山區(qū)公路陡坡橋梁設(shè)計(jì)和施工風(fēng)險(xiǎn)分析

滿百禮

（中鐵一局集團(tuán)有限公司第三工程分公司，陜西寶雞 721000）

高速公路中若是出現(xiàn)陡坡橋梁路段則需引起高度關(guān)注。設(shè)計(jì)者必須勘察陡坡路段的周邊環(huán)境，并結(jié)合影響該路段的主要因素，制定出合適、科學(xué)的施工方案，選擇合適的橋梁結(jié)構(gòu)，找出項(xiàng)目工程中存在的風(fēng)險(xiǎn)，并提前做好防范；將橋梁方案、路基方案等進(jìn)行對(duì)比，盡可能保障橋梁工程的安全性，合理控制成本。

1 陡坡橋梁方案設(shè)計(jì)控制因素

1.1 陡坡坡度

自然地面是長時(shí)間以來地表巖層受地質(zhì)作用逐漸不再頻繁變化、逐步保持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。地面橫坡坡度是正切值，是水平面和通過地表某處的切平面直角的角度值，能夠體現(xiàn)該處的傾斜狀況。通常情況下，地面橫坡角度超過22°則就屬于陡坡[1-2]，若是在陡坡工程中考慮到橫坡角度，則可以劃分成以下4類狀況：

（1）22°＜橫坡角度＜45°，則屬于第一類別。同時(shí)該類別也會(huì)分為兩種情況，當(dāng)施工環(huán)境地質(zhì)狀況穩(wěn)定，則可選擇陡坡路基方案，只需進(jìn)行挖方、填方等工作即可保障整個(gè)路基的穩(wěn)定；但若是地質(zhì)狀況不穩(wěn)定，則應(yīng)選用橋梁方案。

（2）45°＜橫坡角度＜53°，則屬于第二類別。同樣，假設(shè)地質(zhì)狀況穩(wěn)定、坡度較大即可選用穩(wěn)定性驗(yàn)算，即可選擇橋梁方案；反之若是地質(zhì)狀況頻繁波動(dòng)，此時(shí)選擇橋梁方案易爆發(fā)很多風(fēng)險(xiǎn)，選擇隧道方案即可有效避免上述風(fēng)險(xiǎn)。

（3）53°＜橫坡角度＜63°，則屬于第三類別。這一類別由于施工難度很高、開挖易影響承臺(tái)墩身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，即便項(xiàng)目順利結(jié)束，后期的維護(hù)、檢修難度也極高，不管是從經(jīng)濟(jì)角度還是項(xiàng)目安全性能角度來看，橋梁方案均不是最佳方案，此時(shí)還是選擇隧道方案比較適宜。

（4）橫坡角度＞63°，則屬于第四類別，該類別已經(jīng)完全不適宜進(jìn)行橋梁項(xiàng)目的施工，此時(shí)選擇隧道方案或是選擇避繞較為合適。

綜上所述，橋梁方案是否合適整個(gè)項(xiàng)目工程主要取決于坡度大小。若是不考慮其他條件，要想選擇橋梁方案，則需確保橫坡角度在22°~53°范圍內(nèi)，但如果坡度＜22°，橋梁方案也可適用；反之如果坡度超出上限，則就不可選擇橋梁方案。

1.2 陡坡地質(zhì)條件

工程地質(zhì)需綜合考慮巖層屬性、地質(zhì)構(gòu)造、水文分布、地震強(qiáng)度以及地質(zhì)條件[3]。通常情況下，地質(zhì)條件對(duì)橋梁項(xiàng)目的影響較小。然而相較于地勢平緩地區(qū)，在陡坡部位如果地質(zhì)條件不佳更易造成橋梁項(xiàng)目的施工難度上升。當(dāng)陡坡段地形逐步趨于穩(wěn)定后，則也表明該地段地質(zhì)狀況較好、覆土厚度較小。然而若是陡坡坡度提升、加之巖石自重、周邊水文等影響，更易爆發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。因此，如果施工環(huán)境下的地質(zhì)條件為以下三類，則不適宜于選擇橋梁方案：

（1）陡坡段具備大面積滑坡，地下水含量高且位于地震頻發(fā)區(qū)，極易出現(xiàn)滑坡滑動(dòng)等災(zāi)害，此時(shí)若是選擇橋梁方案，其樁基極易受滑坡影響，樁基位置出現(xiàn)偏移。

（2）若是位于地震頻發(fā)區(qū)，陡坡路段存在大量危巖，極易出現(xiàn)坍塌等地質(zhì)災(zāi)害，一旦地震爆發(fā)，將會(huì)出現(xiàn)危巖、坍塌體滾落等危險(xiǎn)，此時(shí)若是選擇橋梁方案極易出現(xiàn)梁體被砸壞等危險(xiǎn)，嚴(yán)重影響過往車輛的安全。

（3）若是陡坡路段可能爆發(fā)泥石流，地下水分布密集、泥石流匯集能力強(qiáng)，則將嚴(yán)重影響梁體與墩身的穩(wěn)定。所以，要想對(duì)陡坡路段選擇橋梁方案必須綜合研究上述各種狀況，排查可能爆發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)估所有風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)的概率，嚴(yán)格保障整個(gè)工程的安全。若是評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)爆發(fā)概率較高，則應(yīng)放棄橋梁方案選擇隧道方案。

1.3 陡坡施工條件

（1）陡坡橋梁一般位于地形較陡位其中難度系數(shù)極高。若是坡腳處橋梁施工難度最低，然而要想保證陡坡的穩(wěn)定，在進(jìn)行施工時(shí)，除了要保證巖體處于穩(wěn)定，還需要降低坡腳開挖量。若是開挖坡面結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，則需制定完善的防護(hù)方案。

（2）要想在半坡處進(jìn)行施工需配備專門的施工平臺(tái)與便道，盡量保留原坡面的完整性，在施工過程中對(duì)坡面展開防護(hù)。待施工結(jié)束需立即回填之前配備的平臺(tái)與便道、夯實(shí)使其結(jié)構(gòu)緊密。

（3）坡頂部位的施工難度系數(shù)是最高的，要想避免出現(xiàn)樁基某側(cè)臨空、降低其承載力狀況，需建設(shè)防護(hù)墻進(jìn)行防護(hù)、增強(qiáng)樁側(cè)巖土層的厚度。在整個(gè)橋梁項(xiàng)目中應(yīng)結(jié)合周邊實(shí)際地形環(huán)境、樁基位置等內(nèi)容，制定科學(xué)、可行的施工方案，保障邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、確保樁基承載力達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，配備防護(hù)設(shè)施加以鞏固。

2 陡坡橋梁方案的選擇

某項(xiàng)目穿越天井村，根據(jù)勘察資料，該處自然地形坡度為1:1.4，邊坡處存在較明顯的巖石裸露現(xiàn)象。線路小里程方向?yàn)榇笮獔鏊淼溃罄锍谭较蚴┕l件更佳，該處地形平緩，可作為互通的建設(shè)區(qū)域。由于現(xiàn)場地質(zhì)條件總體較好，經(jīng)多方商討后最終采用陡坡橋方案，關(guān)于橋梁在本段的布置情況，見圖1。

圖1 天井村陡坡橋梁方案

新建天井村特大橋?yàn)榈湫偷母呒軜颍ㄔO(shè)在分離式路基段，全橋共跨越2條沖溝。結(jié)構(gòu)方面，橋梁上部為裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，下部以U臺(tái)為主要結(jié)構(gòu)，并配置適量承臺(tái)分離式臺(tái)，橋墩均采設(shè)置為柱式墩。現(xiàn)場縱橫向地形偏陡，此條件下加大了施工難度，要求以科學(xué)的方法施作便道，遵循適度開挖的原則，避免過度開挖行為，否則易引發(fā)橋梁墩臺(tái)失穩(wěn)現(xiàn)象。經(jīng)開挖后產(chǎn)生高邊坡，為之采取防護(hù)措施以確保穩(wěn)定性。本橋建設(shè)于省道S232上方，為給該線路的正常運(yùn)行提供保障，施工現(xiàn)場做好防護(hù)，如增設(shè)圍擋等，目的在于避免開挖碎石滾落，確保省道車輛的正常通行，以免發(fā)生安全事故。橋墩主要分布在陡坡地段，受此部分開挖作業(yè)的影響將產(chǎn)生高邊坡，宜在該處設(shè)置護(hù)面墻，實(shí)現(xiàn)有效的防護(hù)。滲水、積水均會(huì)給正常施工造成不良影響，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)現(xiàn)場排水，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)臨時(shí)防排水設(shè)施。此外，K38+900~K39+050段施工條件特殊，其上方含大量發(fā)育危巖體，存在較高的掉落風(fēng)險(xiǎn)，為實(shí)現(xiàn)安全施工作業(yè)，需注重對(duì)該處的監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果分析其總體狀況，基于實(shí)際情況采取科學(xué)的防護(hù)措施，全面避免危巖體掉落，以便給施工人員創(chuàng)造安全的作業(yè)環(huán)境。

3 陡坡橋梁主要風(fēng)險(xiǎn)及處理措施

3.1 不良地質(zhì)引發(fā)陡坡垮塌的風(fēng)險(xiǎn)

對(duì)各種方案進(jìn)行對(duì)比后，要想選用陡坡橋方案，應(yīng)詳細(xì)評(píng)估項(xiàng)目環(huán)境發(fā)生泥石流、巖石坍塌等危險(xiǎn)的可能性，將所有風(fēng)險(xiǎn)盡可能規(guī)避，提前制定應(yīng)對(duì)措施，例如滑坡防治措施、開挖泥石流槽、制定抗震措施等，盡量將地質(zhì)災(zāi)害影響控制到最小，以此保障整個(gè)項(xiàng)目的順利開展。然而，由于因地震、暴雨等因素引起的災(zāi)害影響程度或高或低、無法估計(jì)，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行路線設(shè)計(jì)時(shí)，需采取避繞。假設(shè)只有陡坡路線唯一選擇，也必須提前制定防護(hù)措施，全面排查所有風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 挖方邊坡的防護(hù)提前進(jìn)行

由于公路陡坡橋梁段一般處于山嘴部位，將受平縱面指標(biāo)影響，需要進(jìn)行挖方。因?yàn)槠露容^大，挖方高度也就偏高，若是邊坡坡率更陡，則易形成3~5級(jí)高邊坡。按照地質(zhì)狀況，可在石質(zhì)邊坡安置較陡坡率，然而易出現(xiàn)巖石滑落等危險(xiǎn)，因此需提前預(yù)留出3~5m的路線寬度給予巖石滑落空間，且需提前清理坡度表層的碎石，安防防護(hù)網(wǎng)、避免巖石砸到橋梁。除此之外，邊坡排水設(shè)計(jì)也至關(guān)重要，應(yīng)設(shè)計(jì)專門的坡頂截水溝，將水集中引入溝內(nèi)，減小沖刷量，確保邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

3.3 樁基的承載力保證

陡坡橋梁的結(jié)構(gòu)通常是樁柱一體式，這種結(jié)構(gòu)下樁基除了要承載來自側(cè)面巖土體的負(fù)荷，還需要承載上部軸向、水平等部位的荷載。同時(shí)，由于陡坡的覆土相對(duì)較薄，橋梁樁基應(yīng)選擇嵌巖樁。在進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)時(shí)必須結(jié)構(gòu)樁柱受力性能，選擇合適的模型進(jìn)行分析，以此保障設(shè)計(jì)的樁徑樁長能夠達(dá)到設(shè)計(jì)需求[4]。同時(shí)在對(duì)工作臺(tái)、便道進(jìn)行施工時(shí)應(yīng)盡可能避免損壞原坡面，結(jié)合坡面原本的地質(zhì)條件，提前制定坡面防護(hù)措施，避免出現(xiàn)邊坡坍塌。待施工全部結(jié)束，需立即回填施工平臺(tái)、便道，使其結(jié)構(gòu)緊實(shí)。

4 結(jié)語

由于陡坡橋梁工程中往往存在不確定因素會(huì)因此出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害以及因承載力設(shè)計(jì)不當(dāng)、施工失誤以及橋梁陡坡挖方未按設(shè)計(jì)方案執(zhí)行等出現(xiàn)運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)，因此對(duì)于橋梁工程來說，必須在施工前詳細(xì)勘測施工現(xiàn)場環(huán)境、地質(zhì)狀況，提前做好防范地質(zhì)災(zāi)害的措施，保障整個(gè)工程的安全性能，促使施工的順利開展。