文/中國(guó)公路工程咨詢(xún)集團(tuán)有限公司 丁義馨交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院 馬新 閆瑾

不良地質(zhì)災(zāi)害與橋涵結(jié)構(gòu)選型關(guān)系的探討

文/中國(guó)公路工程咨詢(xún)集團(tuán)有限公司 丁義馨
交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院 馬新 閆瑾

云南地處低緯高原，地理位置特殊，地形地貌起伏大，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，給設(shè)計(jì)帶來(lái)了空前的難度。本文以云南昭通至四川樂(lè)山高速公路項(xiàng)目（簡(jiǎn)稱(chēng)“昭樂(lè)高速公路”）串絲至佛耳巖段為依托，探討不良地質(zhì)災(zāi)害地區(qū)的橋梁選型選址問(wèn)題。

項(xiàng)目特點(diǎn)

昭樂(lè)高速公路串絲至佛耳巖段，起于昭通市鹽津縣串絲鄉(xiāng)，與銀（川）昆（明）高速公路在串絲服務(wù)區(qū)南相接，路線(xiàn)終點(diǎn)位于云南省綏江縣佛耳巖，與四川成（都）麗（江）高速公路屏山新市至金陽(yáng)段高速公路新市支線(xiàn)跨金沙江特大橋云南岸相接。

該項(xiàng)目的最大特點(diǎn)是橋隧比高、地質(zhì)條件復(fù)雜：全線(xiàn)橋隧比高達(dá)85%，橋涵結(jié)構(gòu)物主要為跨越河流、道路、橫向陡坡、山間凹地、溝谷（尤其是呈“U”形、“V”形、“W”形的丘巒溝谷）而設(shè)，相對(duì)于線(xiàn)位高程，許多溝谷深度約達(dá)50m至60m；全線(xiàn)橋梁橋位處地質(zhì)條件一般，孔跨布置及標(biāo)高基本不受洪水位控制；部分橋梁場(chǎng)地狹窄險(xiǎn)峻，交通運(yùn)輸條件不便，施工組織困難大。

全線(xiàn)橋隧交替相連，高墩橋梁多。大橋及中橋的橋型選擇、橋長(zhǎng)擬定及孔跨布置，主要根據(jù)橋位處路線(xiàn)走向、地形地質(zhì)、河（溝）床特征、施工和養(yǎng)護(hù)條件，橋梁、涵洞設(shè)計(jì)遵循按照“技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟(jì)合理”的公路設(shè)計(jì)基本原則，充分吸收符合山區(qū)橋梁建設(shè)的新理論、新材料、新工藝。

全線(xiàn)橋梁多為峽谷橋梁、縱橫向地勢(shì)陡峭，橋墩難以立足，同時(shí)橋墩施工工作面開(kāi)挖會(huì)帶來(lái)大規(guī)?；?；地勢(shì)平緩區(qū)多為崩坡堆積體，易坍塌，墩臺(tái)工程安全性受影響；兩側(cè)峽谷多危巖落石，有掉落危險(xiǎn)，因此，該項(xiàng)目的橋梁設(shè)計(jì)，地質(zhì)因素為其中較大的控制因素，局部情況下會(huì)影響橋梁方案的選擇。

不良地質(zhì)災(zāi)害對(duì)橋梁選型的影響

在設(shè)計(jì)該項(xiàng)目橋梁方案時(shí)，除了常規(guī)的橋梁布設(shè)控制因素以外，還需要充分考慮橋涵構(gòu)造物可能引發(fā)的不良地質(zhì)問(wèn)題，以及工程地質(zhì)次生災(zāi)害對(duì)工程安全的影響，采用合理的橋梁結(jié)構(gòu)形式、綜合防護(hù)支擋措施，降低工程安全風(fēng)險(xiǎn)，保證施工期間及后期運(yùn)營(yíng)的工程安全。因此，需要明確各種不良地質(zhì)災(zāi)害對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全的影響。

滑坡

滑坡對(duì)道路安全有較大影響，因此，路線(xiàn)線(xiàn)位選擇時(shí)應(yīng)避讓滑坡，盡量沿滑坡后緣地帶經(jīng)過(guò)，減少對(duì)橋梁的影響。

崩坡堆積體

路線(xiàn)沿線(xiàn)分布有較多崩坡堆積體，公路切坡后坡體上的崩坡堆積體受到擾動(dòng)且形成臨空面，容易在暴雨等不利因素的影響下發(fā)生滑動(dòng)變形，對(duì)公路未來(lái)運(yùn)營(yíng)有安全隱患。對(duì)該類(lèi)型路段的橋梁，首先要避免對(duì)原地表過(guò)度開(kāi)挖，以減少對(duì)崩坡積體的擾動(dòng)，避免誘發(fā)其滑動(dòng)，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)橋梁長(zhǎng)度，降低橋臺(tái)高度，采用柱式臺(tái)，在滿(mǎn)足凍深、沖刷等要求下降低承臺(tái)、系梁的埋置深度，采用樁基礎(chǔ)，以減少對(duì)原地表的開(kāi)挖；其次，要加強(qiáng)地質(zhì)調(diào)查和工點(diǎn)勘測(cè)工作，探明崩坡堆積體范圍、厚度，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，加長(zhǎng)樁長(zhǎng)，保證樁基進(jìn)入穩(wěn)定巖層一定深度。

危巖落石

路線(xiàn)范圍內(nèi)有多處危巖段落，現(xiàn)狀整體處于欠穩(wěn)定-基本穩(wěn)定狀態(tài)，危巖體在地震、自重、后壁靜水壓力的作用下可能發(fā)生傾倒、墜落、掉塊等破壞，現(xiàn)場(chǎng)踏勘發(fā)現(xiàn)，危巖段落地表有大小不一的落石存在，也證明了其危害性。由于危巖段落多屬于橫向山體陡峭路段，需設(shè)置橋梁通過(guò)。經(jīng)過(guò)對(duì)區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有高速公路的調(diào)查了解，運(yùn)營(yíng)期間危巖落石砸斷橋梁時(shí)有發(fā)生。故在橋梁方案和結(jié)構(gòu)形式上做出針對(duì)性方案，以減少對(duì)其的危害。首先，通過(guò)路線(xiàn)平面調(diào)整，加大橋梁與危巖橫向間距；其次，上部結(jié)構(gòu)形式推薦采用簡(jiǎn)支體系，便于后期換梁、維修；再次，結(jié)合防護(hù)設(shè)計(jì)，根據(jù)地形對(duì)橋梁通過(guò)段設(shè)置攔石墻及被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)等措施，以降低或減少危害。

順向坡

區(qū)域內(nèi)順向坡的巖性以砂巖、泥巖、頁(yè)巖為主，互層及差異性風(fēng)化，在開(kāi)挖后形成臨空面，有上路塹整體滑動(dòng)的危險(xiǎn)。對(duì)深入順層挖方路塹段的橋梁有一定危害，在設(shè)計(jì)時(shí)需結(jié)合路基防護(hù)統(tǒng)一考慮，放緩邊坡坡率，對(duì)橋頭段設(shè)置上支擋及加固措施。

斷層

當(dāng)路線(xiàn)經(jīng)過(guò)斷層為非活動(dòng)斷層帶時(shí)候，斷層帶巖層一般風(fēng)化較為嚴(yán)重，巖體較為破碎，同時(shí)地下水發(fā)育，此種狀況應(yīng)避免設(shè)置墩臺(tái)，盡量將橋臺(tái)布置與斷層同一盤(pán)，首選下盤(pán)，當(dāng)路線(xiàn)走向無(wú)法避讓斷層時(shí)，采取大跨徑跨越方式，同時(shí)采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支體系，這樣處理斷層對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全影響基本較小。

不良地質(zhì)區(qū)域橋梁設(shè)計(jì)方案對(duì)策

在充分明確各種不良地質(zhì)災(zāi)害對(duì)橋梁工程安全危害之后，應(yīng)根據(jù)其具體特點(diǎn)有針對(duì)性地選擇合理、有效、經(jīng)濟(jì)的處理措施，綜合采用加大跨徑、合理選擇橋臺(tái)形式、上部結(jié)構(gòu)形式、增加支擋設(shè)施等措施方式予以處理。

首先，橋梁的方案布設(shè)一定要結(jié)合路線(xiàn)走向，地質(zhì)條件、地形條件綜合選擇，對(duì)于跨斷層帶及危巖區(qū)的橋梁，首選結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支體系，由于該類(lèi)體系屬于靜定結(jié)構(gòu)體系，吸收橋墩變形能力較大，不會(huì)引起次內(nèi)力，后期養(yǎng)護(hù)方便，若發(fā)生落石砸壞上部結(jié)構(gòu)，更換上部梁體較連續(xù)體系結(jié)構(gòu)方便。在此項(xiàng)目中，干溪溝大橋橋頭在隧道施工中，發(fā)生地表開(kāi)裂情況，該橋采用了簡(jiǎn)支體系。對(duì)于位于崩坡堆積體范圍內(nèi)的橋梁，橋墩首選實(shí)體墩，以提供較強(qiáng)的抗撞擊能力，保證落石擊中下橋梁的安全；橋臺(tái)盡量選用坐板臺(tái)，加大抗滑移能力。

其次，針對(duì)不同的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型，細(xì)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，位于崩坡堆積體的橋臺(tái)，填高按不高于6m控制，避免使用柱式臺(tái)，但是對(duì)于位于填方區(qū)的橋臺(tái)可采用柱式臺(tái)，結(jié)合該項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于橫向地形高差大的橋臺(tái)，推薦使用扶壁式橋臺(tái)，可以有效適應(yīng)地形高差。

在進(jìn)行橋墩設(shè)計(jì)時(shí)候，需根據(jù)橫向地勢(shì)的高差，合理設(shè)計(jì)系梁。位于上坡上的墩臺(tái)，不宜采用肋板式臺(tái)，為減少開(kāi)挖系梁、承臺(tái)適當(dāng)抬高脫空部分應(yīng)加強(qiáng)，樁到基巖邊的凈距大于樁基直徑，柱高按基巖邊的凈距大于樁基直徑處計(jì)算。

橋梁下部結(jié)構(gòu)在橋墩高度小于30m時(shí)可采用圓柱墩，圓柱式橋墩的樁柱結(jié)合部當(dāng)橋墩大于5m時(shí)設(shè)置底系梁，水中橋墩系梁底面一般宜設(shè)在低水位以下50cm處，岸上系梁頂面宜位于地表面附近處，以方便施工。

對(duì)于橫向地面高差較大的橋墩，不設(shè)置樁頂系梁，左右墩頂標(biāo)高分開(kāi)獨(dú)立確定，按照高處樁頂，直接設(shè)置墩柱系梁(見(jiàn)圖1)。

圖1 橫向地面高差較大的橋墩設(shè)置圖

再次，需要加強(qiáng)橋墩、橋臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，摩擦樁一般可不采用通長(zhǎng)配筋，主筋的截?cái)辔恢每筛鶕?jù)實(shí)際情況具體確定；但位于崩坡堆積體處的橋梁若采用摩擦樁應(yīng)選用通長(zhǎng)配筋，提高樁基強(qiáng)度，樁身長(zhǎng)度應(yīng)穿過(guò)液化土層和軟弱土層，進(jìn)入穩(wěn)定層的深度不應(yīng)小于4倍樁基直徑。

最后，加強(qiáng)與路基專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)溝通，在通過(guò)地勢(shì)陡峭、不穩(wěn)定區(qū)域的橋梁。首先進(jìn)行清表，采用錨桿框架梁、錨索框架梁、抗滑樁、護(hù)面墻等支擋方式，橋梁施工先穩(wěn)定邊坡后。基坑開(kāi)挖的坡率需由路基專(zhuān)業(yè)確定，特殊情況下需進(jìn)行工點(diǎn)驗(yàn)算。該項(xiàng)目在設(shè)計(jì)過(guò)程中，全過(guò)程與路基專(zhuān)業(yè)配合，對(duì)全線(xiàn)不良地質(zhì)設(shè)置橋梁段落，均進(jìn)行了加固。