山區大跨度橋梁的巖土工程問題

【摘 要】隨著西部山區基礎設施的建設，山區跨越大江大河的橋梁不斷增多，橋梁結構類型也由小跨度的靜定簡支梁橋，向大跨度高次超靜定的斜拉橋、懸索橋或連續剛構橋等空腹薄壁結構類型發展。這使得山區橋梁斜坡地基、邊坡或斜坡穩定狀態、變形或失穩對橋梁安全等問題變得突出起來。本文針對這些問題進行歸納總結，為山區橋梁設計施工提供參考。

【關鍵字】山區大跨度橋梁；巖土工程

1 概述

隨著西部山區基礎設施的建設，山區跨越大江大河的橋梁不斷增多，建橋環境及場地條件越來越復雜，橋梁規模不斷擴大，橋梁類型不斷增多，對橋梁基礎或地基的要求也越來越高。為了適應山區建橋環境，增加橋面跨越高度，達到建橋的更高目標，自然會增加橋梁基礎、墩臺建造技術難度和工程量及造價。為了減小橋梁基礎及墩臺工程量，加大橋梁跨度是解決該問題的途徑之一。為此，橋梁結構類型由小跨度的靜定簡支梁橋，向大跨度高次超靜定的斜拉橋、懸索橋或連續剛構橋等空腹薄壁結構類型發展。這使得山區橋梁斜坡地基、邊坡或斜坡穩定狀態、變形或失穩對橋梁安全等問題變得突出起來，這些問題對橋梁安全的影響主要表現在以下方面：

（1）帶動橋梁地基或基礎位移，造成橋梁墩臺變形位移，進而導致橋梁不能正常使用甚至破壞。

（2）造成橋梁墩臺變形，引起局部出現超出設計計算預計的附加應力而破裂或破壞，并且墩臺位移傳遞到橋梁將引起橋梁結構局部出現設計計算預計之外的附加應力，進而導致橋梁上部主體結構破裂或破壞，或不能正常使用。

（3）施工或建成后任意非平衡堆填，或者斜坡面上堆填松土，松土固結或飽水密實產生橫向變形，使地基基礎及墩臺受到偏壓力作用而變形位移，造成橋梁墩臺變形并引起局部出現超出設計計算預計的附加應力而破裂或破壞，此位移傳遞到橋梁引起橋梁結構局部出現設計計算預計之外的附加應力，導致橋梁上部主體結構破裂或破壞，而不能使用或不能正常使用。

（4）山區橋梁上部往往有高陡斜坡，高陡斜坡失穩滑動或者危巖體崩塌墜落砸中橋梁（主要是橋梁端部），對橋梁結構產生沖擊，導致橋梁結構（包括主纜、次纜、橋柱等）破損或破壞。

2連續梁橋的巖土工程問題

1）連續梁橋的主要特點

（1）墩數較多，跨度相對有限，目前常用的變截面連續梁橋最大跨度40m～100m。

（2）橋梁整體性較差，因連續梁橋是墩與梁鉸接組合而成，某個墩即使變形稍大，因可以互相調節一般不會影響橋梁通行。

（3）墩間差異沉降變形不能過大，否則梁結構會出現一定的附加應力而開裂或者破壞。

2）主要巖土工程問題

（1）地基承載力及其均勻性問題。

（2）地基不均勻沉降變形問題。

（3）洪水或泥石流對地基基礎及岸坡的沖刷坍岸問題。

（4）斜坡變形或滑動對基礎及墩臺產生偏壓問題。

（5）端頭橋梁以上滑坡、崩塌巖土體對橋的掩埋或撞擊。

3連續剛構橋的巖土工程問題

1）連續剛構橋的主要特點

（1）墩數較少，跨度相對較大，目前常用的變截面連續剛構梁橋中跨最大跨度達200m。

（2）橋梁整體性較好，因梁與墩是剛性聯接而成，各墩需要自行穩定，即使某個墩承載力稍差，因互相制約和調節一般不會影響橋梁使用。

（3）墩間的差異沉降變形要求很高，否則墩及梁結構會出現較大的附加應力而開裂或者破壞。

2）主要巖土工程問題

（1）地基承載力問題。

（2）地基差異沉降變形問題。

（3）洪水或泥石流對基礎及岸坡的沖刷坍岸問題。

（4）斜坡變形或滑動對基礎及墩臺產生偏壓問題。

（5）端頭橋梁以上滑坡、崩塌巖土體對橋的掩埋或撞擊。

4拱橋的巖土工程問題

1）拱構橋的主要特點

（1）河中無墩，跨度較大，目前采用的拱橋最大跨度達400m。

（2）橋梁整體性較好，因拱橋結構主要為受壓，只要墩臺穩定變形小，就有較大的承載能力。

（3）對橋梁墩臺的變形要求特高，否則一旦橋梁墩臺變形或失穩可能造成整個橋梁破壞（如湖南鳳凰連續拱橋破壞，造成四十多人死亡）。

2）主要巖土工程問題

（1）地基承載力問題。

（2）地基沉降變形或差異沉降變形問題。

（3）洪水或泥石流對基礎及岸坡的沖刷坍岸問題。

（4）斜坡變形或滑動對基礎及墩臺產生偏壓問題。

（5）端頭橋梁以上滑坡、崩塌巖土體對橋梁的掩埋或對拱圈的撞擊。

5斜拉橋的巖土工程問題

1）斜拉橋的主要特點

（1）單跨跨度較大，目前采用的斜拉橋單孔最大跨度達600m。

（2）橋梁整體性一般，整體上屬于“下剛上柔”的半剛性半柔性橋，斜拉橋纜塔需要獨自穩定，纜塔、斜纜和梁板之間屬于柔性連接，具有較好的抗震和抗風的能力，但對纜塔的穩定性要求較高。

（3）對墩臺的變形要求特高，否則一旦墩臺變形或失穩可能造成整個橋梁破壞。

2）主要巖土工程問題

（1）地基承載力問題。

（2）地基沉降變形或差異沉降變形問題。

（3）洪水或泥石流對基礎及岸坡的沖刷坍岸問題。

（4）斜坡變形或滑動對基礎及墩臺產生偏壓及破壞作用問題。

（5）端頭僑辦以上的滑坡、崩塌巖土體對橋梁梁板和纜索的掩埋或撞擊。

6懸索橋的巖土工程問題

1）懸索橋的主要特點

（1）跨度很大，目前采用的懸索橋單跨最大跨度近1400m。

（2）橋梁整體性一般，整體上屬于“下剛上柔”的半剛性半柔性橋，懸索橋主纜塔需要獨自的穩定，纜塔、主纜和梁板之間屬于柔性連接，具有較好的抗震性能，抗風能力較差，對纜塔的穩定要求極高，尤其是對錨定的抗拔能力和抗拔變形能力要求特高，因只要這兩個下部結構出現問題，橋梁就失效。

（3）對墩臺的變形要求較高，否則一旦墩臺變形或失穩可能造成整個橋梁破壞。

2）主要巖土工程問題

（1）墩臺地基承載力問題及錨定抗拉能力問題。

（2）地基沉降變形或差異沉降變形問題。

（3）洪水或泥石流對基礎及岸坡的沖刷坍岸問題。

（4）斜坡變形或滑動對基礎及墩臺產生偏壓問題。

（5）端頭橋梁以上滑坡、崩塌巖土體對橋的掩埋或撞擊問題，特別是崩塌巖石對主纜的沖擊問題。

參考文獻：

[1]湯康民.巖土工程.武漢：武漢工業出版社，2001

[2]林宗元. 巖土工程勘察設計手冊. 北京：中國建筑工業出版社，2003

[3]林宗元. 巖土工程試驗監測手冊.遼寧：遼寧科學技術出版社，1994