山區高速公路沿河段橋梁設計探討

王 波

（中國公路工程咨詢集團有限公司， 北京 100097）

0 引言

湖南省武岡（城步）至靖州公路是湖南省高速公路網規劃的重要組成部分，是一條“生態路、環保路、旅游路、景觀路”，地處邵陽市境內（終點局部路段在懷化市靖州縣、通道縣境內），路線呈東西走向連接包茂國家高速公路湖南境懷化至通道（湘桂界）段和洞口至新寧高速公路。項目工程技術難點多，其中，巫水河河道狹窄，兩側山勢陡峻，是項目的控制性路段。我院設計的第二合同段內的梅口巫水特大橋和石江坪巫水大橋兩座橋梁跨越巫水，下面以梅口巫水特大橋為依托進行沿河段橋梁設計探討。

1 橋位比選

巫水河無通航要求，考慮到能標準化設計與施工，不采用大跨結構，橋位應服從路線總體設計。橋位比選即路線總體方案比選，在巫水河路段，初測咨詢建議線位沿巫水河北岸布設，盡量不下河，該方案存在的缺點是靠山布設后路線右側高達200m深切方，邊坡處理困難。初測評審意見認為，該段路線還可以往巫水方向移動，消除深切方。初步設計階段對該路段方案進行了反復比選論證，針對初測線位經過矮子寨深切方高達200m，為消除深切方，結合地質資料，采用連拱隧道穿越山體，沿巫水河北岸布設路段線位盡量靠山布設，在滿足邊坡穩定性的基礎上，盡量減少水中墩，減少對巫水河的干擾。鑒于此，結合評審意見以及咨詢意見，擬定了B9線方案與K線方案進行比選。K線和B9線路線方案見圖1。

圖1 K線與B9線路線方案圖

1. 路線指標的比較

兩方案平縱面線形指標，K線平面指標較高，縱面指標相當。K線建設里程比B9線長63m。

2. 工程規模比選

K線方案橋梁長度較B9線短754m，隧道長度較B9線長1063m，土石方數量較B9線少24.9萬m3，造價概算較B9線多282.7萬元。

3. 對巫水河的干擾

B9線沿巫水河河道布設，巫水河河道狹窄，橋梁方案占了部分巫水河河道，且順河布設，對河道的泄洪有較大的影響，另外在 B9K24+000～B9K25+000路段巫水北岸河岸線橫坡變化幅度異常，緩坡、陡坡交錯，也有懸崖峭壁出露，地表溝谷發育，現場可明顯看到多條深溝順山而下，有在暴雨季節山洪沖刷痕跡。這樣的地形對橋梁下部構造的布置難度極大，基本沒有設置路基的條件。實施階段對山體的破壞也難以避免；K線方案在巫水河北岸的矮子寨跨越巫水河，對巫水河干擾較小。

4. 巫水河橋位

K線方案與B9優化方案相比，河道斷面平緩，實測水深15m左右，對行洪的影響較小。B9線沿著巫水河北側靠山邊布線，水中墩較K線多，施工費用較高。V型河道斷面陡峭，左右幅橋墩墩高差異明顯。兩方案相比，K線橋位優于B9優化方案。

5. 后期運營管理費用

B9線隧道長248m，K線方案沿巫水河南側采取隧道通過，隧道長1311m，后期運營維護費用高K線較高。經征求主管部門意見，意見認為B9線占河多，影響行洪，同意K線方案。

綜上所述，K線方案優點體現在對巫水河的干擾小、巫水河橋位好，相關主管部門同意，缺點體現在隧道較長，造價高，后期運營管理費用較高，同時受地形條件限制，隧道棄渣相比于 B9線運輸困難，初設階段主要考慮B9線造價省，后期運營管理費用較低，推薦采用B9線方案。施工圖設計階段梅口巫水特大橋采用B9線位走廊，橋位平面圖見圖2。

圖2 橋位平面圖

2 橋型方案

梅口巫水特大橋沿巫水右岸布置，全橋左半橋共 8聯：4x30+6x(6x30)+4x30，全長1328.8m，右半橋共8聯：4x30+5x(6x30)+2x(4x30)，全長1268.8m；上部結構采用預應力砼連續T梁，先簡支后結構連續，正交90°布置。橋臺采用樁柱臺，考慮到減少施工時對巫水岸坡的影響，橋墩采用4.8m的小間距柱式墩，基礎均采用樁基礎。本橋起點順接矮子寨隧道，1～4孔橋梁橫斷面分離式漸變，其余孔按整體式斷面設計。左右幅設計高不同，典型橫剖面見圖3。

圖3 典型橫剖面圖

3 設計重點

本橋上構采用通用圖設計，橋墩采用柱式墩，相關設計技術非常成熟，限于篇幅，不作分析，因橋位位于梅口村巫水V形谷口進入巫水右岸，并沿右岸布線。橋位區地形起伏大，河岸堆積岸與沖刷岸交織，橋梁樁基在斜坡上，橋梁設計重點是斜坡樁基承載力、樁基施工時保證邊坡穩定的技術措施及山體防護。

1. 樁基承載力計算

（1）摩擦樁單樁軸向受壓承載力容許值計算方法

摩擦樁單樁軸向受壓承載力容許值[Ra]，按下列公式計算：

（2）嵌巖樁單樁軸向受壓承載力容許值計算方法

端承樁單樁軸向受壓容許承載力[Ra]，可按下列公式計算：

（3）斜坡樁基承載力計算注意事項

斜坡樁基范圍為橋側原地面坡陡于 25 或現場施工開挖等因素影響后橋側地面坡陡25o的樁基，并采用以下原則控制：

①樁基有效長度應扣除沖刷、開挖等項，并考慮有效覆蓋層起算點等因素后的樁基總入土長度。

②有效覆蓋層起算點：按樁側凈襟邊2倍樁徑且不小于3m取用。

③摩擦樁有效樁長：橋臺按12m控制，橋墩按20m左右控制。

④端承樁有效樁長按10m控制。

（4）摩擦樁設計

對本橋摩擦樁樁基，設計進行了逐一計算，摩擦樁單樁承載能力富裕系數均按大于1.2考慮。

（5）嵌巖樁設計

梅口巫水特大橋大部分樁基類型為嵌巖樁。計算時首先對巖石飽和抗壓強度frk為10Mpa和15Mpa的嵌巖樁進行試算，目的是為了得到在滿足樁基承載力安全系數＞1.2時，不同種類橋墩樁基需勘入基巖的最小深度。計算結果整理見表2～3：

表2 frk=10Mpa時最小嵌巖深度

表3 frk=15Mpa時最小嵌巖深度

（6）山體下滑力對斜坡樁基的影響

山體的滑移會對斜坡上樁基產生下滑力的作用，因此需對山體下滑力對斜坡樁基承載力的影響進行計算。計算選取5號墩右半橋、9號墩右半橋、22號墩右半橋斜坡樁基進行計算，受力示意圖見圖4，樁基所受下滑力見表4。

圖4 斜坡樁基考慮下滑力受力示意圖

表4 樁基所受下滑力

根據以上下滑力計算得到最不利截面的樁基最大彎矩及軸力見表5。

表5 考慮下滑力最不利截面的樁基最大彎矩及軸力

經計算，在最不利彎矩和軸力組合作用下，樁基只需構造配筋就可滿足受力要求，故當考慮下滑力對斜坡樁基影響時承載力能滿足受力要求。

2. 斜坡樁基邊坡穩定的技術措施

斜坡樁基施工開挖施工平臺會對附近的山體造成擾動，從而影響山體的穩定性。斜坡山體的穩定因素包含很多，如地質、水文、施工擾動等。從施工方法的選擇和必要的防護方面處理是解決斜坡山體穩定的有效方法。下面就施工方法的選擇和山體的防護方面介紹斜坡樁基施工的技術措施。

（1）施工方法的選擇

①人工挖孔：對于地質條件允許，樁長不太長的斜坡樁基推薦首先采用人工挖孔樁。人工挖孔樁有以下優點：需要的工作面寬的小，一般情況下的人工挖孔樁施工工作面寬度2m即可，而鉆孔樁則需10～12m；對附近山體的擾動小；節約施工成本。

②鉆孔灌注樁：地質情況不允許，樁長很長的情況下，人工挖孔樁已經不具備優勢，此時可以選擇鉆孔灌注樁。由于鉆孔樁需要的工作平臺大，而且鉆孔中鉆機等機械的擾動對山體影響較大，這就要求施工中合理布置以減小施工平臺。另外一般的鉆孔灌注樁需要配置泥漿池，施工中必須控制好施工排水和泥漿池中的泥漿，防止水或泥漿侵蝕山體，造成山體的不穩定。

（2）防護措施

①根據測量放樣，按邊線根據地質情況確定的合適的邊坡比例下挖（本橋一般按1：0.5控制），開挖至樁基鋼筋頂為準，嚴禁超挖；為了便于排水，施工平臺地面內高外低，平臺上設排水溝，嚴禁施工場地受水侵蝕。當開挖立面高度小于3m時，一般采用37cm（片石）砌筑防護，下部設30x30cm斷面的砼基礎；立面開挖高度大于3m時，一般采用C25細粒式噴錨鋼筋砼防護。沿現有開挖立面砼厚度不小于8cm。待砌筑或噴錨合格完成防護后再進行樁基施工。我院設計的第二合同段內大部分斜坡樁基屬于此類情況，可根據具體現場施工條件控制，防護示意圖見圖5。

圖5 斜坡樁基施工防護示意圖

3. 右側山體SNS主動防護

梅口巫水特大橋右側山體坡度較陡，巖體節理裂隙發育，在地表水沖刷，人類工程活動等情況下，邊坡巖土體易產生坍塌、碎落。設計針對有潛在危巖落石的山體采用SNS主動防護，主動防護系統是以柔性鋼繩網系統覆蓋有潛在危巖落石的坡面，每張鋼繩網與四周支撐繩間用縫合聯結并進行預張拉，該預張拉工藝能使系統對坡面施以一定的法向預緊壓力，從而提高表層危巖體的穩定性，阻止崩塌落石的發生。同時，在鋼繩網下鋪設小網孔的六邊形雙絞合鋼絲網，以阻止小尺寸巖塊的崩落或限制局部巖土體的破壞。

圖6 SNS主動防護系統布置圖

4 結語

巫水沿河段走廊帶狹窄，而離河較遠的山勢起伏很大，整個區域沒有較好的可供通過的走廊帶。梅口巫水特大橋橋位服從路線總體設計，巫水河岸陡峭，橋位半幅位于水中，半幅位于岸上斜坡，水中、陸上墩的樁處于斜坡面上，為確保橋梁的安全性和穩定性，施工圖設計時，該橋斜坡樁基從保證襟邊的承載力、斜坡樁基施工技術措施及山體防護等方面做了精細化設計。同時巫水河兩岸風景優美，采用左右幅設計高不同的縱斷面，能更好的適應地形，橋梁景觀效果好。水下樁基設計了鋼護筒，目的是防止澆注砼時漏漿、漏砼。