山區(qū)高速公路剝蝕高山深谷區(qū)橋梁橋跨設(shè)計(jì)研究

作者簡(jiǎn)介：

韋 明（1973—），高級(jí)工程師，主要從事高速公路設(shè)計(jì)、建設(shè)管理工作。

橋跨設(shè)計(jì)是橋梁總體設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，特別是在山區(qū)高速公路橋梁總體設(shè)計(jì)中，橋跨設(shè)計(jì)的合理性尤為重要，將直接影響整個(gè)設(shè)計(jì)方案的品質(zhì)。對(duì)此，文章主要圍繞廣西某高速公路某特大橋的橋跨設(shè)計(jì)展開具體論述及分析，研究橋跨設(shè)計(jì)的約束因素，對(duì)比不同的設(shè)計(jì)方案，總結(jié)出橋跨設(shè)計(jì)需綜合考慮的因素，以期為相關(guān)工程提供有價(jià)值的參考。

山區(qū)高速公路；橋位；橋跨；欠穩(wěn)定；防護(hù)

U415.13 A 40 125 5

0 引言

山區(qū)高速公路橋梁主要跨越山區(qū)河流及峽谷，橋位地形較為陡峭，天然坡度多為40°～50°，部分山體坡度甚至高達(dá)70°，且地質(zhì)情況極為復(fù)雜，堆積體分布較廣，山體比較容易發(fā)生滑坡。山區(qū)橋梁橋跨布置主要受地形條件、橋梁受力、施工條件等控制。陳洪林［1］對(duì)橋跨設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化研究，以降低施工難度，縮短工期，避開不良地質(zhì)斷面和保護(hù)環(huán)境。楊帥［2］研究在地形地質(zhì)復(fù)雜情況下，不對(duì)稱連續(xù)剛構(gòu)橋應(yīng)盡量選用較小邊中跨比形式的跨徑組合，以保證橋梁的安全及穩(wěn)定性。周翔海等［3］研究跨越深谷、大型沖溝、U形谷地的超高墩連續(xù)剛構(gòu)橋梁的邊、中跨比值和墩高對(duì)橋梁內(nèi)力、變形的影響，認(rèn)為適當(dāng)?shù)卦黾舆呏锌绫瓤筛纳茦蛄旱氖芰?。影響橋跨設(shè)計(jì)的橋墩布置應(yīng)避開陡峭的山體及不良地質(zhì)區(qū)域，盡量選擇在峽谷坡底及河灘平地；采取靈活的方式選擇橋跨，盡可能實(shí)現(xiàn)跨徑的標(biāo)準(zhǔn)化，但不盲目追求跨徑統(tǒng)一。此外，統(tǒng)籌墩高與橋跨大小的協(xié)調(diào)性，盡量避免超高墩的出現(xiàn)。

1 工程概況

廣西某高速公路某特大橋處于路線分離式路基圓曲線上，主要為跨越山溝河谷而設(shè)計(jì)，起點(diǎn)與隧道相連，終點(diǎn)與互通相連。橋位山高谷深，谷底天然形成的河流蜿蜒曲折，無(wú)通航要求，橋梁兩次跨越河流。橋位運(yùn)輸條件差，無(wú)現(xiàn)狀道路可達(dá)，無(wú)水運(yùn)條件。

2 橋跨設(shè)計(jì)約束因素

2.1 地形地貌

橋位區(qū)屬剝蝕低山地貌，山坡高聳峻峭，山間溝谷深切，多呈“U”字型，地形起伏較大，地面高程為340～485 m，相對(duì)高差為145 m，自然斜坡坡度角一般為35°～65°，地表橫坡較陡，丘陵間沖溝較發(fā)育，多為溝谷溪流，寬約35 m。山體斜坡覆蓋第四系殘坡積土層，地表植被較發(fā)育，多種植杉樹等經(jīng)濟(jì)林及獼猴桃等果樹。機(jī)耕路邊坡局部基巖出露，未見大型滑坡、崩塌等不良地質(zhì)。地形地貌因素主要影響橋墩位置選擇（含墩高）、橋跨度大小、基礎(chǔ)及下構(gòu)施工條件、施工便道布設(shè)等。

2.2 工程地質(zhì)

橋位區(qū)工程地質(zhì)層自上往下分為：

含礫粉質(zhì)黏土（Qel+dl-1）：棕黃色、黃褐色，硬塑，主要以粉粒、黏粒為主，刀切面較光滑有光澤，黏性一般，土質(zhì)不均，局部含少量礫石，礫石成分以砂巖、頁(yè)巖為主，垂直分布不均勻，干強(qiáng)度中等，韌性中等，揭示厚度為1.60～4.10 m。

碎石土（Qel+dl-2）：黃褐色、淺灰色，中密，稍濕，母巖主要成分為砂巖、頁(yè)巖，呈棱角狀，垂直分布不均勻，間隙為黏性土充填，揭示厚度為1.50～3.50 m。

強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖（O1s）：黃褐色、紫紅色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石、黏土礦物、云母，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，含較多的泥質(zhì)膠結(jié)物，裂隙面多見銹斑浸染，巖芯呈碎塊狀及短柱狀，揭示厚度為2.40～37.20 m。

強(qiáng)風(fēng)化砂巖（O1s）：淺灰、褐黃色、灰白色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石、云母，含鈣質(zhì)較多，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈碎塊狀及巖粉狀，巖質(zhì)較硬且脆，局部夾薄層頁(yè)巖，揭示厚度為5.00 m。

中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖（O1s）：紫紅色、淺灰色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，薄層-中厚層狀構(gòu)造，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石、局部可見云母，巖體破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖芯呈巖粉狀、碎塊狀及少量短柱狀，巖芯采取率約為85%，水鉆進(jìn)尺慢，較平穩(wěn)，漏水最大揭示厚度為39.60 m，未鉆穿，屬較硬巖。

中風(fēng)化砂巖（O1s）：淺灰、灰色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，薄層-中厚層狀構(gòu)造，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石、云母，巖質(zhì)較硬且脆，巖體破碎，含鈣質(zhì)較多，節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂隙面多見銹斑浸染，局部夾薄層狀頁(yè)巖，巖芯呈碎塊狀及巖粉狀，最大揭示厚度為36.80 m，未鉆穿，屬較硬巖。

工程地質(zhì)因素主要影響橋墩位置選擇（含墩高）、基礎(chǔ)承載力驗(yàn)算、橋位邊坡防護(hù)等。

2.3 欠穩(wěn)定巖土體

橋位主要存在兩處欠穩(wěn)定坡體。（1）在樁號(hào)K77+380處附近第一次跨越河道，靠近河道處的邊坡巖體主要由覆蓋層碎石土及強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖局部夾薄層頁(yè)巖組成，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，風(fēng)化程度強(qiáng)，泥質(zhì)砂巖及頁(yè)巖夾層呈崩解性，巖質(zhì)軟，遇水易軟化，長(zhǎng)時(shí)間暴露后易崩解，崩解后呈碎裂、片狀結(jié)構(gòu)，遭到遇水沖刷后易崩塌。（2）在樁號(hào)K77+920處第二次跨越河道，有一個(gè)欠穩(wěn)定的斜坡體。據(jù)地勘揭示，該處坡體覆蓋層（厚度約30～33 m）主要為淺層碎石土及強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)頁(yè)巖，下伏中風(fēng)化砂質(zhì)頁(yè)巖，裂隙發(fā)育，欠穩(wěn)定。主要影響橋墩位置和施工便道布設(shè)。欠穩(wěn)巖土體因素主要影響橋墩位置選擇（含墩高）、橋跨度大小、施工和運(yùn)營(yíng)安全、橋位邊坡防護(hù)等。

2.4 橋下設(shè)道路

在橋位區(qū)K77+276/ZK77+321、K78+285/ZK78+283處存在擬建下穿匝道；K77+810/ZK77+825處存在下穿現(xiàn)狀道路。該因素主要影響橋墩位置選擇（含墩高）、橋跨度大小等。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 方案一（圖1～2）

本方案橋跨采用正交錯(cuò)幅布置。左幅起訖樁號(hào)為ZK76+965.5～ZK78+349.5，橋梁全長(zhǎng)為1 384 m?？鐝讲贾脼椋海?×39）m+（88+160+88）m+（3×40.5）m+（3×40.5）m+（72.5+135+72.5）m+（3×40）m+（3×40）m+（3×40）m，共10聯(lián)。左幅橋第7～第10聯(lián)位于道路變寬段，橋面寬度由12.5 m漸變至18.8 m，其余聯(lián)為等寬橋，標(biāo)準(zhǔn)段橋面寬度為12.5 m。右幅起訖樁號(hào)為K77+009.8～K78+350，橋梁全長(zhǎng)為1 140.2 m，跨徑布置為：（3×40）m+（88+160+88）m+（3×40.5）m+（3×40）m+（72.5+135+72.5）m+（9×39.3）m，共14聯(lián)。本橋第7～第14聯(lián)位于道路變寬段，橋面寬度由12.5 m漸變至24.2 m，其余聯(lián)為等寬橋，標(biāo)準(zhǔn)段橋面寬度為12.5 m。

主橋上部為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，單幅采用單箱單室變高度箱梁，主跨160 m箱梁采用C60混凝土，主跨135 m箱梁采用C55混凝土，梁高和底板厚均采用1.8次拋物線變化，箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系。引橋上部構(gòu)造為裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁、簡(jiǎn)支變連續(xù)T梁；橋臺(tái)采用柱式臺(tái)；引橋橋墩采用柱式墩、矩形實(shí)體墩、矩形空心墩；主橋橋墩采用箱型薄壁墩；墩臺(tái)均采用樁基礎(chǔ)。該方案引橋最高墩高約為68.3 m，交界墩最高墩高為46.5 m，主橋最高墩高為97.5 m。

3.2 方案二（圖3～4）

本方案橋跨采用正交錯(cuò)幅布置。左幅起訖樁號(hào)為ZK76+964.81～ ZK78+349.68，橋梁全長(zhǎng)為1 384.87 m?？鐝讲贾脼椋海?×39.5）m+（72.5+135+72.5）m+（3×39）m+（3×39）m+（3×39）m+（50+90+50）m+（3×39.7）m+（3×39.7）m+（3×39.7）m，共11聯(lián)。左幅橋第8～第11聯(lián)位于道路變寬段，橋面寬度由12.5 m漸變至18.8 m，其余聯(lián)為等寬橋，標(biāo)準(zhǔn)段橋面寬度為12.5 m。右幅起訖樁號(hào)為K77+006.96～K78+349.02，橋梁全長(zhǎng)為1 342.06 m?？鐝讲贾脼椋海?×41）m+（72.5+135+72.5）m+（4×41）m+（4×41）m+（55+100+55）m+（9×39）m，共14聯(lián)。本橋第7～第14聯(lián)位于道路變寬段，橋面寬度由12.5 m漸變至24.2 m，其余聯(lián)為等寬橋，標(biāo)準(zhǔn)段橋面寬度為12.5 m。

主橋上部為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，單幅采用單箱單室變高度箱梁，主跨135 m箱梁采用C55混凝土，主跨90 m、100 m箱梁采用C50混凝土，梁高和底板厚均采用1.8次拋物線變化，箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系。引橋上部構(gòu)造為裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁、簡(jiǎn)支變連續(xù)T梁；橋臺(tái)采用柱式臺(tái)；引橋橋墩采用柱式墩、矩形實(shí)體墩、矩形空心墩；主橋橋墩采用箱型薄壁墩；墩臺(tái)均采用樁基礎(chǔ)。該方案引橋最高墩高約為64.5 m，交界墩最高墩高為76.3 m，主橋最高墩高為102.5 m。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，山區(qū)高速公路橋梁橋跨設(shè)計(jì)主要考慮的因素仍然是跨域障礙長(zhǎng)度和工程地質(zhì)情況。但需在橋位區(qū)地形地貌，施工和運(yùn)營(yíng)期質(zhì)量、安全以及便利，橋跨長(zhǎng)度與墩高關(guān)系，橋位邊坡開挖防護(hù)等方面給予足夠的重視。特別是在自然坡度大、存在不穩(wěn)定坡體的剝蝕山地貌橋位區(qū)，橋梁墩、臺(tái)位置設(shè)計(jì)應(yīng)充分進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)繪，避免橋梁墩、臺(tái)設(shè)置在不穩(wěn)定坡體上；有條件的還需考慮盡量遠(yuǎn)離不穩(wěn)定坡體，減少施工期對(duì)坡體的擾動(dòng)。文中提及的特大橋，正是在充分的現(xiàn)場(chǎng)勘察基礎(chǔ)上，綜合考慮橋位區(qū)地形地貌、工程地質(zhì)情況以及施工、運(yùn)營(yíng)安全等諸多因素，獲得了合理的橋跨設(shè)計(jì)方案。

參考文獻(xiàn)

［1］陳洪林.山區(qū)大跨連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)方案優(yōu)化研究［J］.公路工程.2016（5）：123-127.

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［3］周翔海，杜 娟.195 m高墩連續(xù)剛構(gòu)橋邊中跨合理設(shè)置研究［C］.2017（第六屆）國(guó)際橋梁與隧道技術(shù)大會(huì)論文集，2017.

收稿日期：2022-10-20