欄桿村大橋工程地質(zhì)特征及設(shè)計方案研究*

韓 蘋，秦龍飛，傅鶴林，張 蒙，李 鮚

1.中交四公局，北京 100000

2.中南大學(xué)，湖南 長沙 410075

欄桿村大橋位于江口縣民和鎮(zhèn)附近。橋梁左半幅起點樁號為ZK12+528.46，終點樁號為ZZ12+65.54，中心樁號為ZK12+595，全長127.08m；右半幅起點樁號為K12+540.96，終點樁號為K12+6661.04，中心樁號為K12+601，全長120.08m，交叉角度為90°。橋梁跨徑組成為左幅6m×20m、右幅6m×20m連續(xù)T梁。橋梁結(jié)構(gòu)形式為裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁，下部結(jié)構(gòu)左幅0號臺采用U型臺、擴大基礎(chǔ)，6號臺采用柱式臺；右幅0號臺、6號臺采用坐板臺、擴大基礎(chǔ)。橋墩采用柱式墩、樁基礎(chǔ)。橋墩最大高度為32.5m。

欄桿村大橋位于分離式路基上，平面位于直線段上，左幅縱面位于縱坡為1.08%的直線上，右幅縱面位于縱坡為1.1%的直線上。該橋在ZK12+617處有一條長流水小河，河寬約4m，水深約0.2m，河床為砂礫石，水流方向從路線右側(cè)至左側(cè)，施工時應(yīng)采取相應(yīng)措施避免水資源受污染。

1 橋址區(qū)自然地理概況及地質(zhì)評價

1.1 地形地貌

橋址區(qū)屬構(gòu)造侵蝕低山地貌單元，微地貌為河流深切溝谷，河流侵蝕劇烈，呈“V”形溝谷，河谷兩側(cè)相對高差較大，植被發(fā)育，斜坡坡度為25°～40°，局部為陡崖。橋位橫跨溝谷，地面標(biāo)高介于564～595m，相對高差為30.1m。

1.2 地層巖性

根據(jù)鉆探揭露及工程地質(zhì)調(diào)繪，橋址區(qū)山體斜坡及坡腳覆蓋第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Q4el+d1），沿河流現(xiàn)代河床分布第四系全新統(tǒng)沖洪積堆積（Q4al+pl），下伏基巖為寒武系下統(tǒng)杷榔組（∈1p），在揭示深度范圍內(nèi)地層巖性由新至老分別為第四系全新統(tǒng)沖洪積堆積（Q4al+pl）、第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Q4el+dl）、寒武系下統(tǒng)杷榔組（∈1p）：巖性為鈣質(zhì)頁巖，產(chǎn)狀為30°∠9°。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

工程區(qū)所在區(qū)域大地構(gòu)造單元大多屬揚子準(zhǔn)地臺（I）黔北臺隆（I1）中的遵義斷拱（I1A），處于黔北貴陽復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)（I1A3）。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，褶皺和斷裂都較發(fā)育，橋址區(qū)附近發(fā)育的斷裂主要為f4。f4于路線K12+745附近與路線斜交，距離欄桿村大橋玉屏巖岸橋臺約80m，地形上表現(xiàn)為負(fù)地形，斷層西側(cè)巖性為寒武系下統(tǒng)杷榔組（∈lp）鈣質(zhì)頁巖，東側(cè)巖性為寒武系下統(tǒng)清虛洞組（∈1q）灰?guī)r。該斷層距離橋址區(qū)較遠，對橋梁影響較小。

1.4 地表水與地下水

橋址區(qū)溝內(nèi)溪水流向大致由南向北，在ZIK12+620處向北西轉(zhuǎn)向，流向變?yōu)楸蔽飨?，水面寬度?～8m，屬常年性流水，流量隨季節(jié)而變化，主要接受大氣降水補給，排泄以地表徑流及蒸發(fā)為主。

1.5 地質(zhì)評價

江口巖橋臺：左線橋臺處斜坡坡度為32°～35°，根據(jù)野外調(diào)查及鉆探揭露，橋臺處覆蓋層較薄，一般小于2m，下伏基巖為寒武系下統(tǒng)杷榔組鈣質(zhì)頁巖，巖層產(chǎn)狀為30°∠9°，呈薄層狀，屬于斜向坡，斜坡穩(wěn)定性較好：右線橋臺所處斜坡坡度為40°～45°，大多基巖出露，出露基巖同為薄層狀鈣質(zhì)頁巖，巖層產(chǎn)狀與左線橋臺一致，斜坡穩(wěn)定性較好。

玉屏岸橋臺：橋臺處斜坡坡度較陡，一般大于55°，局部近乎直立，基巖裸露，出露基巖為寒武系下統(tǒng)杷榔組薄層狀鈣質(zhì)頁巖，巖層產(chǎn)狀30°∠9°，屬斜向斜坡，節(jié)理裂隙較發(fā)育，無軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育，斜坡穩(wěn)定性較好。

兩岸橋臺所處山坡下伏基巖主要為強、中風(fēng)化鈣質(zhì)頁巖，據(jù)附近鈣質(zhì)頁巖露頭量測，產(chǎn)狀為30°∠9°。路線走向約140°，巖層走向與路線走向夾角為20°，兩岸橋臺均屬斜向坡，巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性較好。據(jù)野外工程地質(zhì)調(diào)繪，橋址區(qū)未見不良地質(zhì)及特殊性巖土。

2 設(shè)計依據(jù)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計依據(jù)主要包括該項目《勘察設(shè)計合同》《初步設(shè)計文件》和現(xiàn)行國家出臺的公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)規(guī)范。設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下：道路等級為雙向四車道，高速公路；設(shè)計行車速度為80km/h；設(shè)計安全等級為一級；設(shè)計荷載為公路Ⅰ級；橋涵所處環(huán)境類別為Ⅰ類；該橋位于分離式路基上，橋梁左右幅寬度一致，半幅寬度為12.25m，橋?qū)捊M成為0.5m護欄+11.25m行車道+0.5m護欄；設(shè)計洪水頻率為1/100；地震動峰值加速度為0.05g，對應(yīng)抗震設(shè)防等級為V級：設(shè)計基準(zhǔn)期為100年。

3 主要材料

（1）混凝土：上部結(jié)構(gòu)混凝土采用C50混凝土；防撞護欄、橋頭搭板混凝土采用C30混凝土；下部結(jié)構(gòu)混凝土采用C30混凝土；樁基采用C30混凝土。

（2）鋼材：普通鋼筋采用HPB300和HRB400鋼筋；鋼筋焊接網(wǎng)采用帶肋鋼筋焊接網(wǎng)；鋼板采用《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T 700—2006）中規(guī)定的Q235B鋼板。

（3）預(yù)應(yīng)力材料：①預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值為1860MPa、公稱直徑為15.2mm的低松弛高強度鋼絞線；②預(yù)制T梁正彎矩鋼束采用15-5型、15-6型、15-10型及15-7型系列錯具及其配件，預(yù)應(yīng)力管道采用圓形金屬波紋管，預(yù)制梁在墩頂處的負(fù)彎矩鋼束采用15-5型、15-3型錨具及其配件，管道采用圓形金屬波紋管。

（4）支座、伸縮縫：該橋采用D80型模數(shù)式伸縮縫；橋臺采用GJZF4板式橡膠支座，橋墩采用GJZ板式橡膠支座。

（5）橋面鋪裝：橋面鋪裝采用8cm厚的C50混凝土及10cm厚的瀝青混凝土。

（6）其他用材：該項目所采用的水泥、細(xì)骨料、粗骨料、水等各材料的有關(guān)質(zhì)量要求均按有關(guān)條文辦理。

4 設(shè)計方案

4.1 上部結(jié)構(gòu)

上部結(jié)構(gòu)采用20m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T形連續(xù)梁，為先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系，按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計。

4.2 下部結(jié)構(gòu)

下部結(jié)構(gòu)采用樁柱式橋墩，墩高小于15m，柱徑取1.2m，樁徑取1.3m，墩高不小于15m，柱徑取1.4m，樁徑取1.5m。根據(jù)地形特點，左幅0號臺采用U型橋臺、左幅6號臺采用柱式橋臺；右幅0號、6號橋臺采用坐板臺。

4.3 附屬構(gòu)造

（1）橋頭搭板：左幅0號臺采用8m長橋頭搭板，左幅6號橋臺、右幅0號、6號橋臺不設(shè)搭板。

（2）伸縮縫：左右幅0、6號橋臺處均采用D80型模數(shù)式伸縮縫。

（3）護欄：外側(cè)護欄采用SS級鋼筋混凝土墻式護欄，護欄應(yīng)按路線實際線型放樣并設(shè)置。

（4）橋面鋪裝：橋面鋪裝采用10cm厚的瀝青混凝土+8cm厚的C50混凝土現(xiàn)澆層。

（5）橋面排水：為防止橋面滲水，在瀝青混凝土橋面鋪裝與混凝土現(xiàn)澆層頂面間設(shè)防水層，該橋采用豎向排水。

4.4 設(shè)計參數(shù)

瀝青混凝土的重力密度為24.0kN/m3；混凝土的重力密度為26.0kN/m3，彈性模量為3.45×104MPa；預(yù)應(yīng)力鋼筋的彈性模量為1.95×105MPa，松弛率為0.035，松弛系數(shù)為0.3；錨具變形、鋼筋回縮取6mm（一端）；管道摩擦系數(shù)為0.25；管道偏差系數(shù)為0.0015；支座不均勻沉降為5mm；豎向梯度溫度效應(yīng)按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG 3362—2018）中的相關(guān)規(guī)定取值。

4.5 結(jié)構(gòu)分析

（1）上部結(jié)構(gòu)靜力分析。1片梁梁端支點最大反力（汽車荷載考慮沖擊系數(shù)）的分析結(jié)果如表1所示。

表1 20m T梁一片梁梁端支點最大反力 單位：kN

（2）下部結(jié)構(gòu)靜力分析。下部結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析計算采用橋梁下部結(jié)構(gòu)分析程序進行。各橋墩、臺所受的水平力按其剛度進行分配，基樁內(nèi)力按“m”法進行計算。

5 施工要點

有關(guān)橋梁的施工工藝、材料要求及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，除按《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）有關(guān)規(guī)范處理外，還應(yīng)特別注意以下事項。

5.1 上部結(jié)構(gòu)

（1）主梁預(yù)制。預(yù)制T梁在鋼束張拉完成后、各存梁期跨中上拱度計算值及二期恒載所產(chǎn)生的下?lián)现等绫?所示。

表2 預(yù)加力引起的上拱度及二期恒載產(chǎn)生的下?lián)现当?單位：mm

（2）預(yù)應(yīng)力工藝。主梁預(yù)應(yīng)力鋼束張拉，建議張拉順序為50%N2→100%N3→100%N2→100%N1。

（3）預(yù)應(yīng)力有效性檢測。建議依據(jù)《貴州省橋梁預(yù)應(yīng)力工程控制要點與管理規(guī)定（試行）》對T梁鋼束錨下有效預(yù)應(yīng)力檢測。由于預(yù)應(yīng)力損失的影響因素較多，計算過程復(fù)雜，故建議通過現(xiàn)場試驗確定。

5.2 下部及基礎(chǔ)施工

（1）基樁應(yīng)嚴(yán)格按基樁坐標(biāo)表中的坐標(biāo)精確放樣。

（2）鉆孔時應(yīng)采用長度適應(yīng)鉆孔地質(zhì)條件的護筒。

（3）孔徑與垂直度檢查合格后，進行清孔作業(yè)，清孔必須滿足設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求。

（4）各基樁的泥漿池就地挖筑，施工過程中必須注意泥漿池對環(huán)境的影響。

6 結(jié)論

（1）考慮地形地貌、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和周邊的環(huán)境的基礎(chǔ)，上部結(jié)構(gòu)采用20m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T形連續(xù)梁，為先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系，按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計。

（2）中風(fēng)化鈣質(zhì)頁巖工程性能良好，厚度較大，是擬建橋梁良好的墩、臺持力層。建議橋臺以強-中風(fēng)化鈣質(zhì)頁巖作為基礎(chǔ)持力層。

（3）由于鈣質(zhì)頁巖抗風(fēng)化能力差，遇水易崩解、軟化，橋臺施工時，容易產(chǎn)生小規(guī)模的巖體碎落及崩塌，故橋臺邊坡開挖時，應(yīng)及時對邊坡進行防護，并做好截排水措施。