馬 勤

（蘇交科集團(tuán)股份有限公司 南京市 210017）

山區(qū)高速公路橋梁橋臺(tái)選型探討

馬 勤

（蘇交科集團(tuán)股份有限公司 南京市 210017）

結(jié)合具體工程實(shí)例，就山區(qū)高速公路橋梁橋臺(tái)選型進(jìn)行探討。詳細(xì)分析了山區(qū)高速公路橋梁各種橋臺(tái)型式的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍，明確山區(qū)高速公路橋臺(tái)選型應(yīng)堅(jiān)持因地制宜、綜合設(shè)計(jì)、具體情況具體分析的原則，從更安全、更經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，選擇合理的橋臺(tái)型式。

山區(qū)高速公路；橋臺(tái)選型；安全；經(jīng)濟(jì)；合理

山區(qū)高速公路橋梁，因受山區(qū)高速公路地形、地質(zhì)復(fù)雜，變化頻繁，橫坡陡、巖溶、滑坡、不穩(wěn)定斜坡、崩塌、陡岸、煤層等不良地質(zhì)現(xiàn)象普遍存在的影響，具有集彎橋、斜橋、高墩、大跨于一身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。即在山區(qū)高速公路中，路線布設(shè)時(shí)平、縱、橫三個(gè)方面都受到約束，使得山區(qū)高速公路中彎坡橋多、高墩大跨橋多、墩臺(tái)形式多。在同一個(gè)項(xiàng)目中橋臺(tái)型式可能有多種，橋臺(tái)選型應(yīng)堅(jiān)持因地制宜、綜合設(shè)計(jì)、具體情況具體分析的原則，從更安全、更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保的角度出發(fā)，以使橋臺(tái)型式的設(shè)計(jì)更加安全經(jīng)濟(jì)合理。

1　橋臺(tái)型式的選擇

1.1項(xiàng)目概況

盤縣至興義高速公路是貴州省“678網(wǎng)”高速公路網(wǎng)規(guī)劃中七縱之一昭通至安龍高速的重要組成部分，是大西南南下出海的又一條大通道。項(xiàng)目起于水盤高速和滬昆高速交叉的海鋪互通，終于汕昆高速興義東互通，全線約88km。根據(jù)項(xiàng)目所處地形地貌及路線設(shè)計(jì)特點(diǎn)，該項(xiàng)目橋梁橋臺(tái)型式復(fù)雜多樣化。本文旨在通過兩所具有代表性的特大橋橋臺(tái)設(shè)計(jì)方案，探討山區(qū)高速公路橋梁橋臺(tái)選型的思路及方法。

1.2橋臺(tái)選型設(shè)計(jì)

1.2.1背武甲大橋橋臺(tái)選型

背武甲特大橋位于中低山地貌區(qū)，橋梁斜跨深切“V”型溝谷，盤縣岸橋臺(tái)位于背武甲村，興義岸橋臺(tái)位于中坡地村，橋梁斜跨背武甲溝谷，線路與溝谷交角為58°。上部采用30m、40m后張預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，先簡支后連續(xù)—?jiǎng)倶?gòu)。下部構(gòu)造采用雙柱式墩，鉆孔樁基礎(chǔ)和薄壁空心墩，承臺(tái)鉆孔樁基礎(chǔ)；盤縣側(cè)左線橋臺(tái)采用樁柱式臺(tái)；右線橋臺(tái)采用重力式U型臺(tái)樁基礎(chǔ)；興義側(cè)左、右線橋臺(tái)采用重力式U型臺(tái)擴(kuò)大基礎(chǔ)。

背武甲大橋左右線興義側(cè)橋臺(tái)地質(zhì)為二疊系下統(tǒng)茅口組，巖性主要為淺海相灰?guī)r，灰黑色燧石灰?guī)r，夾薄層燧石，中～塊狀。項(xiàng)目采用了重力式U型橋臺(tái)擴(kuò)大基礎(chǔ)，這種橋臺(tái)主要是靠自重來平衡臺(tái)后土壓力，橋臺(tái)本身多由石砌、片石混凝土等圬工材料建造，并用就地澆筑的方法施工。背武甲大橋興義側(cè)土層為全風(fēng)化巖層，地基承載力fao=2000kPa。巖層性質(zhì)好，土層單一且地質(zhì)承載能力高。使用重力式U型橋臺(tái)擴(kuò)大基礎(chǔ)，既滿足了承載力要求，又節(jié)約了工程造價(jià)。

背武甲大橋左線盤縣側(cè)橋臺(tái)地質(zhì)屬于二疊系龍?zhí)督M，一套海陸交替相含煤沉積，主要由灰?guī)r、灰黑色砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖及褐灰色砂巖、灰色泥頁巖組成，時(shí)含磷鐵礦，在區(qū)內(nèi)含煤主要有6層，單層厚度一般0.5～2.5m。背武甲大橋左線盤縣側(cè)橋臺(tái)采用了樁柱式橋臺(tái)。樁柱式橋臺(tái)主要承受橋跨結(jié)構(gòu)傳來的豎向力和水平力，各種土壤地基都適宜，但是對(duì)臺(tái)后填土高度有要求，一般填土高度大于5m就不再使用樁柱式橋臺(tái)。背武甲大橋左線盤縣側(cè)橋臺(tái)位于挖方段，存在多種土層且各土層承載能力相對(duì)較差，不適合使用重力式橋臺(tái)。采用樁柱式橋臺(tái)可以滿足地基承載力要求，也避免了大量的基礎(chǔ)開挖，減少了邊坡防護(hù)工程。右線盤縣側(cè)橋臺(tái)采用整體式橋臺(tái)，即重力式橋臺(tái)接樁基。盤縣右側(cè)橋臺(tái)處縱橫坡明顯陡于左線，土層中存在煤層，且第一孔存在下穿路。設(shè)計(jì)時(shí)，為了保護(hù)下穿路，考慮縱橫坡較陡的情況，采用了重力式橋臺(tái)接樁基的型式。這種橋臺(tái)具有整體性好，穩(wěn)定性高，施工相對(duì)簡單的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)榭v坡較陡，該橋臺(tái)側(cè)墻垂直可以直接接路基擋墻，從而有效防止挖方滑坡。另這種橋臺(tái)可以直接接路肩墻或通過側(cè)墻避免臺(tái)前溜坡，不會(huì)對(duì)下穿路造成不利的影響。

1.2.2司家寨大橋橋臺(tái)選型

司家寨大橋位于貴州省盤縣大山鎮(zhèn)司家寨，橋梁處于大山互通范圍內(nèi)。橋址區(qū)地處構(gòu)造剝蝕中山區(qū)，地形起伏大，海拔高程1730～1820m，相對(duì)高差50～90m。構(gòu)造剝蝕作用強(qiáng)烈，山體走向受構(gòu)造和巖性控制，峰脊與溝谷相間出現(xiàn)，溝深坡陡，植被發(fā)育一般，是較為典型的高原山地景觀。盤縣岸橋臺(tái)位于斜坡中上部，興義岸橋臺(tái)位于半山緩斜坡地帶。兩岸橋臺(tái)位置斜坡坡度均較緩，坡度8°～26°。上部構(gòu)造為40m后張預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，先簡支后連續(xù)—?jiǎng)倶?gòu)、簡支橋面連續(xù)。下部結(jié)構(gòu)橋墩采用雙柱式墩、空心墩，鉆孔樁基礎(chǔ)。起點(diǎn)側(cè)盤縣岸采用肋板式橋臺(tái)，終點(diǎn)側(cè)興義岸采用板凳式橋臺(tái)。

盤縣岸斜坡上部覆蓋層較薄，厚度一般0.7～3.8m，土層以下為厚度8～12m的全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，中、上部植被發(fā)育較好，以喬木和灌木為主，斜坡下部主要為耕地，以農(nóng)作物為主。興義岸斜坡覆蓋層較厚，一般0.8～3.0m，下伏全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，

2　山區(qū)高速公路常用橋臺(tái)類型、特點(diǎn)及應(yīng)用

厚度8～12m，植被發(fā)育較差，多以地被植物為主。司家寨大橋起終點(diǎn)側(cè)橋臺(tái)所處縱橫坡坡度較平緩，且均處于填方路基段。橋位處存在煤層等不良地質(zhì)，地基承載能力弱，可以采用肋板臺(tái)、樁柱式臺(tái)和板凳臺(tái)。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)填土高度起點(diǎn)側(cè)采用肋板式橋臺(tái)，終點(diǎn)側(cè)可以采用樁柱式臺(tái)或板凳臺(tái)，因考慮土層性質(zhì)，采用雙排樁橋臺(tái)的承載能力更強(qiáng)，穩(wěn)定性更好。因此終點(diǎn)側(cè)橋臺(tái)選用板凳臺(tái)能有效地抵抗臺(tái)后填土造成的土壓力，預(yù)防橋臺(tái)滑移，提高橋臺(tái)的整體穩(wěn)定性。

橋臺(tái)較常用的結(jié)構(gòu)型式有重力式橋臺(tái)、輕型橋臺(tái)、組合式橋臺(tái)和拱橋橋臺(tái)等。

以上兩個(gè)工程實(shí)例主要用到了重力式U臺(tái)擴(kuò)大基礎(chǔ)，重力式U臺(tái)樁基礎(chǔ)、樁柱式橋臺(tái)、肋板臺(tái)、板凳臺(tái)等（見圖1）。每種橋臺(tái)都有自己的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)和適用范圍，在具體橋臺(tái)選型時(shí)，要根據(jù)橋臺(tái)所處地形、地質(zhì)、地貌、縱橫坡、填土高度等情況來選擇適合的橋臺(tái)型式。

2.1重力式U形橋臺(tái)擴(kuò)大基礎(chǔ)

重力式U型橋臺(tái)主要由臺(tái)帽、臺(tái)身和剛性基礎(chǔ)三部分組成，見圖1（a）。這種橋臺(tái)主要依靠橋臺(tái)自重來平衡臺(tái)后的土壓力，并支承上部結(jié)構(gòu)的主梁。用于填土高度在8～10m以下或者跨度稍大的橋梁。具有施工簡單，取材方便的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是橋臺(tái)體積和自重較大，增加了對(duì)地基承載力的要求。在土層不好，地基承載力不足，土層變化較大的地方不宜使用。當(dāng)橋臺(tái)處于橫坡較陡的地方時(shí)，也不宜采用U型橋臺(tái)擴(kuò)大基礎(chǔ)的型式，因?yàn)椴捎么朔N橋臺(tái)會(huì)造成橋梁一側(cè)開挖較大，形成較高邊坡，增加額外的無法預(yù)估的防護(hù)工程。在縱坡較陡的地方同樣也不宜用U型橋臺(tái)擴(kuò)大基礎(chǔ)的型式，因?yàn)檫@種橋臺(tái)在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮橋臺(tái)的安全距離，基礎(chǔ)不能托空等因素。在縱坡較陡的情況下，設(shè)計(jì)時(shí)往往為了保證橋臺(tái)的安全距離，防止基礎(chǔ)托空，將基礎(chǔ)埋置的很深，從而增大了橋臺(tái)的設(shè)計(jì)高度。這必然會(huì)導(dǎo)致橋臺(tái)開挖量增加，邊坡防護(hù)增高，施工難度增大，臺(tái)背填土難以實(shí)現(xiàn)等一系列問題。

2.2重力式U臺(tái)樁基礎(chǔ)

重力式U臺(tái)樁基礎(chǔ)，是重力式U臺(tái)和樁基的結(jié)合，見圖1（b）。和重力式U臺(tái)擴(kuò)大基礎(chǔ)一樣，這種橋臺(tái)主要靠U臺(tái)自重來平衡臺(tái)后土壓力。不同之處在于，這種橋臺(tái)采用U臺(tái)與樁基礎(chǔ)之間設(shè)置承臺(tái)的形式，具有整體性好，剛度大，抗傾覆能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，因?yàn)闃蚺_(tái)采用承臺(tái)接樁基礎(chǔ)的形式，設(shè)計(jì)時(shí)只要確保承臺(tái)底面埋入地面以下，就可以避免采用擴(kuò)大基礎(chǔ)時(shí)，為確?；茁裰玫陌踩嚯x而對(duì)山體進(jìn)行大量開挖。但因?yàn)檫@種橋臺(tái)的臺(tái)身仍然采用圬工材料，因此其臺(tái)身自重仍然比較大，對(duì)地質(zhì)條件要求也相對(duì)較高。故在地質(zhì)條件較好，橋梁縱橫坡較陡的地方可以采用這種橋臺(tái)型式。重力式U臺(tái)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是重力式U臺(tái)身與承臺(tái)之間的聯(lián)系。設(shè)計(jì)時(shí)可以將橋臺(tái)臺(tái)身與承臺(tái)連接的1m范圍高的側(cè)墻及前墻用混凝土澆筑，承臺(tái)與過渡部分之間用鋼筋錨固，并將錨固鋼筋與承臺(tái)鋼筋焊接?；炷翝沧⒔Y(jié)束后在過渡段混凝土頂面插放“石筍”，橋臺(tái)臺(tái)身采用片石混凝土材料以確保重力式U臺(tái)與承臺(tái)間的有效連接。此外，重力式U臺(tái)擴(kuò)大基礎(chǔ)和重力式U臺(tái)接樁基礎(chǔ)兩種橋臺(tái)其上部都是采用重力式U臺(tái)，橋臺(tái)的兩個(gè)側(cè)墻之間填土容易積水，結(jié)冰后凍脹，使側(cè)墻產(chǎn)生裂縫。所以在使用重力式U型臺(tái)時(shí)，宜用滲水性較好的土夯填，并做好后臺(tái)排水措施。

工程中，我們還會(huì)用到一種改進(jìn)的整體式橋臺(tái)—一字型橋臺(tái)。這種橋臺(tái)臺(tái)身與樁基礎(chǔ)之間仍然采用承臺(tái)連接，前墻進(jìn)行優(yōu)化。前墻垂直設(shè)計(jì)并采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以減少圬工體積，從而降低橋臺(tái)臺(tái)身重量。一字型橋臺(tái)具有重力式U臺(tái)樁基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)，解決了承臺(tái)與圬工臺(tái)身之間的銜接問題，克服了臺(tái)身自重大的缺點(diǎn)。故這種橋臺(tái)在地基承載能力較弱，橋位處縱橫坡較大，不宜設(shè)置前臺(tái)溜坡的情況下均可使用。

2.3輕型橋臺(tái)

輕型橋臺(tái)主要包括柱式橋臺(tái)、肋板臺(tái)和薄壁臺(tái)，見圖1（e）、圖1（c），其中薄壁輕型橋臺(tái)常用的有懸臂式、扶壁式、撐墻式及箱式等。輕型橋臺(tái)均由鋼筋混凝土材料建筑，其主要特點(diǎn)是利用結(jié)構(gòu)自身的抗彎能力來減少圬工量，使橋臺(tái)重量輕型化。鋼筋混凝土薄壁橋臺(tái)是由扶壁式擋墻和兩側(cè)的薄壁側(cè)墻構(gòu)成，因此具有擋土功能，同時(shí)因自重減輕而減少了對(duì)地基的壓力，故適用于軟弱地基，但具有構(gòu)造和施工較復(fù)雜，鋼筋用量多的缺點(diǎn)。柱式橋臺(tái)和肋板式橋臺(tái)屬于埋置式輕型橋臺(tái)，主要由臺(tái)帽、鋼筋混凝土臺(tái)身、樁基組成。鋼筋混凝土臺(tái)身與樁基礎(chǔ)之間采用承臺(tái)連接。肋板式橋臺(tái)臺(tái)身采用鋼筋混凝土代替圬工材料，橋臺(tái)自重小，可以用在填土高度大，地基承載力不好的土層，而柱式橋臺(tái)適用于填土不高的各種土層。埋置式橋臺(tái)將臺(tái)身埋在錐坡中，只露出臺(tái)帽在外以安置支座及上部結(jié)構(gòu)。這樣橋臺(tái)所受的土壓力大為減少，橋臺(tái)的體積也就相應(yīng)的減少。受力特征上，豎向力由樁基承受，臺(tái)后土壓力一部分由樁基承受，另一部分由臺(tái)前溜坡抵消。也正是柱式橋臺(tái)和肋板式橋臺(tái)設(shè)置了臺(tái)前溜坡，會(huì)出現(xiàn)壓縮河道，侵占路基等情況。尤其是在小跨徑橋梁中，為了避免臺(tái)前溜坡侵入河道或路基范圍，往往會(huì)加大橋梁跨徑，使得橋梁設(shè)計(jì)不太合理。肋板式橋臺(tái)和柱式橋臺(tái)都可以用在山區(qū)高速公路橋梁中，但是對(duì)河道和路基范圍有要求的橋梁，一般不采用。

2.4組合式橋臺(tái)

組合式橋臺(tái)是為了使橋臺(tái)輕型化，橋臺(tái)本身主要承受橋跨結(jié)構(gòu)傳來的豎向力和水平力，而臺(tái)后的土壓力由其他結(jié)構(gòu)來承受的橋臺(tái)型式。常見的組合式橋臺(tái)有過梁式、加筋土組合橋臺(tái)、橋臺(tái)與擋土墻組合和框架式組合橋臺(tái)等形式。橋臺(tái)與擋土墻組合橋臺(tái)由輕型橋臺(tái)支承上部結(jié)構(gòu)，臺(tái)后設(shè)擋墻承受土壓力。這種橋臺(tái)的臺(tái)身與擋墻分離，上端做伸縮縫，具有受力明確，節(jié)省造價(jià)的優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)該種橋臺(tái)時(shí)應(yīng)考慮兩個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：一是重力式擋墻的設(shè)計(jì)，一是兩種不同結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)之間的分離式處理。對(duì)于擋土墻的設(shè)計(jì)，需要進(jìn)行抗傾覆和抗滑移性能驗(yàn)算，可以通過重力式擋土墻的土壓力理論對(duì)擋土墻受力進(jìn)行合理分析，從而設(shè)計(jì)出既經(jīng)濟(jì)合理又安全可靠的擋土墻。對(duì)于兩種不同結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)之間的分離式處理，在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該考慮相應(yīng)的施工順序組織來確保分離式結(jié)構(gòu)的安全可靠。因此除了在橋面分離部位設(shè)置伸縮縫外，還可以在下部結(jié)構(gòu)施工順序上加以控制。可先施工橋臺(tái)后施工擋墻，待擋墻施工完成現(xiàn)有基坑回填壓實(shí)后再進(jìn)行輕型橋臺(tái)樁基的施工。采用瀝青瑪蹄脂填料填塞臺(tái)后擋墻與橋臺(tái)蓋梁之間的間隙，在擋墻頂部與路基銜接段設(shè)置搭板。組合式橋臺(tái)可以用在各種山區(qū)高速公路橋梁中，設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)橋臺(tái)位置處的具體情況選擇合理的橋臺(tái)組合型式。

3　橋臺(tái)型式選擇的原則及選型思路

3.1橋臺(tái)型式選擇的原則

綜上所述，山區(qū)高速公路橋梁橋臺(tái)受山區(qū)地形地貌、路線設(shè)計(jì)及縱橫坡的影響，其型式是復(fù)雜多樣化的，設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)具體情況具體對(duì)待的原則，選擇合適的橋臺(tái)型式，使橋梁方案更加合理化。

3.2橋臺(tái)選型思路

在設(shè)計(jì)之初，橋臺(tái)設(shè)計(jì)選型首先要對(duì)橋梁地勘資料有準(zhǔn)確的把握，掌握第一手地勘材料。并結(jié)合地形與橋梁平面的線位走向以及橋梁的橫斷面、縱斷面坡度，根據(jù)橋臺(tái)位置處地形、地貌、地質(zhì)情況，擬定幾個(gè)可行的橋臺(tái)型式方案。最后再綜合各種橋臺(tái)型式的利弊及項(xiàng)目需要、經(jīng)濟(jì)指數(shù)確定最終的橋臺(tái)型式。一般來說，在工程地質(zhì)情況好，土層變化不大，地基承載力高，橋臺(tái)處縱橫坡平緩的情況下，可以采用重力式U型橋臺(tái)擴(kuò)大基礎(chǔ)的型式。在縱橫坡較陡的橋臺(tái)處，橋臺(tái)型式宜采用樁柱式橋臺(tái)、U型臺(tái)加樁基礎(chǔ)型式及樁柱式橋臺(tái)結(jié)合擋土墻的型式、一字型橋臺(tái)等型式。需要注意的是這幾種橋臺(tái)型式均采用樁基樁，在進(jìn)行樁基施工時(shí)需要注意對(duì)巖層進(jìn)行判斷，樁基礎(chǔ)必須嵌入弱風(fēng)化基巖層，且保證嵌巖深度，陡險(xiǎn)處更應(yīng)根據(jù)具體情況加大基礎(chǔ)埋深或嵌巖深度。

4　設(shè)計(jì)體會(huì)

一般平原區(qū)的橋臺(tái)型式基本上都適用于山區(qū)高速公路橋梁，只是由于山區(qū)高速公路橋梁受地形地質(zhì)及路線的影響，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜多樣化，橋臺(tái)型式也具有多樣化的特點(diǎn)。在對(duì)橋臺(tái)選型時(shí)，除了要考慮橋臺(tái)的填土高度，地基承載力的情況，還應(yīng)綜合考慮橋梁縱坡、橫坡的影響。要保證橋臺(tái)基礎(chǔ)的安全距離及嵌巖深度，避免出現(xiàn)過高的邊坡防護(hù)，基礎(chǔ)大開挖、基礎(chǔ)脫空等問題出現(xiàn)。在山嶺重丘區(qū)高速公路的橋臺(tái)型式建議多采用重力式U臺(tái)加樁基或者一字型橋臺(tái)的型式，也可以結(jié)合具體情況進(jìn)行多種型式的組合，以獲得更經(jīng)濟(jì)、更耐久、更安全的橋臺(tái)型式。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，橋臺(tái)型式的選擇，要根據(jù)具體情況具體對(duì)待的原則，從更加安全、更加經(jīng)濟(jì)、更加環(huán)保的角度出發(fā)，選擇合理的橋臺(tái)型式，使得橋梁方案更加合理化。

［1］ 廖朝華，等.公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)——墩臺(tái)與基礎(chǔ)［M］.2版.北京：人民交通出版社，2013.

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Discussion on Model Selection of Expressway Bridge Abutment in Mountainous Area

MA Qin

（JSTI GROUP，Nanjing 210017，China）

In combination with specific engineering project，the discussion on model selection of expressway bridge abutment in mountainous area is made.The features and application ranges of various kinds of bridge abutment types of expressway bridge in mountainous area are analyzed in detail，and adjustment measures to local conditions and comprehensive design for model selection of expressway bridge abutment in mountainous area are determined.Based on the principle of concrete analysis of concrete conditions，reasonable types of bridge abutment are selected from the safer and more economic viewpoint.

Expressway in mountainous area；Selection of bridge abutment；Safety；Economic；Reasonable

U443.21

B

1673-6052（2016）09-0014-05

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.09.004