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        山區(qū)高速公路橋梁下部構(gòu)造設(shè)計(jì)存在問題及處理措施

        2022-07-07 20:15:57程偉
        交通科技與管理 2022年13期
        關(guān)鍵詞:關(guān)鍵問題

        程偉

        摘要 山區(qū)高速公路工程地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜且?guī)r溶極為發(fā)育,文章依托六枝至安龍高速公路項(xiàng)目對(duì)山區(qū)高速公路橋梁下部構(gòu)造設(shè)計(jì)進(jìn)行研究,該橋位處橋墩橫坡陡峭對(duì)橋梁下部構(gòu)造的設(shè)置極為不利,加強(qiáng)下部構(gòu)造設(shè)計(jì)是該工程橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重中之重?;诖?,文章針對(duì)橋梁設(shè)計(jì)總體原則及橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問題進(jìn)行分析,并提出了一定的優(yōu)化措施,以供參考。

        關(guān)鍵詞 山地公路橋梁;下部構(gòu)造設(shè)計(jì);關(guān)鍵問題;下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)處理措施

        中圖分類號(hào) U442.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949(2022)13-0023-03

        0 引言

        山區(qū)高速公路橋梁下部結(jié)構(gòu)是山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)中的重點(diǎn),尤其是在地形、水文、地質(zhì)等都較為復(fù)雜的區(qū)域,為保證山區(qū)高速公路橋梁建設(shè)質(zhì)量需要做好山區(qū)高速公路橋梁下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作?;诖?,結(jié)合筆者多年來的工作實(shí)踐對(duì)山區(qū)高速公路下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行以下探討。

        1 橋梁設(shè)置總體原則

        橋涵設(shè)計(jì)應(yīng)堅(jiān)持科技領(lǐng)先、科學(xué)安全、耐久使用和經(jīng)濟(jì)合理的基本原則,并堅(jiān)持美觀和有利于環(huán)保的原則,并兼顧因地制宜、就地取材、便于實(shí)施和后期維護(hù)等要求[1]。針對(duì)該項(xiàng)目沿線建設(shè)條件,下列諸方面設(shè)計(jì)中須認(rèn)真貫徹。橋梁方案比選時(shí),要充分考慮項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)交通情況、施工工藝、項(xiàng)目工期和項(xiàng)目后期管理與維護(hù),防止設(shè)計(jì)效果與現(xiàn)場(chǎng)施工不相符。

        (1)對(duì)橋梁構(gòu)造形式的選用按照安全、經(jīng)濟(jì)、美觀的原則,要根據(jù)公路路線線形、項(xiàng)目區(qū)地形地貌、沿線地質(zhì)、施工物料來源、施工物料運(yùn)輸、項(xiàng)目環(huán)境等各種因素綜合考量。并綜合考慮該項(xiàng)目先期開工點(diǎn)橋涵設(shè)計(jì)文件,盡量保持橋涵通用圖的一致性,采用技術(shù)成熟、預(yù)制安裝、標(biāo)準(zhǔn)孔徑的橋型構(gòu)造,以便利施工,減短施工工期,降低項(xiàng)目總造價(jià)。

        (2)根據(jù)橋位處地貌、地質(zhì)、河床特征、路線平、縱要求,遵循技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理、外形美觀的原則進(jìn)行綜合考慮。對(duì)于中、小孔徑橋涵,力求標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化,一般采用20 m、30 m、40 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁;對(duì)于對(duì)跨越河流、山谷較寬,高差較大的橋梁、大跨橋梁,采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)-剛構(gòu)方案。

        (3)橋梁結(jié)構(gòu)形式,充分考慮技術(shù)先進(jìn)、工藝成熟的結(jié)構(gòu)形式,力求外形新穎,布局科學(xué),反映現(xiàn)代建橋水平,體現(xiàn)“設(shè)計(jì)創(chuàng)作”的理念。

        (4)根據(jù)就地取材、降低造價(jià)、方便現(xiàn)場(chǎng)施工和養(yǎng)護(hù)的原則,橋梁孔跨種類應(yīng)歸并減少,結(jié)構(gòu)類型宜追求統(tǒng)一[2]。

        2 橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問題

        貴州省六枝至安龍高速公路土建10標(biāo)(K78+200~K100+200段)項(xiàng)目區(qū)地處貴州省西南部,項(xiàng)目位于云貴高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶,整個(gè)地形自西北向東南逐漸降低,地勢(shì)呈多級(jí)臺(tái)階狀沿級(jí)降至北盤江河谷,地形中部比較平坦。測(cè)區(qū)地形地貌起伏大、類型繁多。因地勢(shì)、地形和高海拔的影響,土壤、氣候、生物等均具有垂直方向分布特點(diǎn),以山地地形為主,呈典型的喀斯特地貌形態(tài)。按照地貌的外營(yíng)力類型、巖石性質(zhì)、地形形態(tài)組合、形態(tài)特征及切割深度等因素,主要分為巖溶地貌類型、侵蝕地貌及溶蝕—侵蝕地貌類型。路線穿過碳酸鹽地類地段,主要為燧石灰?guī)r、灰?guī)r,發(fā)育有巖溶洼地現(xiàn)象[3]。項(xiàng)目沿線地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜且?guī)r溶極為發(fā)育,同時(shí)項(xiàng)目橋位處橋墩橫坡陡峭對(duì)橋梁下部構(gòu)造的設(shè)置極為不利,故加強(qiáng)該項(xiàng)目的下部構(gòu)造設(shè)計(jì)是該項(xiàng)目橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重中之重。

        3 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則及主要問題的處理措施

        3.1 下部構(gòu)造采用尺寸推薦

        橋墩根據(jù)橋梁跨徑及墩高等具體情況采用雙圓/方柱墩或空心墩,其結(jié)構(gòu)形狀和結(jié)構(gòu)尺寸的選取以滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定性要求為準(zhǔn)則,同時(shí)兼顧施工方便,適當(dāng)合并橋墩種類,減少下構(gòu)墩型。橋墩頂?shù)乃搅σ罁?jù)集成剛度法計(jì)算得出,橋墩主要尺寸如表1所示。

        當(dāng)臺(tái)高H≥5 m時(shí)采用U形橋臺(tái)或肋板橋臺(tái);臺(tái)高H<5 m時(shí)采用U形橋臺(tái)、柱式橋臺(tái),并通過計(jì)算確定。

        對(duì)埋置式橋臺(tái),其錐坡及橋前溜坡率采用1∶1.5。

        根據(jù)《公路橋梁抗震規(guī)范》要求,在梁端分聯(lián)時(shí),分聯(lián)墩臺(tái)應(yīng)考慮防落梁所需最小寬度,故該項(xiàng)目分聯(lián)墩蓋梁與連續(xù)墩蓋梁寬度存在差異,分聯(lián)墩寬度根據(jù)橋高、跨徑、聯(lián)長(zhǎng)等因素大于連續(xù)段蓋梁寬度。

        3.2 墩臺(tái)基礎(chǔ)的采用

        根據(jù)該合同段橋址區(qū)地質(zhì)情況,橋墩均采用樁基礎(chǔ),橋臺(tái)根據(jù)不同橋臺(tái)形式采用擴(kuò)大基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)等形式;樁基礎(chǔ)按端承樁(嵌巖樁)、摩擦樁兩種進(jìn)行設(shè)計(jì)。

        摩擦樁按照容許單樁軸向受壓承載力計(jì)算確定樁長(zhǎng),摩擦樁施工時(shí)樁底必須清孔[4]。端承樁(嵌巖樁)按樁底嵌固設(shè)計(jì),在樁端巖層滿足嵌巖要求的情況下選用,嵌巖深度見具體各橋。

        3.3 墩臺(tái)及基礎(chǔ)埋置深度

        根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)地勘資料控制基底埋深,對(duì)于基底不同地質(zhì)情況應(yīng)分別增加一定安全深度。

        (1)擴(kuò)大基礎(chǔ)施工應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開挖的地質(zhì)情況來調(diào)整擴(kuò)大基礎(chǔ)埋深,在保證基底基巖滿足設(shè)計(jì)基礎(chǔ)底承載力的前提下,基礎(chǔ)底全底面埋置入新鮮中風(fēng)化巖層深度≥0.5 m,且擴(kuò)大基礎(chǔ)在覆蓋層最薄處埋入地表以下不應(yīng)小于0.5 m。若基礎(chǔ)底巖層比較破碎或裂隙發(fā)育,擴(kuò)大基礎(chǔ)施工前應(yīng)對(duì)基底巖層進(jìn)行灌漿處理或其他可靠的措施,以加強(qiáng)基底巖層的整體性和承載能力,并要求基坑開挖完以后及時(shí)澆筑混凝土,以防止雨水浸泡基坑。

        (2)摩擦樁基礎(chǔ)的基底埋深安全深度不小于3.0 m;嵌巖樁要求橋墩臺(tái)樁基嵌入中風(fēng)化巖層不小于2.5~5.0倍樁基直徑,基巖飽和濕度下的單軸極限抗壓強(qiáng)度不低于8 MPa。若遇有溶洞的樁基應(yīng)穿過溶洞嵌巖不小于2.0 m且保證溶洞頂板厚度在8 m以上。樁基礎(chǔ)嵌巖深度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求,對(duì)于斜坡上的嵌巖樁,還應(yīng)同時(shí)考慮巖面的斜坡影響,注意嵌巖深度的起算點(diǎn)距中風(fēng)化巖面水平距離不得小于4倍的樁直徑。

        3.4 巖溶區(qū)樁基設(shè)計(jì)措施

        若采用樁基穿越溶洞造價(jià)較高,施工難度較大,工期過長(zhǎng),可考慮采用以下措施:

        (1)若存在較厚、力學(xué)性能較好的覆蓋層,且難以找到端承樁所需厚度的巖層,基樁可按摩擦樁設(shè)計(jì)。

        若按摩擦樁設(shè)計(jì)樁基承載力難以滿足要求,可以考慮在成樁后再在樁周布置密集的高壓旋噴樁,以增加樁徑,同時(shí)改善樁周土的力學(xué)性能,從而提高樁基的承載力??紤]樁基成孔塌孔的風(fēng)險(xiǎn),也可考慮先在樁周高壓旋噴后,再成孔,旋噴樁圍成的直徑比設(shè)計(jì)樁徑大60~

        80 cm。或在成樁后進(jìn)行樁底、樁周后壓漿,以改善樁周土的力學(xué)性能,從而提高樁基的承載力。對(duì)摩擦樁樁周、樁端均為黏土層等較差地質(zhì),且同一聯(lián)內(nèi)樁基性質(zhì)不同,對(duì)摩擦樁基礎(chǔ)建議采用樁底后壓漿,減小樁基之間的不均勻沉降。樁基后壓漿按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)規(guī)范》附錄N 進(jìn)行取值和計(jì)量。

        (2)部分樁基可不必穿越埋藏比較深的土洞、溶洞,在其上厚度滿足承載力要求的巖層終孔,繼而采用壓漿方式填充樁底的土洞、溶洞,以保證樁底巖層承載力的可靠性,從而確保樁基底部的承載力[5]。

        (3)可考慮改變基礎(chǔ)形式,如單樁變?yōu)殡p樁、群樁,或?qū)Φ鼗M(jìn)行處理后按擴(kuò)大基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

        (4)可以考慮改變下部結(jié)構(gòu)形式,比如改移樁柱位置,適當(dāng)延長(zhǎng)蓋梁或橫隔梁外延。

        3.5 巖溶樁基預(yù)處理措施

        在樁基鉆孔施工前,對(duì)軟弱地層及溶洞有針對(duì)性地進(jìn)行預(yù)處理,降低樁基施工風(fēng)險(xiǎn)。主要措施包括:覆蓋層鋼護(hù)筒預(yù)支護(hù)、預(yù)注漿處理。具體采用如下原則:

        (1)一般均采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)穿過淤泥層、松散砂層,進(jìn)入粘土層約2 m,如果淤泥層或砂土層直接與巖面相接,則鋼護(hù)筒應(yīng)沉放至進(jìn)入巖面約0.5 m。

        (2)對(duì)于沉放至巖面的鋼護(hù)筒,底部沖至巖面前,采用拋填片石、粘土或混凝土的方式進(jìn)行護(hù)筒刃腳的護(hù)壁,確保護(hù)筒刃腳的安全。

        (3)巖溶區(qū)樁基護(hù)壁所采用鋼護(hù)筒不回收(常規(guī)樁基孔口鋼護(hù)筒回收多次利用),鋼護(hù)筒下放方式應(yīng)根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況,以確保橋梁結(jié)構(gòu)安全為原則,合理選用。

        (4)鋼護(hù)筒跟進(jìn)需要采用引孔工藝,成孔期間需要采取適當(dāng)?shù)淖o(hù)壁措施保證覆蓋層的穩(wěn)定,比如加大泥漿比重、嚴(yán)格控制進(jìn)尺、適當(dāng)添加成孔材料(如片石、碎石、粘土、水泥)。

        (5)經(jīng)鉆探揭露存在覆蓋層土洞和巖面淺層溶洞的應(yīng)進(jìn)行預(yù)注漿處理,以避免鋼護(hù)筒下沉過程中發(fā)生地面塌陷。

        (6)鉆探揭露深部存在單個(gè)溶洞高度≥3 m的情況,若溶洞內(nèi)為無充填、半充填或全充填(充填物的狀態(tài)為流塑、軟塑)的情況,一般應(yīng)對(duì)溶洞進(jìn)行預(yù)注漿處理。預(yù)充填應(yīng)進(jìn)行工藝試驗(yàn),試驗(yàn)確定預(yù)注的壓力、預(yù)充填材料的計(jì)量方法,檢測(cè)預(yù)充填的效果。若溶洞內(nèi)全充填,充填物的狀態(tài)為可塑或硬塑的情況,可不必預(yù)注漿。

        3.6 鉆孔施工中溶洞處理措施

        根據(jù)各溶洞發(fā)育特點(diǎn)、發(fā)育程度,連通情況,擬采用常規(guī)施工法、拋填片石黏土法、灌注混凝土填充法、鋼護(hù)筒跟進(jìn)法等。具體遵循如下原則:

        (1)對(duì)現(xiàn)有地質(zhì)鉆孔未發(fā)現(xiàn)溶洞的灰?guī)r區(qū)樁基,樁基施工一般采用常規(guī)施工法,但施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)做好應(yīng)急處理措施,預(yù)先準(zhǔn)備好回填材料和機(jī)械,隨時(shí)應(yīng)對(duì)突發(fā)情況。

        (2)對(duì)溶洞高度<3 m的情況,一般采用回填片石黏土法施工,通過拋填片石、黏土擠密填筑溶洞,形成護(hù)壁。回填的片石和黏土比例按體積比7∶3 進(jìn)行分配,必要時(shí)摻加一定數(shù)量的袋裝水泥。溶洞高度范圍內(nèi)反復(fù)成孔的次數(shù)不得少于三次,以形成可靠的護(hù)壁。反復(fù)成孔次數(shù)達(dá)到五次,仍有漏漿、塌孔發(fā)生時(shí),從工程進(jìn)度的角度考慮建議改變處置方案。

        (3)對(duì)單個(gè)溶洞高度大于等于3 m、 小于5 m的情況,若溶洞內(nèi)為無充填、半充填、全充填,充填物的狀態(tài)為流塑、軟塑的情況,對(duì)溶洞進(jìn)行預(yù)注漿充填。若溶洞內(nèi)全充填,充填物的狀態(tài)為可塑的情況,采用拋填片石黏土法施工,通過拋填片石、黏土擠密填筑溶洞,形成護(hù)壁。

        (4)對(duì)單個(gè)溶洞高度≥5 m的情況,若溶洞內(nèi)為無充填、半充填、全充填,充填物的狀態(tài)為流塑、軟塑的情況,對(duì)溶洞進(jìn)行預(yù)注漿充填;若溶洞內(nèi)全充填,充填物的狀態(tài)為可塑的情況,采用拋填片石黏土法施工,通過拋填片石、黏土擠密填筑溶洞,形成護(hù)壁?;靥畹钠宛ね帘壤大w積比7∶3 進(jìn)行分配,必要時(shí)摻加一定數(shù)量的袋裝水泥。溶洞高度范圍內(nèi)反復(fù)成孔的次數(shù)不得少于三次,以形成可靠的護(hù)壁。

        如果反復(fù)成孔次數(shù)達(dá)到五次,仍有漏漿、塌孔發(fā)生時(shí),則采用灌注混凝土填充法。先向溶洞拋填片(碎)石、砂混合物和注水泥漿,然后用小沖程沖擊片石擠壓到溶洞邊形成泥漿碎石外護(hù)壁,水泥砂漿將片石空隙初步堵塞后,停止沖擊,24 h后,待水泥強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa后,再繼續(xù)沖擊,穿過溶洞。

        (5)對(duì)于更大型的溶洞,且洞內(nèi)無充填或流塑充填物,護(hù)筒內(nèi)水頭無法保持,可采取雙層鋼護(hù)筒施工法。該方法比較適合串珠型和多層的特大溶洞,對(duì)溶洞的層數(shù)以及高度等進(jìn)行充分具體的圖紙研究再細(xì)化方案。

        (6)樁基溶洞處理措施匯總?cè)绫?。

        4 結(jié)語(yǔ)

        綜合上述,為保障山區(qū)高速公路過程的建設(shè)質(zhì)量和效率,高速公路過程設(shè)計(jì)時(shí)必須加強(qiáng)對(duì)工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化和研究,確保能夠精準(zhǔn)掌握設(shè)計(jì)的重點(diǎn),進(jìn)而提高設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)質(zhì)量,為提高工程建設(shè)水平奠定基礎(chǔ)。該文結(jié)合實(shí)例項(xiàng)目從橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則進(jìn)行分析,對(duì)高速公路橋梁下部構(gòu)造設(shè)計(jì)存在問題及處理措施進(jìn)行探討。該項(xiàng)目的建設(shè)對(duì)優(yōu)化貴州交通及形成地方現(xiàn)代綜合交通體系有著重要意義。

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