高速公路陡坡地基的橋梁與路基方案的比較研究

文/鄒霖、唐云浩、蘇開敏

1 陡坡地基的受力特點分析

1.1 陡坡路段地基承載能力分析

依托于理想彈塑性力學理論作為分析工作中的理論指導，引入有限元技術后，圍繞地基承載力特性，并根據地基與基礎的共同作用機制創建接觸非線性計算模型，為地基承載力分析提供全新的思路。根據實際驗算結果，證實了該方法的可行性，并用于陡坡地區路基性能分析工作中?，F階段，針對陡坡地區路橋基承載力問題的研究具有多樣化，但缺乏明確的方法，因此需要選擇多種設計參數，綜合對比陡坡地區路橋基的受力情況，將其作為設計的基本依據[1]。

1.2 陡坡路段橋基穩定性分析

選取嵌巖樁作為分析對象，探討在多種長細比工況下各自對應的受力特性，從路橋基內力、變形與穩定性三方面切入，分析橫向山體荷載對各項指標產生的具體影響。同時，根據陡坡路橋基的基本特性，對比各設計參數下所帶來的結構穩定性情況，提出橋基埋置的合適深度，以此為相關人員陡坡路橋基的設計工作提供參考。

1.3 路橋基荷載作用下陡坡穩定性分析

依托強度折減理論，引入改變步長搜索法，在其指導下分析邊坡穩定安全系數，由此解決了常規二維平面的局限之處，在應用強度折減法時將其擴展到三維空間，更為全面地呈現出邊坡應力分布特點，有助于陡坡穩定性分析。

2 陡坡區橋梁方案設計研究

山區高速公路橋梁建設過程中，上部結構普遍選擇的是標準跨徑形式，以T 梁居多；下部結構是橋墩橋臺和基礎，橋墩應用較為廣泛的有柱式墩；橋臺多選擇重力式U 型橋臺，部分情況下為肋板臺。由于陡坡地段的特殊性，地質構造成為設計工作中重點考慮的內容，為協調與地形，左右幅可能采用不同的跨徑甚至結構形式，部分情況下還將采取錯幅布置方案。

由于地形原因，設置錐坡的難度較大，橋臺需與擋土墻連接。若選擇肋板臺，在施工與后續使用中易出現開裂等質量問題，建議優先選擇U 形橋臺，并采用樁基礎[2]。開挖時，陡坡施工易引發邊坡失穩，樁基可起到減少開挖量的效果；另外，橋臺布置要盡可能避免橋臺過高的情況。陡坡橋梁橋墩設計中，樁基礎是尤為關鍵的部分，受地形橫坡變化幅度較大的影響，同幅的墩高和樁長各不相同。

從受力的角度來看，內外側橋墩狀態存在差異，部分設計方案中引入開挖平臺，目的在于確保內外墩高度的一致性，此法在改善受力狀況中具有較好應用效果，但弊端是易對環境造成不良影響，邊坡受擾更為明顯，由此表明在不穩定邊坡地段中，此方法的適應性較差。

3 陡坡區路基方案設計研究

3.1 高速公路陡坡填方路基的病害

3.1.1 陡坡地基的特殊之處體現在覆蓋土層和基巖面兩方面，其均為穩定性不足的透水軟弱面，在該處施工時路基易受到地下水影響，隨之引發路基下滑問題。

3.1.2 陡坡地層構成較為復雜，具有巖層軟弱相間的特點，因風化和地下水的雙重影響，軟弱面的路基易出現不同程度的滑移。

3.1.3 松散巖土堆積物偏多，由于缺乏合適的處治措施，在地面橫坡較陡的施工條件下，路基邊坡的臨空面高度較大，此外封閉措施未到位，因此遇強降雨天氣時會帶來明顯的地表水下滲現象，路基出現滑移。

3.1.4 陡坡布線方式特殊，部分線路穿越巖層構造交界區，該處的基本特點在于巖層軟硬不均且為活躍的地下水活動區，因此易在豐水季節出現質量問題，如不均勻壓縮而引發的沉降裂縫；因缺乏及時的處理措施，最終路基發生滑移。

3.1.5 由于半填半挖地段缺乏穩定性，該處的路基易引發差異性沉降，從而形成裂縫或是發生變形。

3.1.6 針對陡坡路基上緣坡匯水范圍廣的特點，盡管該處采取了防水溝防護措施，但受到地表水滲透的影響，地基與路基出現共同變形現象。另外，陡坡后緣處的加載作業存在盲目性，造成現場自然生態失衡，隨之發生陡坡變形。

3.1.7 陡坡路基填筑所用材料不當，邊坡易因季節的變化而產生不同程度的質量問題。若坡面封閉處理不當，遇持續性降雨時，填方邊坡處易產生縱向裂縫，且主要集中于路基邊緣相距1m～2.5m 的區域。

3.2 路基方案設計

基于陡坡地區的設計施工條件，有四類路基設計方案可供比較研究，見圖1。諸如地形、邊坡高度、自然條件等均是此類路基設計中的重點考慮因素，工作人員需根據實際情況選擇相適應的路基形式。此外，施工人員有必要分析路基穩定性，輔以漿砌片石護肩、擋土墻等相關措施，確保路基的穩定性。

圖1 陡坡路基斷面典型形式示意圖

針對半挖半填路基設計，基底部分宜優先選用挖臺階的方式，通過增強土工格室以達到提高路基穩定性的效果。挖方路基設計中，首先對路基適量超挖，并在此基礎上再安排回填，以填土高度為基本參考，合理設置增強土工格室，提升路基的穩定性。

4 陡坡區半幅橋、半幅路方案設計研究

4.1 陡坡區半幅橋半幅路方案

如果陡坡區部分區域地質狀況優良，盡管為陡坡地段，但允許在中央分隔帶處施作擋土墻，此條件下以半幅路基、半幅橋的方案為宜，具體見圖2。部分設計中還會選擇整幅橋梁方案，具體見圖3。相比之下，半幅路基、半幅橋施工所需的成本能夠得到有效控制，經濟效益更為可觀。中央分隔帶處擋土墻設計，根據陡坡地段的地質特點，墻身1.3m 以內為宜；若高度超過5m，施工材料為C25 片石混凝土；若高度在5m 內，此時推薦選用C15 片石混凝土或M7.5 漿砌片石。部分路段施工條件欠佳，擋墻基礎開挖時易產生擾動，從而引發邊坡失穩問題，此時以樁板式擋土墻的形式更為合適[3]。

圖2 半幅橋、半幅路路基路方案示意圖

圖3 整幅橋梁方案示意圖

4.2 陡坡區縱向橋梁方案

如果陡坡區為“V”形深谷，此條件下建議選擇高架橋方案，可與山區特殊地形協調，施工中擾動性更小，有助于保護現場自然環境，并具備一定的防洪抗災能力。由于邊坡縱橋向較為陡峭，因此在設計時工作人員應重點關注邊坡縱向穩定狀況，若存在失穩邊坡，則要采取合適的加固措施。此外，布跨時應注重對橋墩的設計，盡可能避免設置于谷底的情況，否則易受到滾石等自然災害的威脅。

5 陡坡區路橋方案的比較研究及建議

5.1 方案比較研究

基于橋梁方案的應用，可提高陡坡路段施工的安全性，對周邊環境破壞小，能夠實現對自然環境的有效保護，且具有可觀賞價值，但成本投入相對較多。橋墩與基礎是重要結構，設計時所考慮的因素較多，工作人員要確保此類結構具有抵御滑坡等地質災害的能力。路基方案的優勢在于成本低、施工效率高，但其極容易破壞周邊環境，在施工條件允許的前提下，分離式路基或錯幅路基都具有可行性。

5.2 對于施工的建議

5.2.1 山區高速公路路基開挖過程中易產生大量的廢方，而現場作業條件不良，棄土場相對較少，因此棄土常被拋棄在橋下。在陡坡地段中，大量的堆載易引發墩臺位移現象，需盡可能杜絕此類棄土，以合理的方式處理。

5.2.2 陡坡路段環境下，為確保邊坡開挖的穩定性，應遵循逐級開挖的原則，每結束一級開挖后均采取防護措施，并設置排水設施。

6 結語

山區高速公路建設領域，陡坡地段的施工難度較大，該處的路基及橋梁易發生不同程度的質量問題。對此，需根據陡坡路段的基本特點，考慮質量、安全、成本等方面的要求，在多種方案中比選，選擇最合適的方案。而針對地質特殊復雜路段，工作人員應結合邊坡坡度、路基高度等要素，靈活應用多種方案，通過交錯布置的方式確保工程質量，實現人與自然環境的協調發展。