市政橋梁改路基的優化設計分析

尹汝琨,張久林

(中交一公局第四工程有限公司,廣西 南寧 530033)

0 引言

市政道路的建設任務日益繁重,各級部門對建設管理日益精細化。由于地方財政處于緊縮狀態,對工程項目成本控制的嚴格程度與日俱增,成為項目參與各方的挑戰。因此成本控制成為設計行業的參與者需要深入思考的問題。從業人員需要擺脫思維慣性、設計慣例,大膽探索,尋求解決工程設計多種方案的新思路。

市政橋梁的設計,需要路基、路線崗位的人員同步展開,設計人員對方案的比選,需要有路線、橋梁、路基多專業綜合知識素養[1],才能做到有的放矢、立竿見影。本文結合昆明市小哨國際新城路網項目的設計優化工作,針對市政橋梁下穿鐵路項目的路線,進行了縱斷面調整,同時分析了橋梁減跨后橋改路基方案的可行性和經濟效益的對比,為后續其他市政項目橋梁布跨方面的設計優化比選提供方案借鑒。

1 工程概況及地質水文條件

1.1 原設計工程概況

昆明市小哨國際新城路網項目起于空港大道,止于國道G320,由西向東經過山體、水庫、山體、貴昆鐵路。道路等級為城市主干路,雙向六車道,設計時速為50 km,里程為2 625.376 m。目標結構物“下穿貴昆鐵路大橋”位于道路樁號K2+190.18處。

該項目的建設可以大力推進滇中新區的發展進度,進一步完善滇中交通運輸網絡,增強片區對整體的輻射能力,提升新區的建設品位及城市形象。

下穿貴昆鐵路大橋分隔成左、中、右三幅,左右兩幅橋梁寬13.1 m,中幅寬16.1 m,各幅間設8.85 m分隔帶,橋梁總寬60 m。左幅及中幅橋梁總長459.08 m,右幅橋梁總長339.08 m。如圖1～3所示。

圖1 左幅第1～2聯原方案橋型立面圖(cm)

圖2 左幅第3～5聯原方案橋型立面圖(cm)

圖3 原方案橋梁下穿鐵路的橫斷面位置圖(cm)

左幅全橋共5聯:4×30 m+涉鐵3×30 m+3×30 m+3×30 m+2×30 m;上部采用預應力混凝土(后張)簡支小箱梁,橋面連續;下部結構0號、15號橋臺采用座板臺,橋墩采用柱式墩,基礎采用承臺樁基礎;

中幅全橋共5聯:4×30 m+涉鐵3×30 m+3×30 m+3×30 m+2×30 m;上部采用預應力混凝土(后張)簡支小箱梁,橋面連續;下部結構0號、15號橋臺采用座板臺,橋墩采用柱式墩,基礎采用承臺樁基礎;

右幅全橋共4聯:涉鐵3×30 m+3×30 m+3×30 m+2×30 m;上部采用預應力混凝土(后張)簡支小箱梁,橋面連續;11號橋臺采用座板臺,橋墩采用柱式墩,基礎采用承臺樁基礎。

1.2 地形地質條件

測區屬云南高原中部,嵩明盆地西南緣,屬構造溶蝕、侵蝕丘陵地貌。工程區位于八家村水庫西南側樹枝狀分叉口西南岸,地形西高東低;地形起伏不大,地面高程為1 960～2 000 m,相對高差約40 m,自然橫坡為5°～45°,局部較陡。西側丘坡上覆土層較厚,基巖局部裸露,地表多被墾為旱地;東側為八家村水庫,溝槽等低洼地帶覆土較厚。

1.3 水文條件

工程區屬金沙江水系牛欄江流域,根據現場地質調繪,工程區地表水主要為花莊河、八家村水庫。

地下水主要為第四系松散孔隙潛水及巖溶裂隙水。孔隙潛水主要接受大氣降水的豎向滲入補給和地表水的側向滲入補給,多以蒸發和向低洼處徑流方式排泄。

2 優化比選的原因

(1)縮短橋梁施工工期,減少對相鄰鐵路的干擾。

(2)節約該項目的工程造價。

(3)根據地勘資料和現場踏勘,顯示該段地質情況良好,植被茂密,未見塌方滑坡、泥石流,地表未見明顯流水痕跡的水溝。

基于上述原因,提出橋梁減跨的橋改路基方案,并進行研究論證。

3 優化比選的路基方案

(1)調整路線縱坡,新增1處變坡點,將K1+648～K2+300段往下壓0～3.15 m,可減少填方高度,同時減少路基的擋墻高度,見圖4。

圖4 調整后的縱斷面(m)

K2+130處主線橋梁在既有鐵路橋之下,設計標高會降低2.83 m。

(2)填筑方式及防護形式:采用分幅土石路基進行填筑。清除地表草皮、腐殖土后,原地面橫坡陡于20%的需要開挖臺階,且臺階寬度應≥2 m[2]。

(3)中幅橋第1聯,橋改路基(4×30 m,K1+965～K2+085段)。

取消原推薦方案的中幅橋梁第1聯,改為路基方案,在左側設置8 m高衡重式路肩擋土墻,與右側的原有路基連成一個整體。

0號橋臺挪至4號,型式由3 m高坐板臺,改為約11 m高肋板式橋臺,見圖5。

圖5 調整后的典型橫斷面圖(m)

調整縱斷面,橋改路基之后,節約造價約952.1萬元。見表1。

表1 主要數量和造價對比表

(4)控制沉降為橋梁改路基方案的主要考慮因素。為保證路基的結構質量、功能性、安全性,應用以下工程措施進行處理:

①挖淤換填:當軟土的厚度≤3 m時,挖除路堤填筑范圍內的軟土和淤泥,并就近利用鄰近挖方段的硬質石材進行分層填筑壓實[3]。

②拋石強夯:路基的第3～6級邊坡均采用石料填筑,在石料空隙內灌入石渣、石屑等,同時將石料中尖角突兀處磨平,然后找平,保持碾壓平面的平整度,并分層夯實[4-5]。

③路堤加固處理:在路床頂面處下鋪3層雙向鋼塑土工格柵;在每級平臺處,下鋪兩層雙向鋼塑土工格柵。路堤填料施工時應分層填筑、碾壓,檢測達到設計規范給出的壓實度后,才能進行補強壓實,以提高其密實度、承載力,增強路床的整體性、均衡性[6]。

④路面結構鋪筑之前,應該給路堤沉降留足時間。對路堤進行施工監測,場地平整后,在最高級數的邊坡橫斷面處,于中樁和路緣埋設專用的沉降板,于坡腳處以及排水溝外側2 m埋設觀測樁。該橫斷面前后間隔50 m,按同樣的方法設置沉降板、觀測樁。觀測頻率:在施工期間,每3 d觀測位移、測量沉降,若遇暴雨,則增加1次觀測;在施工完成至順利通車前,應每兩周觀測一次;通車后的一年半,每一個月觀測一次[7]。

(5)征地方面:由于該方案中路基的占地面積,稍大于橋梁的占地面積,不同于一般地區,該地段主要是林地,沒有基本農田,所以難度不大,但方案越早落地,征地越方便推進。

(6)邊坡穩定計算:利用Midas SoilWorks軟件進行有限元方法計算,邊坡建模如圖6所示。

圖6 邊坡模型圖

相關巖土物理力學參數如表2所示。

表2 各巖土層的參數表

經過以上的分析計算,得到該邊坡的計算安全系數為3.61,大于容許安全系數1.3,邊坡安全。目前該方案被設計單位納入比選方案。

4 結語

在市政項目的建設中,路基、橋梁方案的比選是值得重點關注和研究論證的。如果能在合理的范圍內,用路基方案減少橋梁規模,將會有利于建設進度的推進,同時為建設單位節約投資,有利于工程費用控制和進度控制。設計從業人員應加強路線、橋梁、路基多專業綜合知識素養,擺脫思維慣性、設計慣例,大膽探索,尋求解決工程設計的方案新思路,供各方進行取舍,結合實際解決難題。