不良地質災害與橋涵結構選型關系的探討

文/中國公路工程咨詢集團有限公司 丁義馨交通運輸部科學研究院 馬新 閆瑾

不良地質災害與橋涵結構選型關系的探討

文/中國公路工程咨詢集團有限公司 丁義馨
交通運輸部科學研究院 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，地質構造復雜，給設計帶來了空前的難度。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，探討不良地質災害地區的橋梁選型選址問題。

項目特點

昭樂高速公路串絲至佛耳巖段，起于昭通市鹽津縣串絲鄉，與銀（川）昆（明）高速公路在串絲服務區南相接，路線終點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。

該項目的最大特點是橋隧比高、地質條件復雜：全線橋隧比高達85%，橋涵結構物主要為跨越河流、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，相對于線位高程，許多溝谷深度約達50m至60m；全線橋梁橋位處地質條件一般，孔跨布置及標高基本不受洪水位控制；部分橋梁場地狹窄險峻，交通運輸條件不便，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，主要根據橋位處路線走向、地形地質、河（溝）床特征、施工和養護條件，橋梁、涵洞設計遵循按照“技術先進、安全可靠、適用耐久、經濟合理”的公路設計基本原則，充分吸收符合山區橋梁建設的新理論、新材料、新工藝。

全線橋梁多為峽谷橋梁、縱橫向地勢陡峭，橋墩難以立足，同時橋墩施工工作面開挖會帶來大規模滑塌；地勢平緩區多為崩坡堆積體，易坍塌，墩臺工程安全性受影響；兩側峽谷多危巖落石，有掉落危險，因此，該項目的橋梁設計，地質因素為其中較大的控制因素，局部情況下會影響橋梁方案的選擇。

不良地質災害對橋梁選型的影響

在設計該項目橋梁方案時，除了常規的橋梁布設控制因素以外，還需要充分考慮橋涵構造物可能引發的不良地質問題，以及工程地質次生災害對工程安全的影響，采用合理的橋梁結構形式、綜合防護支擋措施，降低工程安全風險，保證施工期間及后期運營的工程安全。因此，需要明確各種不良地質災害對橋梁結構安全的影響。

滑坡

滑坡對道路安全有較大影響，因此，路線線位選擇時應避讓滑坡，盡量沿滑坡后緣地帶經過，減少對橋梁的影響。

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且形成臨空面，容易在暴雨等不利因素的影響下發生滑動變形，對公路未來運營有安全隱患。對該類型路段的橋梁，首先要避免對原地表過度開挖，以減少對崩坡積體的擾動，避免誘發其滑動，應適當延長橋梁長度，降低橋臺高度，采用柱式臺，在滿足凍深、沖刷等要求下降低承臺、系梁的埋置深度，采用樁基礎，以減少對原地表的開挖；其次，要加強地質調查和工點勘測工作，探明崩坡堆積體范圍、厚度，設計時應重視基礎設計，加長樁長，保證樁基進入穩定巖層一定深度。

危巖落石

路線范圍內有多處危巖段落，現狀整體處于欠穩定-基本穩定狀態，危巖體在地震、自重、后壁靜水壓力的作用下可能發生傾倒、墜落、掉塊等破壞，現場踏勘發現，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，需設置橋梁通過。經過對區域內現有高速公路的調查了解，運營期間危巖落石砸斷橋梁時有發生。故在橋梁方案和結構形式上做出針對性方案，以減少對其的危害。首先，通過路線平面調整，加大橋梁與危巖橫向間距；其次，上部結構形式推薦采用簡支體系，便于后期換梁、維修；再次，結合防護設計，根據地形對橋梁通過段設置攔石墻及被動防護網等措施，以降低或減少危害。

順向坡

區域內順向坡的巖性以砂巖、泥巖、頁巖為主，互層及差異性風化，在開挖后形成臨空面，有上路塹整體滑動的危險。對深入順層挖方路塹段的橋梁有一定危害，在設計時需結合路基防護統一考慮，放緩邊坡坡率，對橋頭段設置上支擋及加固措施。

斷層

當路線經過斷層為非活動斷層帶時候，斷層帶巖層一般風化較為嚴重，巖體較為破碎，同時地下水發育，此種狀況應避免設置墩臺，盡量將橋臺布置與斷層同一盤，首選下盤，當路線走向無法避讓斷層時，采取大跨徑跨越方式，同時采用結構簡支體系，這樣處理斷層對橋梁結構安全影響基本較小。

不良地質區域橋梁設計方案對策

在充分明確各種不良地質災害對橋梁工程安全危害之后，應根據其具體特點有針對性地選擇合理、有效、經濟的處理措施，綜合采用加大跨徑、合理選擇橋臺形式、上部結構形式、增加支擋設施等措施方式予以處理。

首先，橋梁的方案布設一定要結合路線走向，地質條件、地形條件綜合選擇，對于跨斷層帶及危巖區的橋梁，首選結構簡支體系，由于該類體系屬于靜定結構體系，吸收橋墩變形能力較大，不會引起次內力，后期養護方便，若發生落石砸壞上部結構，更換上部梁體較連續體系結構方便。在此項目中，干溪溝大橋橋頭在隧道施工中，發生地表開裂情況，該橋采用了簡支體系。對于位于崩坡堆積體范圍內的橋梁，橋墩首選實體墩，以提供較強的抗撞擊能力，保證落石擊中下橋梁的安全；橋臺盡量選用坐板臺，加大抗滑移能力。

其次，針對不同的地質災害類型，細化結構設計，位于崩坡堆積體的橋臺，填高按不高于6m控制，避免使用柱式臺，但是對于位于填方區的橋臺可采用柱式臺，結合該項目經驗，對于橫向地形高差大的橋臺，推薦使用扶壁式橋臺，可以有效適應地形高差。

在進行橋墩設計時候，需根據橫向地勢的高差，合理設計系梁。位于上坡上的墩臺，不宜采用肋板式臺，為減少開挖系梁、承臺適當抬高脫空部分應加強，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算。

橋梁下部結構在橋墩高度小于30m時可采用圓柱墩，圓柱式橋墩的樁柱結合部當橋墩大于5m時設置底系梁，水中橋墩系梁底面一般宜設在低水位以下50cm處，岸上系梁頂面宜位于地表面附近處，以方便施工。

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

圖1 橫向地面高差較大的橋墩設置圖

再次，需要加強橋墩、橋臺基礎設計，摩擦樁一般可不采用通長配筋，主筋的截斷位置可根據實際情況具體確定；但位于崩坡堆積體處的橋梁若采用摩擦樁應選用通長配筋，提高樁基強度，樁身長度應穿過液化土層和軟弱土層，進入穩定層的深度不應小于4倍樁基直徑。

最后，加強與路基專業的設計溝通，在通過地勢陡峭、不穩定區域的橋梁。首先進行清表，采用錨桿框架梁、錨索框架梁、抗滑樁、護面墻等支擋方式，橋梁施工先穩定邊坡后。基坑開挖的坡率需由路基專業確定，特殊情況下需進行工點驗算。該項目在設計過程中，全過程與路基專業配合，對全線不良地質設置橋梁段落，均進行了加固。