縮坡腳占地較少的衡重式擋土墻，在施工過程中，衡重臺的砌筑將會把原有路基挖去部分，施工期間保障暢通困難，回頭處上下線距離較近，施工場地狹窄，填筑壓實不夠或者自然沉降趨于穩(wěn)定的過程中，都會引起路基沉陷，致使路面開裂，甚至結(jié)構(gòu)物或高填路基垮塌。道路中斷，對于雅家埂觀光旅游影響巨大。砌體所需要的建筑材料如果采用混凝土擋土墻會增加投資，如果采用漿砌或干砌片塊石擋土墻，料場的開采、便道的修筑不僅又會增加投資，破壞草皮或植被，對于環(huán)境保護(hù)來說也是不利的。

2 個方案的主要工程數(shù)量及投資，見表1。

表1 大木桿溝大橋連接線方案主要工程數(shù)量及投資比較表

該路對發(fā)展甘孜州旅游業(yè)至關(guān)重要，是雅家埂旅游的唯一道路，也是甘孜州“環(huán)貢嘎山兩小時旅游圈”規(guī)劃實施的保證。一旦交通斷道，保障暢通工作極其困難。經(jīng)過多方比較，從長遠(yuǎn)的安全考慮，最終施工圖采用螺旋橋方案，如圖1 所示，比較方案與推薦方案的對比圖。

圖1 路線方案比較圖

該工程于2018 年建成通車，至今運營良好，螺旋橋成了游客的打卡之地。

5 結(jié)束語

在該公路中采用螺旋橋路線方案，避免了高陡邊坡開挖帶來的地質(zhì)災(zāi)害問題，同時，為該路的景觀設(shè)計增加了一道亮麗的風(fēng)景。但是，螺旋橋路線方案投資大，平面線形稍差，設(shè)計和施工難度大。在實際運用中設(shè)計者應(yīng)根據(jù)道路的功能，參考地質(zhì)、路基、橋梁等專業(yè)人員的意見，綜合考慮多方面因素，慎重采用。