山區高速公路橋臺經濟性選擇

唐云浩TANG Yun-hao；李航LI Hang

（云南省交通規劃設計研究院有限公司，昆明650041）

1 工程概況

賓川至鶴慶高速公路是《云南省道網規劃修編（2016-2030 年）》中高速公路網布局二十聯中的第十二聯 “賓川—鶴慶－劍川”中的一段，是大理白族自治州高速公路規劃網的重要組成部分，也是上關至鶴慶高速公路和大理至永勝高速公路的橫向連接線，同時也是大理白族自治州祥云至賓川至鶴慶等地的重要通道。該項目的建設對加快沿線經濟建設有著重要作用。

2 橋臺型式選擇原則

橋臺型式的擬定，主要遵循以下原則：

①應滿足公路橋涵設計“安全、耐久、適用、環保、經濟和美觀”的原則。

②應結合山區地形地貌、地質條件、不良地質、填土高度、路線設計及縱橫坡等情況選擇。

③應堅持因地制宜、綜合設計、具體情況具體分析的原則，從更安全、更經濟、更環保的角度出發，以使橋臺型式的設計更加安全經濟合理。

3 山區高速公路常用橋臺型式

橋梁橋臺是橋梁結構的重要組成部分，橋臺除了傳遞橋梁上部結構的荷載到地基外，還具有抵擋臺后的填土壓力、穩定橋頭路基和連接橋上線路的作用。山區高速公路較常用的橋臺型式為重力式U 型橋臺和輕型橋臺（包括肋板式橋臺和樁柱式橋臺）。在地形起伏的山區，肋板式橋臺往往不太適用，所以重力式U 型橋臺和樁柱式橋臺應用最為廣泛，本文主要討論此兩者橋臺型式的選擇。

重力式U 型橋臺在橋梁設計中應用較多，主要由臺帽、前墻、側墻和擴大基礎四部分組成，見圖1。重力式U型橋臺主要通過自重進行外力平衡，具有構造簡單、取材方便及節約成本等優點。但因為具有較為復雜的受力形式，特別是在自重力、汽車活載及土壓力等作用下，容易產生橋臺臺身開裂、基礎局部地基承載力不足、基礎不均勻沉降等病害。

樁柱式橋臺主要由臺帽、耳墻、背墻和樁基礎四部分組成，見圖2。主要利用結構自身的抗彎能力來減小圬工量，使橋臺重量輕型化。具有施工便利、構造簡單及受力明確等優點。但因為其抗推剛度小、穩定性差和承載能力有限等不足，容易產生橋臺樁基傾斜、樁頭破損、樁基暴露等病害。

圖2 樁柱式橋臺

圖1 重力式U 型橋臺

4 本項目橋臺型式方案研究

本文結合賓鶴高速公路實際工程地質縱斷進行方案的闡述和比選，見圖3。

據區域地質資料及地質調查結果，本段路線所經區域內出露的地層主要有燕山期正長斑巖（ξπ53）、二疊系玄武巖系（Pβ）、第四系全新統（Q）地層等。

含碎石粉質黏土：灰色、灰紅色，主要由黏土礦物和玄武巖碎石組成，碎石粒徑一般20-60mm，含量15-35%，碎石分布不均，局部段較富集，硬塑。該層厚度較小，整個橋區均有分布。地基承載力基本容許值[fao]=200kPa，樁側土摩阻力標準值qik=65kPa。

強風化玄武巖：灰色，褐紅色，礦物成分主要為斜長石、輝石、橄欖石，致密結構，塊狀構造，裂隙發育，機械擾動下大多數巖心呈砂狀，少數呈20-40mm 碎塊狀。地基承載力基本容許值[fao]=420kPa，樁側土摩阻力標準值qik=130kPa。

圖3 工程地質縱斷

中風化玄武巖：灰色，褐紅色，礦物成分主要為斜長石、輝石、橄欖石，致密結構，塊狀構造，巖質堅硬，難鉆進，巖芯多呈40-170mm 短柱狀、柱狀，局部碎塊狀，該層為場地下伏基巖，厚度大。地基承載力基本容許值 [fao]=1600kPa，飽和單軸抗壓強度frk=61.8MPa。

由于覆蓋層較薄，橋臺基礎落在強風化玄武巖上。使用重力式U 型橋臺，既滿足了承載力要求，又節約了工程造價。但是由于強風化玄武巖在機械擾動下大多數巖心呈砂狀，巖質較軟，此時采用樁柱式橋臺更能保證結構安全。當設計時遇到此類似的地質情況時就需要對橋臺選型方案進行經濟性比較。

假設橋臺樁基全部處于強風化玄武巖中，按摩擦樁計算，樁長為16m。當樁長小于16m 時，只有端承樁能滿足承載力需求。根據《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTG 3363-2019），本項目中風化玄武巖屬于較硬巖，最佳嵌巖深度推薦為2-3d，樁柱式橋臺樁徑為1.6m，所以嵌巖深度不應小于4.8m。考慮到長細比、穩定性等因素，結合以往工程經驗，最小樁長取10m。

根據相似的地質情況，列舉重力式U 型橋臺和樁柱式橋臺不同參數情況下主要工程數量表，見表1 和表2。

表1 重力式U 型橋臺主要工程數量表

根據表1 和表2 的結果，可以得到如下結論：

①當覆蓋層很薄，設置2m 高前墻的重力式U 型橋臺，基底就能落在強風化花崗巖上時。此種地質情況下采用樁柱式橋臺，造價較高，不經濟。采用重力式U 型橋臺，若開挖基坑后局部地基承載力不滿足要求，可以采取換填等地基處置措施。綜合考慮建議采用重力式U 型橋臺。

②當覆蓋層較薄，設置3m 高前墻的重力式U 型橋臺，基底就能落在強風化花崗巖上時。若中風化玄武巖埋深較淺，小于等于15m 的端承樁能滿足承載力要求時，因為造價相差不多甚至更低，且此類軟質巖石地質采用樁柱式橋臺更加安全，綜合考慮建議采用樁柱式橋臺。否則采用重力式U 型橋臺。

表2 樁柱式橋臺主要工程數量表

③當覆蓋層較厚，設置4m 高前墻的重力式U 型橋臺，基底才能落在強風化花崗巖上時。根據實際地質情況若樁長小于等于21m 的摩擦樁能滿足承載力要求時，因為造價相差不多甚至更低，且此類軟質巖石地質采用樁柱式橋臺更加安全，綜合考慮建議采用樁柱式橋臺。否則采用重力式U 型橋臺。

④當覆蓋層很厚，設置5m 高前墻的重力式U 型橋臺，基底才能落在強風化花崗巖上時。根據實際地質情況若樁長小于等于28m 的摩擦樁能滿足承載力要求時，因為造價相差不多甚至更低，且此類軟質巖石地質采用樁柱式橋臺更加安全，綜合考慮建議采用樁柱式橋臺。否則采用重力式U 型橋臺。

5 結語

隨著國家對基礎設施建設力度的加大，山區高速公路發展進程不斷加快，遇到的地形地貌、地質條件也越來越復雜，在實際的設計過程中，橋臺型式的選擇要做到因地制宜、綜合設計，以安全、經濟、環保為理念，才能做出更加經濟合理的設計方案。本文以賓鶴高速公路為例，分析在特定條件和地質情況下，不同橋臺型式的經濟性，希望能對山區高速公路橋梁橋臺型式的選擇提供參考。