土溪口庫區(qū)復(fù)建公路橋梁總體設(shè)計

黃偉，田萌，石少華

（核工業(yè)西南勘察設(shè)計研究院有限公司，成都 610052）

1 引言

大型水庫往往修建于江河之上，高山峽谷之間，具有防洪、供水、發(fā)電之功能，其建設(shè)會淹沒沿線道路，因此，既有道路復(fù)建工作為水庫建設(shè)的重要內(nèi)容之一[1]。庫區(qū)橋梁一般具備山區(qū)橋梁建設(shè)的典型特點，如山高、谷深、坡陡、彎急、地質(zhì)條件差、地震影響大、不良地質(zhì)類型多（包括滑坡、泥石流、巖溶）等，此外，還具有水位落差大、庫岸再造頻繁、通航及景觀需求高等特點[2]。橋梁設(shè)計需要統(tǒng)籌考慮，遵循“安全、適應(yīng)、耐久、環(huán)保、經(jīng)濟、美觀”的基本方針。

2 工程概況

土溪口水庫是一座正在實施的以防洪為主，兼顧發(fā)電等綜合利用功能的水庫。水庫蓄水后，省道S201 百寸沱至豬牙巴隧洞段將被淹沒，淹沒長度約為22.214 km，為保證原省道路網(wǎng)的使用功能，線位在原線位走廊高度上升0～135 m 進行布線，新建橋梁5 807.56 m/32 座，隧道8 631 m/10 座，橋隧合計14.438 km。

項目區(qū)位于四川盆地東北部大巴山及其南麓，山高谷深，地形起伏大，總體地勢北東高、南西低，山脈方向與構(gòu)造線方向基本一致。公路沿線緩坡、陡坡、陡崖、山脊、沖溝等微地貌形態(tài)均有發(fā)育，同時，溶隙、溶洞等巖溶地貌亦廣泛發(fā)育，公路沿線植被發(fā)育，橋梁不良地質(zhì)主要有不穩(wěn)定斜坡、礦渣松散堆積體等。工程區(qū)為Ⅱ類場地，對應(yīng)的地震動峰值加速度為0.05g，對應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度。項目穿過百里峽自然保護區(qū)試驗區(qū)，橋梁景觀要求較高。由于項目建設(shè)條件特別困難，后期改建難度大，結(jié)合未來的發(fā)展和建設(shè)難度，最終確定本項目采用二級公路，設(shè)計速度40 km/h，橋梁寬度9 m。

3 總體設(shè)計原則

3.1 橋梁總體設(shè)計原則

1）橋梁設(shè)計應(yīng)滿足安全、耐久、適用、環(huán)保、經(jīng)濟和美觀等原則。既要考慮到路線的順接和線形指標(biāo)，又要充分考慮水文、地質(zhì)、地形、材料來源、材料運輸、周圍環(huán)境等條件。

2）對路線走向、線形指標(biāo)有較大影響的特大橋、大橋，應(yīng)路、橋方案一起比選。大橋橋位在服從路線走向的前提下，作為路線的控制點，進行路橋綜合考慮。中小橋、涵洞位置服從路線布設(shè)要求[3]。

3）橋涵總體設(shè)計應(yīng)滿足河流、沖溝正常行洪要求。橋梁長度盡量不壓縮現(xiàn)有河床斷面，不改變現(xiàn)有河流特性。

4）跨越?jīng)_溝時，根據(jù)溝底縱坡、填土高度及工程地質(zhì)等綜合分析，當(dāng)填土高度太大、溝底地質(zhì)條件較差、由于溝底縱坡較大、路基邊坡放坡占地較大或設(shè)置擋墻有困難時采用橋梁跨越。

5）橋型結(jié)構(gòu)盡可能標(biāo)準(zhǔn)化，以方便施工、縮短工期。橋梁方案的選擇應(yīng)充分考慮施工現(xiàn)場、施工工藝及工期，避免設(shè)計與施工脫節(jié)。

6）設(shè)置橋梁時，墩臺應(yīng)考慮躲避溶洞，充分考慮庫岸再造影響，必要時應(yīng)對水位變動區(qū)設(shè)置墩臺的陡坡進行支護。

7）由于庫區(qū)蓄水淹沒的人行索橋，橋梁方案應(yīng)考慮當(dāng)?shù)匚幕兀瑸閹靺^(qū)旅游開發(fā)增添特色。

3.2 橋梁上部設(shè)計原則

橋梁上部結(jié)構(gòu)主要采用中小跨徑的裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，小半徑處預(yù)制梁無法實現(xiàn)時，采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。當(dāng)墩高超過70 m，宜采用大跨度連續(xù)剛構(gòu)方案[4]。

3.3 橋梁下部設(shè)計原則

橋墩根據(jù)不同墩高采用柱式墩或矩形墩，樁基礎(chǔ)。預(yù)制梁一般優(yōu)先采用圓柱墩，當(dāng)墩高超過35 m 時，采用矩形墩。橋臺一般采用U 形臺，擴大基礎(chǔ)。橋臺后填土高度根據(jù)不同的地基土情況一般控制在6～10 m。

4 上下部結(jié)構(gòu)選型

4.1 上部梁型選擇

根據(jù)橋址處的地形特點，結(jié)合施工階段的實際吊裝能力、施工預(yù)制場地、運輸條件、經(jīng)濟性和地區(qū)經(jīng)驗等因素綜合考慮，常規(guī)跨橋梁采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力（后張）先簡支后橋面連續(xù)T梁。根據(jù)不同墩高范圍，選擇采用25 m、30 m、40 mT 梁；橋梁標(biāo)準(zhǔn)寬9 m，4 片梁，預(yù)制中梁寬1.7 m，預(yù)制邊梁寬1.9 m，濕接縫寬0.6 m。上部結(jié)構(gòu)配跨根據(jù)現(xiàn)場實際地形，在不減少過水?dāng)嗝娴那闆r下，避免溝底設(shè)墩，盡量使最高墩等高，結(jié)構(gòu)受力趨于合理。在部分V 形狹窄沖溝，為避免在溝底設(shè)墩或單跨跨徑過大，根據(jù)條件設(shè)置空腹式拱橋跨越。

4.2 下部墩型選擇

橋梁下部結(jié)構(gòu)的形式應(yīng)結(jié)合地形、地質(zhì)、施工工藝、施工工期、造價、結(jié)構(gòu)安全可靠等因素綜合確定。根據(jù)橋臺處具體地形情況，選用U 形橋臺或樁帽式橋臺。柱式墩既能減輕墩身重量，節(jié)約圬工材料，又比較美觀，施工方便，因此，原則上盡量采用柱式墩；而當(dāng)墩高較高時，空心墩充分發(fā)揮了材料強度的作用，以節(jié)約材料，減輕橋墩自重，降低了對地基的強度要求。圓柱墩和空心墩均具有外形整潔美觀、與地形適應(yīng)性強、施工工藝簡單、滑模施工便捷、與樁基礎(chǔ)銜接好的優(yōu)點。

橋臺地勢平坦、持力層深度較淺處，采用擴大基礎(chǔ)，土層覆蓋較厚時，采用樁基礎(chǔ)。橋臺位于較陡的山坡上時，還應(yīng)考慮山坡連同基礎(chǔ)一起的穩(wěn)定性，擴大基礎(chǔ)前緣至坡面之間必須預(yù)留適當(dāng)?shù)陌踩嚯x，以確保坡面穩(wěn)定。

由于水庫蓄水水位高、沖刷深、汛期流速快等特點，從基礎(chǔ)安全性方面考慮，橋墩均應(yīng)采用樁基礎(chǔ)。在橫向地面線高差較大處，為減少開挖，適應(yīng)地質(zhì)變化，橫向樁底可不等高；設(shè)置樁頂系梁時，為保證系梁底不完全懸空，部分樁基外露。

對于墩身高度小于35 m 的橋梁，橋墩采用圓柱式墩；對于墩身高度大于35 m 橋梁，采用空心墩，下部結(jié)構(gòu)尺寸詳見表1。

表1 橋梁下部結(jié)構(gòu)尺寸詳表 m

墩高大于10 m 時，設(shè)置柱系梁，設(shè)置原則：墩高超過15 m時設(shè)置1 道中系梁，距蓋梁底約8 m；墩高超過25 m 時，設(shè)置2 道中系梁，間距約為8 m。

橋墩基礎(chǔ)一般采用樁基礎(chǔ)，均為嵌巖樁滿足承載能力要求，確保橋梁安全；樁徑按照橋梁跨徑和墩高不同，分別采用1.3 m、1.5 m、1.8 m、2.0 m[5]。

5 重要工點簡介

5.1 龍臉坪特大橋

K19+235～終點段，路線沿前河左岸前行，由于庫水位長期反復(fù)漲落，在基巖裂隙中的水壓力作用下，可能造成巖質(zhì)岸坡崩塌危害，同時，該段公路右側(cè)既有S201 省道公路多為半挖半填路基，在庫區(qū)蓄水后，該段路基可能失穩(wěn)，對新建公路造成危害。由于本段位于庫尾，設(shè)計標(biāo)高距離河床底部高度基本在30 m，K19+086～K21+663 段設(shè)置特大橋，橋長2 561 m，上部采用25 m、30 mT 梁；下部采用雙圓柱橋墩。

5.2 羊古洞大橋

橋梁位于前河左岸斜坡上，與既有省道S201 線直線距離88 m，跨越水流形成的沖溝。因考慮到橋位不易到達(dá)，且無預(yù)制場地，橋梁采用1-45 m 上承式鋼筋混凝土空腹式板拱，一跨跨越?jīng)_溝，拱臺采用擴大基礎(chǔ)，置于中風(fēng)化巖層。

橋面板采用6.5 m 跨鋼筋混凝土預(yù)制空心板，中板寬1.19 m，邊板寬1.49 m，板厚0.45 m，挖孔尺寸為φ22 cm。橋梁平面位于曲線上，設(shè)計采用拱圈正置，拱上建筑橫向調(diào)整以適應(yīng)曲線變化。如圖1 所示。

圖1 羊古洞大橋橋型布置立面（單位：cm）

5.3 立石門人行懸索橋

本項目還建人行懸索橋共5 座，最大跨徑276 m，上部采用單跨簡支工字鋼梁，矢跨比為1/12，橋面寬凈2.5 m，滿足當(dāng)?shù)厝罕娡ㄐ行枨?；橋下凈?2 m，滿足庫區(qū)觀光游船通行；橋塔采用群樁基礎(chǔ)，嵌入中風(fēng)化粉砂巖；錨碇采用巖錨；為增強橋梁抗風(fēng)性能設(shè)置了抗風(fēng)索。如圖2 所示。

圖2 立石門人行橋橋型布置立面（單位：cm）

6 結(jié)語

庫區(qū)復(fù)建公路的橋梁設(shè)計，除了要遵守山區(qū)橋梁布置的基本原則，還要考慮到水位變動、庫岸再造對結(jié)構(gòu)物的影響，同時，應(yīng)結(jié)合項目實際情況優(yōu)化典型上、下部結(jié)構(gòu)選擇。一般情況下，上部宜選用預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)。對于墩高小于35 m 的情況，下部圓柱墩具有較好的適應(yīng)性；當(dāng)墩高大于70 m 時，應(yīng)考慮連續(xù)剛構(gòu)作為比選；其余墩高可考慮采用空心薄壁墩。