山區(qū)高速公路橋梁下部構(gòu)造設(shè)計(jì)存在問(wèn)題及處理措施

程偉

摘要 山區(qū)高速公路工程地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜且?guī)r溶極為發(fā)育，文章依托六枝至安龍高速公路項(xiàng)目對(duì)山區(qū)高速公路橋梁下部構(gòu)造設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，該橋位處橋墩橫坡陡峭對(duì)橋梁下部構(gòu)造的設(shè)置極為不利，加強(qiáng)下部構(gòu)造設(shè)計(jì)是該工程橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重中之重。基于此，文章針對(duì)橋梁設(shè)計(jì)總體原則及橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出了一定的優(yōu)化措施，以供參考。

關(guān)鍵詞 山地公路橋梁;下部構(gòu)造設(shè)計(jì);關(guān)鍵問(wèn)題;下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)處理措施

中圖分類號(hào) U442.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）13-0023-03

0 引言

山區(qū)高速公路橋梁下部結(jié)構(gòu)是山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，尤其是在地形、水文、地質(zhì)等都較為復(fù)雜的區(qū)域，為保證山區(qū)高速公路橋梁建設(shè)質(zhì)量需要做好山區(qū)高速公路橋梁下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作?；诖耍Y(jié)合筆者多年來(lái)的工作實(shí)踐對(duì)山區(qū)高速公路下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行以下探討。

1 橋梁設(shè)置總體原則

橋涵設(shè)計(jì)應(yīng)堅(jiān)持科技領(lǐng)先、科學(xué)安全、耐久使用和經(jīng)濟(jì)合理的基本原則，并堅(jiān)持美觀和有利于環(huán)保的原則，并兼顧因地制宜、就地取材、便于實(shí)施和后期維護(hù)等要求[1]。針對(duì)該項(xiàng)目沿線建設(shè)條件，下列諸方面設(shè)計(jì)中須認(rèn)真貫徹。橋梁方案比選時(shí)，要充分考慮項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)交通情況、施工工藝、項(xiàng)目工期和項(xiàng)目后期管理與維護(hù)，防止設(shè)計(jì)效果與現(xiàn)場(chǎng)施工不相符。

（1）對(duì)橋梁構(gòu)造形式的選用按照安全、經(jīng)濟(jì)、美觀的原則，要根據(jù)公路路線線形、項(xiàng)目區(qū)地形地貌、沿線地質(zhì)、施工物料來(lái)源、施工物料運(yùn)輸、項(xiàng)目環(huán)境等各種因素綜合考量。并綜合考慮該項(xiàng)目先期開(kāi)工點(diǎn)橋涵設(shè)計(jì)文件，盡量保持橋涵通用圖的一致性，采用技術(shù)成熟、預(yù)制安裝、標(biāo)準(zhǔn)孔徑的橋型構(gòu)造，以便利施工，減短施工工期，降低項(xiàng)目總造價(jià)。

（2）根據(jù)橋位處地貌、地質(zhì)、河床特征、路線平、縱要求，遵循技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理、外形美觀的原則進(jìn)行綜合考慮。對(duì)于中、小孔徑橋涵，力求標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化，一般采用20 m、30 m、40 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁;對(duì)于對(duì)跨越河流、山谷較寬，高差較大的橋梁、大跨橋梁，采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)-剛構(gòu)方案。

（3）橋梁結(jié)構(gòu)形式，充分考慮技術(shù)先進(jìn)、工藝成熟的結(jié)構(gòu)形式，力求外形新穎，布局科學(xué)，反映現(xiàn)代建橋水平，體現(xiàn)“設(shè)計(jì)創(chuàng)作”的理念。

（4）根據(jù)就地取材、降低造價(jià)、方便現(xiàn)場(chǎng)施工和養(yǎng)護(hù)的原則，橋梁孔跨種類應(yīng)歸并減少，結(jié)構(gòu)類型宜追求統(tǒng)一[2]。

2 橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

貴州省六枝至安龍高速公路土建10標(biāo)（K78+200～K100+200段）項(xiàng)目區(qū)地處貴州省西南部，項(xiàng)目位于云貴高原向廣西丘陵過(guò)渡的斜坡地帶，整個(gè)地形自西北向東南逐漸降低，地勢(shì)呈多級(jí)臺(tái)階狀沿級(jí)降至北盤(pán)江河谷，地形中部比較平坦。測(cè)區(qū)地形地貌起伏大、類型繁多。因地勢(shì)、地形和高海拔的影響，土壤、氣候、生物等均具有垂直方向分布特點(diǎn)，以山地地形為主，呈典型的喀斯特地貌形態(tài)。按照地貌的外營(yíng)力類型、巖石性質(zhì)、地形形態(tài)組合、形態(tài)特征及切割深度等因素，主要分為巖溶地貌類型、侵蝕地貌及溶蝕—侵蝕地貌類型。路線穿過(guò)碳酸鹽地類地段，主要為燧石灰?guī)r、灰?guī)r，發(fā)育有巖溶洼地現(xiàn)象[3]。項(xiàng)目沿線地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜且?guī)r溶極為發(fā)育，同時(shí)項(xiàng)目橋位處橋墩橫坡陡峭對(duì)橋梁下部構(gòu)造的設(shè)置極為不利，故加強(qiáng)該項(xiàng)目的下部構(gòu)造設(shè)計(jì)是該項(xiàng)目橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重中之重。

3 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則及主要問(wèn)題的處理措施

3.1 下部構(gòu)造采用尺寸推薦

橋墩根據(jù)橋梁跨徑及墩高等具體情況采用雙圓/方柱墩或空心墩，其結(jié)構(gòu)形狀和結(jié)構(gòu)尺寸的選取以滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定性要求為準(zhǔn)則，同時(shí)兼顧施工方便，適當(dāng)合并橋墩種類，減少下構(gòu)墩型。橋墩頂?shù)乃搅σ罁?jù)集成剛度法計(jì)算得出，橋墩主要尺寸如表1所示。

當(dāng)臺(tái)高H≥5 m時(shí)采用U形橋臺(tái)或肋板橋臺(tái);臺(tái)高H<5 m時(shí)采用U形橋臺(tái)、柱式橋臺(tái)，并通過(guò)計(jì)算確定。

對(duì)埋置式橋臺(tái)，其錐坡及橋前溜坡率采用1∶1.5。

根據(jù)《公路橋梁抗震規(guī)范》要求，在梁端分聯(lián)時(shí)，分聯(lián)墩臺(tái)應(yīng)考慮防落梁所需最小寬度，故該項(xiàng)目分聯(lián)墩蓋梁與連續(xù)墩蓋梁寬度存在差異，分聯(lián)墩寬度根據(jù)橋高、跨徑、聯(lián)長(zhǎng)等因素大于連續(xù)段蓋梁寬度。

3.2 墩臺(tái)基礎(chǔ)的采用

根據(jù)該合同段橋址區(qū)地質(zhì)情況，橋墩均采用樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)根據(jù)不同橋臺(tái)形式采用擴(kuò)大基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)等形式;樁基礎(chǔ)按端承樁（嵌巖樁）、摩擦樁兩種進(jìn)行設(shè)計(jì)。

摩擦樁按照容許單樁軸向受壓承載力計(jì)算確定樁長(zhǎng)，摩擦樁施工時(shí)樁底必須清孔[4]。端承樁（嵌巖樁）按樁底嵌固設(shè)計(jì)，在樁端巖層滿足嵌巖要求的情況下選用，嵌巖深度見(jiàn)具體各橋。

3.3 墩臺(tái)及基礎(chǔ)埋置深度

根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)地勘資料控制基底埋深，對(duì)于基底不同地質(zhì)情況應(yīng)分別增加一定安全深度。

（1）擴(kuò)大基礎(chǔ)施工應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖的地質(zhì)情況來(lái)調(diào)整擴(kuò)大基礎(chǔ)埋深，在保證基底基巖滿足設(shè)計(jì)基礎(chǔ)底承載力的前提下，基礎(chǔ)底全底面埋置入新鮮中風(fēng)化巖層深度≥0.5 m，且擴(kuò)大基礎(chǔ)在覆蓋層最薄處埋入地表以下不應(yīng)小于0.5 m。若基礎(chǔ)底巖層比較破碎或裂隙發(fā)育，擴(kuò)大基礎(chǔ)施工前應(yīng)對(duì)基底巖層進(jìn)行灌漿處理或其他可靠的措施，以加強(qiáng)基底巖層的整體性和承載能力，并要求基坑開(kāi)挖完以后及時(shí)澆筑混凝土，以防止雨水浸泡基坑。

（2）摩擦樁基礎(chǔ)的基底埋深安全深度不小于3.0 m;嵌巖樁要求橋墩臺(tái)樁基嵌入中風(fēng)化巖層不小于2.5～5.0倍樁基直徑，基巖飽和濕度下的單軸極限抗壓強(qiáng)度不低于8 MPa。若遇有溶洞的樁基應(yīng)穿過(guò)溶洞嵌巖不小于2.0 m且保證溶洞頂板厚度在8 m以上。樁基礎(chǔ)嵌巖深度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)于斜坡上的嵌巖樁，還應(yīng)同時(shí)考慮巖面的斜坡影響，注意嵌巖深度的起算點(diǎn)距中風(fēng)化巖面水平距離不得小于4倍的樁直徑。

3.4 巖溶區(qū)樁基設(shè)計(jì)措施

若采用樁基穿越溶洞造價(jià)較高，施工難度較大，工期過(guò)長(zhǎng)，可考慮采用以下措施：

（1）若存在較厚、力學(xué)性能較好的覆蓋層，且難以找到端承樁所需厚度的巖層，基樁可按摩擦樁設(shè)計(jì)。

若按摩擦樁設(shè)計(jì)樁基承載力難以滿足要求，可以考慮在成樁后再在樁周布置密集的高壓旋噴樁，以增加樁徑，同時(shí)改善樁周土的力學(xué)性能，從而提高樁基的承載力。考慮樁基成孔塌孔的風(fēng)險(xiǎn)，也可考慮先在樁周高壓旋噴后，再成孔，旋噴樁圍成的直徑比設(shè)計(jì)樁徑大60～

80 cm。或在成樁后進(jìn)行樁底、樁周后壓漿，以改善樁周土的力學(xué)性能，從而提高樁基的承載力。對(duì)摩擦樁樁周、樁端均為黏土層等較差地質(zhì)，且同一聯(lián)內(nèi)樁基性質(zhì)不同，對(duì)摩擦樁基礎(chǔ)建議采用樁底后壓漿，減小樁基之間的不均勻沉降。樁基后壓漿按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)規(guī)范》附錄N 進(jìn)行取值和計(jì)量。

（2）部分樁基可不必穿越埋藏比較深的土洞、溶洞，在其上厚度滿足承載力要求的巖層終孔，繼而采用壓漿方式填充樁底的土洞、溶洞，以保證樁底巖層承載力的可靠性，從而確保樁基底部的承載力[5]。

（3）可考慮改變基礎(chǔ)形式，如單樁變?yōu)殡p樁、群樁，或?qū)Φ鼗M(jìn)行處理后按擴(kuò)大基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

（4）可以考慮改變下部結(jié)構(gòu)形式，比如改移樁柱位置，適當(dāng)延長(zhǎng)蓋梁或橫隔梁外延。

3.5 巖溶樁基預(yù)處理措施

在樁基鉆孔施工前，對(duì)軟弱地層及溶洞有針對(duì)性地進(jìn)行預(yù)處理，降低樁基施工風(fēng)險(xiǎn)。主要措施包括：覆蓋層鋼護(hù)筒預(yù)支護(hù)、預(yù)注漿處理。具體采用如下原則：

（1）一般均采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)穿過(guò)淤泥層、松散砂層，進(jìn)入粘土層約2 m，如果淤泥層或砂土層直接與巖面相接，則鋼護(hù)筒應(yīng)沉放至進(jìn)入巖面約0.5 m。

（2）對(duì)于沉放至巖面的鋼護(hù)筒，底部沖至巖面前，采用拋填片石、粘土或混凝土的方式進(jìn)行護(hù)筒刃腳的護(hù)壁，確保護(hù)筒刃腳的安全。

（3）巖溶區(qū)樁基護(hù)壁所采用鋼護(hù)筒不回收（常規(guī)樁基孔口鋼護(hù)筒回收多次利用），鋼護(hù)筒下放方式應(yīng)根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況，以確保橋梁結(jié)構(gòu)安全為原則，合理選用。

（4）鋼護(hù)筒跟進(jìn)需要采用引孔工藝，成孔期間需要采取適當(dāng)?shù)淖o(hù)壁措施保證覆蓋層的穩(wěn)定，比如加大泥漿比重、嚴(yán)格控制進(jìn)尺、適當(dāng)添加成孔材料（如片石、碎石、粘土、水泥）。

（5）經(jīng)鉆探揭露存在覆蓋層土洞和巖面淺層溶洞的應(yīng)進(jìn)行預(yù)注漿處理，以避免鋼護(hù)筒下沉過(guò)程中發(fā)生地面塌陷。

（6）鉆探揭露深部存在單個(gè)溶洞高度≥3 m的情況，若溶洞內(nèi)為無(wú)充填、半充填或全充填（充填物的狀態(tài)為流塑、軟塑）的情況，一般應(yīng)對(duì)溶洞進(jìn)行預(yù)注漿處理。預(yù)充填應(yīng)進(jìn)行工藝試驗(yàn)，試驗(yàn)確定預(yù)注的壓力、預(yù)充填材料的計(jì)量方法，檢測(cè)預(yù)充填的效果。若溶洞內(nèi)全充填，充填物的狀態(tài)為可塑或硬塑的情況，可不必預(yù)注漿。

3.6 鉆孔施工中溶洞處理措施

根據(jù)各溶洞發(fā)育特點(diǎn)、發(fā)育程度，連通情況，擬采用常規(guī)施工法、拋填片石黏土法、灌注混凝土填充法、鋼護(hù)筒跟進(jìn)法等。具體遵循如下原則：

（1）對(duì)現(xiàn)有地質(zhì)鉆孔未發(fā)現(xiàn)溶洞的灰?guī)r區(qū)樁基，樁基施工一般采用常規(guī)施工法，但施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)做好應(yīng)急處理措施，預(yù)先準(zhǔn)備好回填材料和機(jī)械，隨時(shí)應(yīng)對(duì)突發(fā)情況。

（2）對(duì)溶洞高度<3 m的情況，一般采用回填片石黏土法施工，通過(guò)拋填片石、黏土擠密填筑溶洞，形成護(hù)壁?；靥畹钠宛ね帘壤大w積比7∶3 進(jìn)行分配，必要時(shí)摻加一定數(shù)量的袋裝水泥。溶洞高度范圍內(nèi)反復(fù)成孔的次數(shù)不得少于三次，以形成可靠的護(hù)壁。反復(fù)成孔次數(shù)達(dá)到五次，仍有漏漿、塌孔發(fā)生時(shí)，從工程進(jìn)度的角度考慮建議改變處置方案。

（3）對(duì)單個(gè)溶洞高度大于等于3 m、 小于5 m的情況，若溶洞內(nèi)為無(wú)充填、半充填、全充填，充填物的狀態(tài)為流塑、軟塑的情況，對(duì)溶洞進(jìn)行預(yù)注漿充填。若溶洞內(nèi)全充填，充填物的狀態(tài)為可塑的情況，采用拋填片石黏土法施工，通過(guò)拋填片石、黏土擠密填筑溶洞，形成護(hù)壁。

（4）對(duì)單個(gè)溶洞高度≥5 m的情況，若溶洞內(nèi)為無(wú)充填、半充填、全充填，充填物的狀態(tài)為流塑、軟塑的情況，對(duì)溶洞進(jìn)行預(yù)注漿充填;若溶洞內(nèi)全充填，充填物的狀態(tài)為可塑的情況，采用拋填片石黏土法施工，通過(guò)拋填片石、黏土擠密填筑溶洞，形成護(hù)壁。回填的片石和黏土比例按體積比7∶3 進(jìn)行分配，必要時(shí)摻加一定數(shù)量的袋裝水泥。溶洞高度范圍內(nèi)反復(fù)成孔的次數(shù)不得少于三次，以形成可靠的護(hù)壁。

如果反復(fù)成孔次數(shù)達(dá)到五次，仍有漏漿、塌孔發(fā)生時(shí)，則采用灌注混凝土填充法。先向溶洞拋填片（碎）石、砂混合物和注水泥漿，然后用小沖程沖擊片石擠壓到溶洞邊形成泥漿碎石外護(hù)壁，水泥砂漿將片石空隙初步堵塞后，停止沖擊，24 h后，待水泥強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa后，再繼續(xù)沖擊，穿過(guò)溶洞。

（5）對(duì)于更大型的溶洞，且洞內(nèi)無(wú)充填或流塑充填物，護(hù)筒內(nèi)水頭無(wú)法保持，可采取雙層鋼護(hù)筒施工法。該方法比較適合串珠型和多層的特大溶洞，對(duì)溶洞的層數(shù)以及高度等進(jìn)行充分具體的圖紙研究再細(xì)化方案。

（6）樁基溶洞處理措施匯總?cè)绫?。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合上述，為保障山區(qū)高速公路過(guò)程的建設(shè)質(zhì)量和效率，高速公路過(guò)程設(shè)計(jì)時(shí)必須加強(qiáng)對(duì)工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化和研究，確保能夠精準(zhǔn)掌握設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，進(jìn)而提高設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)質(zhì)量，為提高工程建設(shè)水平奠定基礎(chǔ)。該文結(jié)合實(shí)例項(xiàng)目從橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則進(jìn)行分析，對(duì)高速公路橋梁下部構(gòu)造設(shè)計(jì)存在問(wèn)題及處理措施進(jìn)行探討。該項(xiàng)目的建設(shè)對(duì)優(yōu)化貴州交通及形成地方現(xiàn)代綜合交通體系有著重要意義。

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