郭 銳

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012）

當(dāng)山嶺區(qū)高速公路跨越溝谷時(shí)，在路基中心填高大于20 m的情況下，需要將路基方案與橋梁方案進(jìn)行充分比選后確定設(shè)計(jì)方案。但多數(shù)設(shè)計(jì)人員較為主觀地認(rèn)為橋梁方案安全便利，風(fēng)險(xiǎn)較小，往往在未進(jìn)行路橋方案比選的情況下采用橋梁方案。事實(shí)上，在所跨越地質(zhì)情況良好，溝底坡度相對(duì)較緩的溝谷時(shí)，采取路基方案往往可能會(huì)取得更加理想的效果[1-2]。

五臺(tái)至盂縣高速公路LJ7合同段范圍內(nèi)山高溝深，地形條件復(fù)雜，線位于山腰處布設(shè)，路線多次跨越自然沖溝，施工困難，進(jìn)度緩慢。為方便施工，加快進(jìn)度并節(jié)約投資，在綜合分析橋址處水文、地質(zhì)、地形情況及充分論證施工難度、經(jīng)濟(jì)效益、運(yùn)營(yíng)安全等因素后，最終決定將LJ7合同段范圍內(nèi)御棗口1號(hào)大橋及燈花2號(hào)大橋優(yōu)化為路基方案。LJ7合同段路線方案總體圖詳見(jiàn)圖1。

圖1 五盂高速公路LJ7合同段路線方案總體圖

1 工程概況

御棗口1號(hào)大橋?yàn)榭缭健癠”形沖溝所布設(shè)，橋梁全長(zhǎng)187 m，橋跨型式6×30 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，橋墩采用柱式墩及實(shí)心墩，橋臺(tái)采用柱式臺(tái)，基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋面距地面0～32 m，橋址處地質(zhì)情況由上往下依次為0.6～2.40 m厚碎石（Q4el+dl）、10.8～25.1 m厚強(qiáng)風(fēng)化黑云斜長(zhǎng)片麻巖（Arlnh）及11.0～19.70 m厚中風(fēng)化黑云斜長(zhǎng)片麻巖（Arlnh），橋址區(qū)所跨越?jīng)_溝地表無(wú)長(zhǎng)流水[3-4]。御棗口1號(hào)大橋橋型布置圖詳見(jiàn)圖2。

圖2 御棗口1號(hào)橋橋型布置圖（單位：mm）

燈花2號(hào)大橋?yàn)榭缭健癠”形沖溝所布設(shè)，橋梁全長(zhǎng)222 m，橋跨型式7×30 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，橋墩采用柱式墩及實(shí)心墩，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)采用重力臺(tái)，基礎(chǔ)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)。橋面距地面0～46 m，橋址處地質(zhì)情況由上往下依次為1～5.2 m厚碎石（Q4el+dl）、7.00～23.50 m厚強(qiáng)風(fēng)化黑云斜長(zhǎng)片麻巖（Arlnh）及6.00～17.60 m厚中風(fēng)化黑云斜長(zhǎng)片麻巖（Arlnh），橋址區(qū)所跨越?jīng)_溝地表無(wú)長(zhǎng)流水[3-4]。燈花2號(hào)大橋橋型布置圖詳見(jiàn)圖3。

圖3 燈花2號(hào)橋橋型布置圖（單位：cm）

2 橋改路優(yōu)化的原因

五盂高速公路LJ7合同段全長(zhǎng)4.93 km，線位于山腰處布設(shè)，跨越多條沖溝，合同段內(nèi)共設(shè)置大中橋梁3 080 m/10座，全線路基共分割成11段，且路線均在半山腰，自然地理?xiàng)l件復(fù)雜，施工難度極大。LJ7合同段施工現(xiàn)場(chǎng)情況見(jiàn)圖4。

圖4 LJ7合同段施工現(xiàn)場(chǎng)情況

2.1 在建設(shè)過(guò)程存在的問(wèn)題

a）本合同段內(nèi)梁板合計(jì)794片，梁板預(yù)制工作量大，施工現(xiàn)場(chǎng)無(wú)合適位置；現(xiàn)場(chǎng)地形條件復(fù)雜，便道修建難度大，預(yù)制梁運(yùn)輸困難且存在較大安全隱患。

b）本合同段內(nèi)橋梁數(shù)量較多，路基被橋梁分割，路基土石方調(diào)配難度大，基本均需隔橋調(diào)運(yùn)，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。

c）本合同段內(nèi)路基大部分均為挖方路塹，廢方數(shù)量較多，棄土運(yùn)量巨大，因棄土場(chǎng)距離較遠(yuǎn)且地形較困難，導(dǎo)致棄土困難。

2.2 解決方法

a）采取橋改路后形成的長(zhǎng)段落路基作為梁場(chǎng)，可以直接利用路基進(jìn)行制梁、存梁及運(yùn)梁。

b）橋改路后，可以盡快打通路基，較大程度減少隔橋調(diào)運(yùn)。

c）橋改路后形成的路基可就近利用大量挖余廢方，較大程度地減少棄方數(shù)量。

經(jīng)過(guò)多次研究和反復(fù)論證，最終確定了將御棗口1號(hào)大橋及燈花2號(hào)大橋調(diào)整為路基方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)思路。

3 橋改路方案可行性分析

3.1 水文條件分析

御棗口1號(hào)大橋橋址處匯水面積為0.026 km2，采用徑流厚度法計(jì)算流量為1.9 m3/s；燈花2號(hào)大橋橋址處匯水面積為0.096 km2，采用徑流厚度法計(jì)算流量為5.8 m3/s；橋改路后通過(guò)設(shè)置涵洞完全可以滿足上游排水要求。

3.2 地形、地質(zhì)條件分析

御棗口1號(hào)大橋橋下沖溝在路線區(qū)域內(nèi)溝底平均縱坡為9.64%，燈花2號(hào)大橋橋下沖溝在路線區(qū)域內(nèi)溝底平均縱坡為29.75%，溝底縱坡均相對(duì)較緩，有利于保證填筑路基的穩(wěn)定性。

上述兩橋梁所跨越?jīng)_溝上游溝底縱坡明顯變大，御棗口1號(hào)大橋右側(cè)上游溝底縱坡為43.21%，燈花2號(hào)大橋右側(cè)上游溝底縱坡為55.62%，該地形條件適宜將上游填平。填平區(qū)在施工過(guò)程中可作為施工場(chǎng)地，方便施工，施工完成后可進(jìn)行綠化。

御棗口1號(hào)大橋、燈花2號(hào)大橋橋址處及前后段挖方路基邊坡地質(zhì)情況主要為強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化黑云斜長(zhǎng)片麻巖，巖質(zhì)堅(jiān)硬，邊坡傾角為反傾路基方向，具有較好的自穩(wěn)能力，可充分利用前后側(cè)挖方邊坡挖余石方填筑路基，基本實(shí)現(xiàn)填挖平衡，填料滿足設(shè)計(jì)要求；溝底原地表所覆蓋碎石土層地基承載力可以滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 路基穩(wěn)定性分析

在進(jìn)行路堤穩(wěn)定性分析時(shí)，御棗口1號(hào)大橋選用K26+630處橫斷面作為典型計(jì)算斷面，燈花2號(hào)大橋選用K29+280處橫斷面作為典型計(jì)算斷面。根據(jù)路堤斷面形式擬定最不利滑面，利用理正巖土計(jì)算軟件，分別采用不平衡推力法和直線法分別對(duì)路堤的整體穩(wěn)定性進(jìn)行分析計(jì)算。根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）《高路堤與陡坡路堤穩(wěn)定安全系數(shù)表》（表3.6.11）中的相關(guān)內(nèi)容，在采用不平衡推力法和直線法計(jì)算分析路堤穩(wěn)定性時(shí)，安全系數(shù)選取1.30。根據(jù)計(jì)算所得剩余下滑力判斷路堤穩(wěn)定性，剩余下滑力小于0說(shuō)明邊坡穩(wěn)定，若剩余下滑力大于0則說(shuō)明邊坡不穩(wěn)定。典型計(jì)算斷面見(jiàn)圖5、圖6。

圖5 御棗口1號(hào)橋橋改路典型計(jì)算斷面

圖6 燈花2號(hào)橋橋改路典型計(jì)算斷面

根據(jù)類似填料的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，填料的C值取2 kPa，φ值取35°，基底滑面的 C值取0 kPa，φ值取35°，對(duì)選定的滑面進(jìn)行剩余下滑力計(jì)算。驗(yàn)算結(jié)果表明：御棗口1號(hào)橋、燈花2號(hào)橋橋改路基的路堤穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1所示。

表1 穩(wěn)定性計(jì)算成果匯總表

綜上所述，御棗口1號(hào)大橋及燈花2號(hào)大橋充分具備橋改路所需條件，橋改路方案可行。

4 橋改路優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

4.1 填筑坡率及防護(hù)形式

御棗口1號(hào)大橋調(diào)整為路基后，路堤高度8 m內(nèi)邊坡坡率為1∶1.5；大于8 m小于等于20 m的部分，邊坡坡率為1∶1.75；大于20 m的部分邊坡坡率為1∶2；在8 m、20 m及20 m以下每10 m分別設(shè)一級(jí)2 m寬平臺(tái)。

燈花2號(hào)大橋調(diào)整為路基后，因線位左側(cè)存在地方道路及魚(yú)塘，故將坡率變陡以收縮坡腳。路堤高度8 m內(nèi)邊坡坡率為1∶1.30；大于8 m小于等于32 m，邊坡坡率為1∶1.5；大于32 m的部分邊坡坡率為1∶1.75；在8 m、20 m、32 m及以下每12 m設(shè)一級(jí)2 m寬平臺(tái)。

上述兩處高填方路堤左側(cè)邊坡坡面采用拱形骨架+植草防護(hù)，為確保邊坡穩(wěn)定并收縮坡腳，在邊坡坡腳處增設(shè)3～5 m高護(hù)腳擋墻。

4.2 縱、橫向填挖交界處及陡坡路堤段特殊處理

對(duì)地面自然坡度陡于1∶5的斜坡路段，地表坡積碎石土層較松散，施工前必須清表，清表后路堤基底應(yīng)挖臺(tái)階，臺(tái)階寬度2～8 m，基底填筑碎石，嚴(yán)格控制黏土含量，確?；着潘槙?，避免地下水富集，危及邊坡穩(wěn)定，每隔一定距離設(shè)置深入基巖的防滑坎；為增強(qiáng)路堤的穩(wěn)定性及避免差異沉降的產(chǎn)生，對(duì)路基縱向填挖交界處以及半填半挖路基采用鋪設(shè)3層鋼塑格柵加筋處理。

4.3 防排水工程

a）御棗口1號(hào)大橋取消后增加1-1.5 m圓管涵，燈花2號(hào)大橋取消后增加1-2×2.5 m蓋板涵，以排除上游山體及路面匯水。

b）路堤左右側(cè)坡面每20 m設(shè)置一道路堤急流槽，路面攔水帶對(duì)應(yīng)位置設(shè)置開(kāi)口，將路面的水引入路堤急流槽，排至溝底。

c）路右側(cè)填整平區(qū)在山腳處設(shè)置環(huán)形截水溝，同時(shí)在溝口設(shè)置跌水臺(tái)階，將上游匯水引入環(huán)形截水溝。

d）在涵洞入口設(shè)置蓄水池，將路堤右側(cè)環(huán)形截水溝和排水溝的水引入蓄水池，通過(guò)涵洞流入下游溝內(nèi)。

e）在填石路堤邊坡外側(cè)增設(shè)1 m厚包邊土，以防止雨水滲入路堤，影響路堤坡體及基底的穩(wěn)定性。

f）路堤右側(cè)填挖平的區(qū)域，為了防止雨水下滲對(duì)路堤的穩(wěn)定性造成影響，從下至上分別設(shè)置兩布一膜防滲土工布+30 cm厚10%灰土墊層+40 cm厚種植土。

4.4 施工質(zhì)量保證措施

由于御棗口1號(hào)大橋及燈花2號(hào)大橋橋改路后溝中心處路基中樁最大填土高度分別達(dá)到32 m及46 m，對(duì)高填方路堤的沉降控制成為決定橋改路方案效果的最直接因素。為確保填筑質(zhì)量，最大程度減小路基不均勻沉降，主要采取了以下措施：

a）嚴(yán)格控制填料質(zhì)量。根據(jù)本合同段情況，兩處高填路堤均為填石方。要求所填筑填料為硬質(zhì)巖，必須保證填料單軸飽和抗壓強(qiáng)度不低于30 MPa；同時(shí)需保證填料最大粒徑小于壓實(shí)厚度的2/3，路床范圍內(nèi)的填料粒徑應(yīng)小于100 mm，路床底面以下400 mm范圍內(nèi)的填料粒徑應(yīng)小于150 mm。

b）在進(jìn)行路基填筑前，通過(guò)填筑路基試驗(yàn)段確定路基填筑及碾壓的相關(guān)技術(shù)參數(shù)和工藝要求，并在路基施工過(guò)程中嚴(yán)格貫徹執(zhí)行。填石路堤的壓實(shí)質(zhì)量主要是通過(guò)檢測(cè)及施工參數(shù)聯(lián)合控制。壓實(shí)質(zhì)量的檢測(cè)方法主要包括壓實(shí)孔隙率及沉降差兩種；施工控制參數(shù)主要包括松鋪厚度、壓實(shí)遍數(shù)、碾壓速度及壓實(shí)功率等。

c）進(jìn)行持續(xù)、系統(tǒng)的路堤沉降觀測(cè)。路堤沉降觀測(cè)一般通過(guò)設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)及邊樁進(jìn)行，在觀測(cè)過(guò)程中根據(jù)填筑厚度及位移量的大小確定觀測(cè)頻率。

d）在鋪筑路面前為高填路堤預(yù)留足夠的自然沉降期，盡量減小工后沉降，防止路基不均勻沉降所形成的的路面結(jié)構(gòu)開(kāi)裂及破壞。

5 橋改路效益評(píng)價(jià)

御棗口1號(hào)大橋造價(jià)為1 528.6萬(wàn)元，橋改路后，對(duì)應(yīng)段路基總造價(jià)為1 085.2萬(wàn)元，總造價(jià)減少443.4萬(wàn)元；燈花2號(hào)大橋造價(jià)為1 744.9萬(wàn)元，橋改路后，對(duì)應(yīng)段路基總造價(jià)為1 383.1萬(wàn)元，總造價(jià)減少361.8萬(wàn)元。路基還可就近利用廢方86.5萬(wàn)m3，較大程度地減少了棄方數(shù)量，基本實(shí)現(xiàn)填挖平衡，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

橋改路后所形成平整、寬闊的路基完全可以滿足梁板預(yù)制場(chǎng)及存梁區(qū)要求，在制梁及存梁期間，預(yù)制梁及機(jī)械設(shè)備對(duì)路基進(jìn)行了堆載預(yù)壓，可以有效地消除路基沉降，還可通過(guò)路基向兩側(cè)橋梁進(jìn)行梁板運(yùn)輸及架設(shè)，可有效地加快施工進(jìn)度，具有較好的工程效益。橋改路后增設(shè)梁場(chǎng)詳見(jiàn)圖7，高填方路基遠(yuǎn)景詳見(jiàn)圖8。

此外，橋梁調(diào)整為路基后改變了原溝谷處的地貌，對(duì)路基左側(cè)邊坡拱形骨架內(nèi)進(jìn)行了綠化，在路基右側(cè)填平區(qū)域內(nèi)種植了草皮及景觀樹(shù)木，較大程度改善了公路兩側(cè)的自然景觀，取得較為顯著的社會(huì)效益。

圖7 橋改路后增設(shè)梁場(chǎng)

圖8 橋改路高填方遠(yuǎn)景

6 結(jié)語(yǔ)

山區(qū)高速公路在跨越溝地質(zhì)情況良好，溝底坡度相對(duì)較緩的溝谷時(shí)，在綜合分析橋址處水文、地質(zhì)、地形情況及充分論證施工難度、經(jīng)濟(jì)效益、運(yùn)營(yíng)安全等因素，并通過(guò)采取多種工程措施保證填筑質(zhì)量的情況下，相對(duì)于橋梁方案，采取路基方案可能取得更加經(jīng)濟(jì)合理的效果。

五盂高速公路LJ7合同段御棗口1號(hào)大橋及燈花2號(hào)大橋橋改路于2012年4月開(kāi)始按優(yōu)化設(shè)計(jì)方案施工，于2012年10月完成路基填筑，后續(xù)為橋梁預(yù)制場(chǎng)提供了理想的場(chǎng)地，有效地解決了預(yù)制梁建設(shè)場(chǎng)地的難題，更有利于路基土石方調(diào)配，使該段的施工組織整體布局更趨合理，有力地保證了五盂高速公路總體建設(shè)目標(biāo)如期實(shí)現(xiàn)。截至目前，兩處路基穩(wěn)定性良好，路面行車平穩(wěn)舒適，道路兩側(cè)景觀優(yōu)美怡人，橋改路取得良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。