文/中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司 丁義馨交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院 馬新 閆瑾

不良地質(zhì)災(zāi)害與橋涵結(jié)構(gòu)選型關(guān)系的探討

文/中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司 丁義馨
交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院 馬新 閆瑾

云南地處低緯高原，地理位置特殊，地形地貌起伏大，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，給設(shè)計(jì)帶來了空前的難度。本文以云南昭通至四川樂山高速公路項(xiàng)目（簡稱“昭樂高速公路”）串絲至佛耳巖段為依托，探討不良地質(zhì)災(zāi)害地區(qū)的橋梁選型選址問題。

項(xiàng)目特點(diǎn)

昭樂高速公路串絲至佛耳巖段，起于昭通市鹽津縣串絲鄉(xiāng)，與銀（川）昆（明）高速公路在串絲服務(wù)區(qū)南相接，路線終點(diǎn)位于云南省綏江縣佛耳巖，與四川成（都）麗（江）高速公路屏山新市至金陽段高速公路新市支線跨金沙江特大橋云南岸相接。

該項(xiàng)目的最大特點(diǎn)是橋隧比高、地質(zhì)條件復(fù)雜：全線橋隧比高達(dá)85%，橋涵結(jié)構(gòu)物主要為跨越河流、道路、橫向陡坡、山間凹地、溝谷（尤其是呈“U”形、“V”形、“W”形的丘巒溝谷）而設(shè)，相對(duì)于線位高程，許多溝谷深度約達(dá)50m至60m；全線橋梁橋位處地質(zhì)條件一般，孔跨布置及標(biāo)高基本不受洪水位控制；部分橋梁場(chǎng)地狹窄險(xiǎn)峻，交通運(yùn)輸條件不便，施工組織困難大。

全線橋隧交替相連，高墩橋梁多。大橋及中橋的橋型選擇、橋長擬定及孔跨布置，主要根據(jù)橋位處路線走向、地形地質(zhì)、河（溝）床特征、施工和養(yǎng)護(hù)條件，橋梁、涵洞設(shè)計(jì)遵循按照“技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟(jì)合理”的公路設(shè)計(jì)基本原則，充分吸收符合山區(qū)橋梁建設(shè)的新理論、新材料、新工藝。

全線橋梁多為峽谷橋梁、縱橫向地勢(shì)陡峭，橋墩難以立足，同時(shí)橋墩施工工作面開挖會(huì)帶來大規(guī)模滑塌；地勢(shì)平緩區(qū)多為崩坡堆積體，易坍塌，墩臺(tái)工程安全性受影響；兩側(cè)峽谷多危巖落石，有掉落危險(xiǎn)，因此，該項(xiàng)目的橋梁設(shè)計(jì)，地質(zhì)因素為其中較大的控制因素，局部情況下會(huì)影響橋梁方案的選擇。

不良地質(zhì)災(zāi)害對(duì)橋梁選型的影響

在設(shè)計(jì)該項(xiàng)目橋梁方案時(shí)，除了常規(guī)的橋梁布設(shè)控制因素以外，還需要充分考慮橋涵構(gòu)造物可能引發(fā)的不良地質(zhì)問題，以及工程地質(zhì)次生災(zāi)害對(duì)工程安全的影響，采用合理的橋梁結(jié)構(gòu)形式、綜合防護(hù)支擋措施，降低工程安全風(fēng)險(xiǎn)，保證施工期間及后期運(yùn)營的工程安全。因此，需要明確各種不良地質(zhì)災(zāi)害對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全的影響。

滑坡

滑坡對(duì)道路安全有較大影響，因此，路線線位選擇時(shí)應(yīng)避讓滑坡，盡量沿滑坡后緣地帶經(jīng)過，減少對(duì)橋梁的影響。

崩坡堆積體

路線沿線分布有較多崩坡堆積體，公路切坡后坡體上的崩坡堆積體受到擾動(dòng)且形成臨空面，容易在暴雨等不利因素的影響下發(fā)生滑動(dòng)變形，對(duì)公路未來運(yùn)營有安全隱患。對(duì)該類型路段的橋梁，首先要避免對(duì)原地表過度開挖，以減少對(duì)崩坡積體的擾動(dòng)，避免誘發(fā)其滑動(dòng)，應(yīng)適當(dāng)延長橋梁長度，降低橋臺(tái)高度，采用柱式臺(tái)，在滿足凍深、沖刷等要求下降低承臺(tái)、系梁的埋置深度，采用樁基礎(chǔ)，以減少對(duì)原地表的開挖；其次，要加強(qiáng)地質(zhì)調(diào)查和工點(diǎn)勘測(cè)工作，探明崩坡堆積體范圍、厚度，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，加長樁長，保證樁基進(jìn)入穩(wěn)定巖層一定深度。

危巖落石

路線范圍內(nèi)有多處危巖段落，現(xiàn)狀整體處于欠穩(wěn)定-基本穩(wěn)定狀態(tài)，危巖體在地震、自重、后壁靜水壓力的作用下可能發(fā)生傾倒、墜落、掉塊等破壞，現(xiàn)場(chǎng)踏勘發(fā)現(xiàn)，危巖段落地表有大小不一的落石存在，也證明了其危害性。由于危巖段落多屬于橫向山體陡峭路段，需設(shè)置橋梁通過。經(jīng)過對(duì)區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有高速公路的調(diào)查了解，運(yùn)營期間危巖落石砸斷橋梁時(shí)有發(fā)生。故在橋梁方案和結(jié)構(gòu)形式上做出針對(duì)性方案，以減少對(duì)其的危害。首先，通過路線平面調(diào)整，加大橋梁與危巖橫向間距；其次，上部結(jié)構(gòu)形式推薦采用簡支體系，便于后期換梁、維修；再次，結(jié)合防護(hù)設(shè)計(jì)，根據(jù)地形對(duì)橋梁通過段設(shè)置攔石墻及被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)等措施，以降低或減少危害。

順向坡

區(qū)域內(nèi)順向坡的巖性以砂巖、泥巖、頁巖為主，互層及差異性風(fēng)化，在開挖后形成臨空面，有上路塹整體滑動(dòng)的危險(xiǎn)。對(duì)深入順層挖方路塹段的橋梁有一定危害，在設(shè)計(jì)時(shí)需結(jié)合路基防護(hù)統(tǒng)一考慮，放緩邊坡坡率，對(duì)橋頭段設(shè)置上支擋及加固措施。

斷層

當(dāng)路線經(jīng)過斷層為非活動(dòng)斷層帶時(shí)候，斷層帶巖層一般風(fēng)化較為嚴(yán)重，巖體較為破碎，同時(shí)地下水發(fā)育，此種狀況應(yīng)避免設(shè)置墩臺(tái)，盡量將橋臺(tái)布置與斷層同一盤，首選下盤，當(dāng)路線走向無法避讓斷層時(shí)，采取大跨徑跨越方式，同時(shí)采用結(jié)構(gòu)簡支體系，這樣處理斷層對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全影響基本較小。

不良地質(zhì)區(qū)域橋梁設(shè)計(jì)方案對(duì)策

在充分明確各種不良地質(zhì)災(zāi)害對(duì)橋梁工程安全危害之后，應(yīng)根據(jù)其具體特點(diǎn)有針對(duì)性地選擇合理、有效、經(jīng)濟(jì)的處理措施，綜合采用加大跨徑、合理選擇橋臺(tái)形式、上部結(jié)構(gòu)形式、增加支擋設(shè)施等措施方式予以處理。

首先，橋梁的方案布設(shè)一定要結(jié)合路線走向，地質(zhì)條件、地形條件綜合選擇，對(duì)于跨斷層帶及危巖區(qū)的橋梁，首選結(jié)構(gòu)簡支體系，由于該類體系屬于靜定結(jié)構(gòu)體系，吸收橋墩變形能力較大，不會(huì)引起次內(nèi)力，后期養(yǎng)護(hù)方便，若發(fā)生落石砸壞上部結(jié)構(gòu)，更換上部梁體較連續(xù)體系結(jié)構(gòu)方便。在此項(xiàng)目中，干溪溝大橋橋頭在隧道施工中，發(fā)生地表開裂情況，該橋采用了簡支體系。對(duì)于位于崩坡堆積體范圍內(nèi)的橋梁，橋墩首選實(shí)體墩，以提供較強(qiáng)的抗撞擊能力，保證落石擊中下橋梁的安全；橋臺(tái)盡量選用坐板臺(tái)，加大抗滑移能力。

其次，針對(duì)不同的地質(zhì)災(zāi)害類型，細(xì)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，位于崩坡堆積體的橋臺(tái)，填高按不高于6m控制，避免使用柱式臺(tái)，但是對(duì)于位于填方區(qū)的橋臺(tái)可采用柱式臺(tái)，結(jié)合該項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于橫向地形高差大的橋臺(tái)，推薦使用扶壁式橋臺(tái)，可以有效適應(yīng)地形高差。

在進(jìn)行橋墩設(shè)計(jì)時(shí)候，需根據(jù)橫向地勢(shì)的高差，合理設(shè)計(jì)系梁。位于上坡上的墩臺(tái)，不宜采用肋板式臺(tái)，為減少開挖系梁、承臺(tái)適當(dāng)抬高脫空部分應(yīng)加強(qiáng)，樁到基巖邊的凈距大于樁基直徑，柱高按基巖邊的凈距大于樁基直徑處計(jì)算。

橋梁下部結(jié)構(gòu)在橋墩高度小于30m時(shí)可采用圓柱墩，圓柱式橋墩的樁柱結(jié)合部當(dāng)橋墩大于5m時(shí)設(shè)置底系梁，水中橋墩系梁底面一般宜設(shè)在低水位以下50cm處，岸上系梁頂面宜位于地表面附近處，以方便施工。

對(duì)于橫向地面高差較大的橋墩，不設(shè)置樁頂系梁，左右墩頂標(biāo)高分開獨(dú)立確定，按照高處樁頂，直接設(shè)置墩柱系梁(見圖1)。

圖1 橫向地面高差較大的橋墩設(shè)置圖

再次，需要加強(qiáng)橋墩、橋臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，摩擦樁一般可不采用通長配筋，主筋的截?cái)辔恢每筛鶕?jù)實(shí)際情況具體確定；但位于崩坡堆積體處的橋梁若采用摩擦樁應(yīng)選用通長配筋，提高樁基強(qiáng)度，樁身長度應(yīng)穿過液化土層和軟弱土層，進(jìn)入穩(wěn)定層的深度不應(yīng)小于4倍樁基直徑。

最后，加強(qiáng)與路基專業(yè)的設(shè)計(jì)溝通，在通過地勢(shì)陡峭、不穩(wěn)定區(qū)域的橋梁。首先進(jìn)行清表，采用錨桿框架梁、錨索框架梁、抗滑樁、護(hù)面墻等支擋方式，橋梁施工先穩(wěn)定邊坡后?；娱_挖的坡率需由路基專業(yè)確定，特殊情況下需進(jìn)行工點(diǎn)驗(yàn)算。該項(xiàng)目在設(shè)計(jì)過程中，全過程與路基專業(yè)配合，對(duì)全線不良地質(zhì)設(shè)置橋梁段落，均進(jìn)行了加固。