車昕哲

（廣東中天市政工程設(shè)計(jì)有限公司貴州分公司）

探討工程地質(zhì)信息在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

車昕哲

（廣東中天市政工程設(shè)計(jì)有限公司貴州分公司）

結(jié)合已有的工作經(jīng)驗(yàn)來看，道路橋梁工程涉及到的施工范圍較廣，多數(shù)情況下需要跨越江河，施工地質(zhì)條件大多比較惡劣，環(huán)境變化明顯。本文結(jié)合具體工程案例，通過“工程地質(zhì)信息在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用”課題的探究，分析到我國(guó)公路橋梁在設(shè)計(jì)方面的工程地質(zhì)信息方面對(duì)橋梁安全性及耐久性的影響意義。

工程地質(zhì)信息；橋梁設(shè)計(jì)；應(yīng)用分析

引言

工程地質(zhì)信息在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用屬于一項(xiàng)系統(tǒng)化的工作，不能一蹴而就，需要從多方面進(jìn)行完善，比如對(duì)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備工作進(jìn)行強(qiáng)化、提升設(shè)計(jì)人員質(zhì)量意識(shí)、努力提升維護(hù)水平以及做好施工管理的強(qiáng)化工作等。

1　橋梁軟弱地基的主要特征分析

①較高的孔隙比與天然含水量。軟弱地基的孔隙比以及天然含水量相對(duì)較高，一般情況下軟弱地基土體的天然孔隙比介于1～2之間，天然含水量也相對(duì)較高，例如較常見的淤泥以及淤泥質(zhì)土的含水量均超過50%以上。②軟弱地基土體的壓縮性較高。軟弱地基土體的壓縮性較高，通常能達(dá)到0.5～1.05MPa左右，如果橋梁基礎(chǔ)直接建設(shè)在這些軟弱地基土體上，會(huì)造成橋梁主體結(jié)構(gòu)嚴(yán)重的不均勻沉降，造成主體結(jié)構(gòu)的開裂破壞。④軟弱地基土體的透水性差。雖然一般軟弱地基土體的含水量均相對(duì)較高，但是軟弱地基土體的透水性卻非常差，一般滲透系數(shù)都在1mm/d以下，所以如果軟弱地基土體受到荷載作用后，由于孔隙水壓較高，仍然難以實(shí)現(xiàn)壓密固結(jié)。⑤軟弱地基土體的抗剪強(qiáng)度非常低。軟弱地基土體的無(wú)側(cè)限抗剪強(qiáng)度一般在30kN/m2以下，抗剪性能非常低，不排水剪切試驗(yàn)條件下的內(nèi)摩擦角接近為零，固結(jié)快剪試驗(yàn)條件下的內(nèi)摩擦角在5～15°左右。⑤具有觸變性。軟弱地基土體大多呈絮凝狀的結(jié)構(gòu)性沉積物，如果遭受擾動(dòng)破壞，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會(huì)迅速降低，甚至是喪失，軟弱地基的這一觸變性導(dǎo)致地基在承受荷載尤其是振動(dòng)荷載以后，很容易出現(xiàn)側(cè)滑、沉降等問題。⑥流變性。軟弱地基土體在荷載的持續(xù)作用下，變形會(huì)出現(xiàn)逐步增加的變化，造成這些軟土地基的長(zhǎng)期強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于瞬時(shí)強(qiáng)度。

2　濕陷性黃土地基

濕陷性黃土即具有強(qiáng)烈的結(jié)構(gòu)性欠壓密土，黃土浸水后在土的自重或者外荷載的作用下會(huì)發(fā)生下沉的現(xiàn)象即為濕陷。黃土濕陷的現(xiàn)象是一個(gè)復(fù)雜的地質(zhì)物理和化學(xué)過程，其濕陷機(jī)理比較公認(rèn)的說法為黃土浸水后膠結(jié)物質(zhì)發(fā)生的物理和化學(xué)反應(yīng)，促使結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度降低。黃土濕陷條件是指黃土中存在的孔隙直徑不小于周圍顆粒直徑的架空結(jié)構(gòu)，與本身的孔隙比和含水率等土的物理性質(zhì)有關(guān)。天然孔隙比越大或者天然含水率越小，其濕陷性越強(qiáng)。

濕陷性黃土地層易造成橋梁樁端地基的破壞、樁身失穩(wěn)、橋墩不均勻沉降，對(duì)橋梁使用安全影響較大。因此，在山區(qū)濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)慎之又慎，應(yīng)根據(jù)施工的具體場(chǎng)地、施工周期、專業(yè)管線、濕陷等級(jí)以及經(jīng)濟(jì)等要求做出合理的決策方案。

3　工程實(shí)例設(shè)計(jì)

3.1工程概況

某一橋梁中心樁號(hào)位于主線K8+988.38處，橋梁全長(zhǎng)為331.68m，在上跨南內(nèi)環(huán)東街路口處采用35m+50m+35m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，其余采用3×35m（變接截面連續(xù)梁兩側(cè)各一聯(lián)，共2聯(lián)）等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，橋梁寬度23.5m，橋墩采用帶橫梁雙立柱橋墩，基礎(chǔ)均為承臺(tái)配樁基，橋臺(tái)采用樁接蓋梁形式。

根據(jù)野外鉆探揭露的地層情況結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料總體研究，這次勘察深度范圍內(nèi)場(chǎng)地地基土成因類型及沉積時(shí)代自上而下依次為：第四系全新統(tǒng)人工堆積層（Q2ml4），第四系全系統(tǒng)沖洪積層（Q1al+pl4），第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積層（Qeol3）、第四系上更新統(tǒng)沖洪積層（Qal+pl3），第四系中更新統(tǒng)沖洪積層（Qal+pl2），本次勘察未揭穿。巖性以人工填土、粉土、濕陷性黃土、粉質(zhì)粘土、圓礫、礫砂為主。本橋下部橋墩標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)采用承臺(tái)配樁基，樁基礎(chǔ)均按摩擦樁設(shè)計(jì)，樁徑1.5m。3×35m等截面預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)橋墩基礎(chǔ)承臺(tái)尺寸為10.3m（橫橋向）×10.3m（縱橋向）×2.5m（度），承臺(tái)下樁基為3排9根φ1.5m的樁基，采用鉆孔灌注樁，樁間距為3.9m。標(biāo)準(zhǔn)跨橋墩布置圖如圖1所示。

3.2樁基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

方案一：先采用素土擠密樁處理濕陷性黃土，處理完檢驗(yàn)濕陷性完全消除后再施工樁基礎(chǔ)。處理示意圖如圖2所示。方案二：工期緊時(shí)，采用不預(yù)先處理地基，設(shè)計(jì)可直接加長(zhǎng)由于濕陷引起的樁長(zhǎng)。

3.3經(jīng)濟(jì)比較

以單個(gè)承臺(tái)下樁基造價(jià)進(jìn)行比較。經(jīng)計(jì)算素土擠密處理后樁長(zhǎng)為55m（素土擠密樁處理長(zhǎng)度10m），不處理直接加長(zhǎng)樁長(zhǎng)為75m?；炷凉嘧毒C合單價(jià)1500元/m，素土擠密樁綜合單價(jià)22元/m。

圖1　標(biāo)準(zhǔn)跨橋墩布置圖

圖2　橋墩素土擠密樁平面布置圖

方案一：9×55×1500+441×10×22=83.95萬(wàn)元。

方案二：9×75×1500=101.25萬(wàn)元。

3.4方案比選

相對(duì)而言，方案一造價(jià)相對(duì)低，但施工周期長(zhǎng)，施工噪聲大、振動(dòng)大，在公路中運(yùn)用相對(duì)多，市政工程由于各種市政管線的影響有時(shí)候受制約；方案二縮短施工周期，但造價(jià)大、樁長(zhǎng)加長(zhǎng)施工中易塌孔。

4　完善道路橋梁設(shè)計(jì)的措施

4.1對(duì)道路橋梁設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理優(yōu)化

在對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合比選的過程當(dāng)中，需要將對(duì)道路橋梁主體結(jié)構(gòu)的分析作為第一工作內(nèi)容。根據(jù)道路橋梁工程項(xiàng)目在社會(huì)層面，經(jīng)濟(jì)層面，以及文化層面的不同要求，進(jìn)行設(shè)計(jì)控制，以確保設(shè)計(jì)方案的合理性與經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)所提供的多個(gè)備選方案，從施工技術(shù)的可行性，人員配置，操作便捷性，工期，施工工藝，以及經(jīng)濟(jì)性等多個(gè)方面入手，綜合優(yōu)選各方面條件最佳的施工方案，從而確保路橋項(xiàng)目施工的順利開展以及其建設(shè)質(zhì)量的理想與安全。結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況來看，當(dāng)前主要涉及到的橋梁結(jié)構(gòu)形式有標(biāo)準(zhǔn)跨度以及大跨度兩種類型，通過對(duì)造價(jià)、裝配以及施工難度的對(duì)比，建議以標(biāo)準(zhǔn)跨度為首選結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

4.2對(duì)道路橋梁設(shè)計(jì)階段進(jìn)行系統(tǒng)質(zhì)量控制

道路橋梁施工作業(yè)的開展是以設(shè)計(jì)方案為依據(jù)所展開的，因此設(shè)計(jì)方案中的具體內(nèi)容與參數(shù)都可能影響到橋梁結(jié)構(gòu)的整體安全性。為了確保其質(zhì)量理想，設(shè)計(jì)人員需要在展開對(duì)道路橋梁設(shè)計(jì)工作的過程當(dāng)中，以設(shè)計(jì)方案符合現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范為首要關(guān)注內(nèi)容，同時(shí)積極展開研究創(chuàng)新，確保設(shè)計(jì)方案的先進(jìn)性。同時(shí)，在設(shè)計(jì)人員進(jìn)行創(chuàng)新的過程中，可根據(jù)道路橋梁工程建設(shè)的實(shí)際情況，評(píng)估新型技術(shù)，新型工藝，以及新型設(shè)備的成熟度，將其與傳統(tǒng)技術(shù)、工藝、設(shè)備相結(jié)合，在優(yōu)化設(shè)計(jì)施工質(zhì)量的同時(shí)，確保設(shè)計(jì)施工全程的安全性。

5　結(jié)束語(yǔ)

除此之外，筆者認(rèn)為，還需要積極主動(dòng)借鑒國(guó)外豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與成熟的設(shè)計(jì)成果，與國(guó)外公路橋梁設(shè)計(jì)優(yōu)秀企業(yè)進(jìn)行合作交流，學(xué)習(xí)他們先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念與設(shè)計(jì)技巧，并將其融入到我國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)過程中，取長(zhǎng)補(bǔ)短，使我國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)更加優(yōu)化，進(jìn)一步使我國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)的安全性以及橋梁耐久性得到有效強(qiáng)化，最終為我國(guó)公路橋梁建設(shè)事業(yè)的發(fā)展起到推波助瀾的作用。

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U442.5

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2015-4-20