目前在公路桥梁结构的设计中,桥基方案设计有着决定性影响。在岩溶区域建设桥梁,地质勘探深度,桥位、桥型选择,基础设计与施工合理与否,不仅对桥梁建设能否如愿开展,还会对日后交通运营与安全产生深刻影响。通过对杭(州)新(安江)景(德镇)高速公路岩溶区域新建管村桥(寿昌溪)大桥的设计与施工求分析,为在岩溶区建设桥梁提供几点建议供参考。
  关键词 高速公路;桥梁设计; 不良桥基; 岩溶区域;桩基;施工
   Abstract Based on analyzes the Hangxinjing Expressway karst region new village bridge ( Shou Changxi ) bridge design and construction requirements, provide some suggestions for construction of bridge in karst area, only for reference.
   Key words highway; bridge design; adverse foundation; pile foundation; construction in karst region
  
   中图分类号U491.1+2 文献标识码A文章编号2095-2104(2012)05-0020-02
  
  前言
   公路线位布设受其功能、使用任务、城镇规划和地形地质等条件控制,有时不得不从岩溶区域穿过。而溶洞隐藏于地下,分布有极大不确定性。在岩溶区域建设桥梁,地质勘探深度,桥位、桥型选择,基础设计与施工合理与否,不仅对桥梁建设能否如愿开展,还会对日后交通运营与安全产生深刻影响。本文通过对杭(州)新(安江)景(德镇)高速公路建德寿昌至开化白沙关(浙赣界)段公路工程岩溶区域新建管村桥(寿昌溪)大桥的设计与施工分析,为在岩溶区建设桥梁提供几点建议供参考。
  1工程概况
  1.1地貌和地质概况1
   管村桥位于低山间冲洪积平原区,较为宽阔,为北东向沟谷和北西向沟谷交汇处。北西向沟谷中有寿昌溪自西北向东南流动,常年流水,降雨时水量暴涨暴落,流速急。
   线路处受构造作用强烈,线路左侧发育F12断裂,与线路近于平行延伸。结合钻探和物探资料,桥址处受到近东西向构造作用,构造与线路小角度相交,线路处横向、纵向地质条件差异大左边桩全~强风化层厚度大于右边桩,景德镇端全~强风化厚度远大于杭州端。在中风化灰岩面附近有岩溶发育,溶洞规模一般不大,下部岩体完整性较好。
   本桥桥址岩土地质主特征
   全风化及强风化层为条带状灰岩夹泥岩,褐黄色,岩石风化强烈,风化物似全风化泥岩、页岩状;中风化层为条带状灰岩夹泥岩, 青灰色,隐晶质结构,中厚层状构造,节理裂隙发育,岩体完整性总体较好,以柱状为主,岩质硬,锤击声脆,局部夹少量深灰色泥灰岩条带,上部溶蚀现象明显,部分钻孔中溶洞规模较大;局部炭质含量较高,灰黑色,部分为炭质灰岩。
   本桥桥基溶洞特征,钻孔ZKS44、ZKS43A、ZKS44A、ZKS44C、ZKS44D、ZKS45中揭露,洞高0.2~4.6m,多有充填,充填物似灰黄色、紫红色全风化页岩,钻孔岩芯呈碎块夹土状,碎块可见原岩结构;少量溶洞无充填,钻探时钻具直接掉落。工程地质纵断面见图1~2。
  
  
   1.荷载等级公路-Ⅰ级;桥面净宽2x净11.25m。
   2.本桥平面分别位于圆曲线(起始桩号K151+836.9,终止桩号K151+918.549,半径R=1600,右偏)和缓和曲线(起始桩号K151+918.549,终止桩号K151+970.1,参数A536.656,右偏)上;纵断面位于R=10000m的竖曲线上,桥面横坡为单向3%,纵断面纵坡3.5%;墩台等角度布置。
  3桥梁设计
  3.1 桥梁布跨
   桥梁基本跨径的选择基本跨径的选择需综合考虑经济性、整体协调性、施工难度等诸多因素。过大或过小的跨径对桥梁经济性与美观性带均来一定影响。
   管村桥(寿昌溪)大桥采用整体式断面,本桥全桥共1联 5x25m。
   本桥4号墩处桥梁高度小于5号桥台,再结合桥位平面图分析,看似终点处可取消一孔,这样既可减小桥梁规模,同时也能降低桥台填土高度,但考虑到寿昌溪泄洪需,不宜缩短一跨。
  3.2 桥型布置
   桥型方案设计主考虑的是在满足桥梁使用功能的前提下,力求安全、环保、经济、适用,布局合理以及便于施工及养护。
   上部结构形式的选择
   本桥所处主为乡镇村落,对景观求相对城市桥梁弱,因此上部结构不考虑采用工期长、施工复杂、造价高的现浇预应力混凝土箱梁,而采用施工方便、快捷、造价省的预制拼装结构。
   空心板主适用于跨径≤16m(20m及以上跨径空心板梁存在的病害较多)的桥梁,20m及以上跨径的标准桥跨主有小箱梁和预制T梁两种。对不同跨径小箱梁和T梁两种结构进行比选2,见表2。
  
  
   从比较结果来看,各种跨径小箱梁呈现跨径越大,造价越贵的趋势。T梁梁高较小箱梁高,上部结构造价较同等跨径小箱梁高约12.3~37.2%,施工相对复杂。T梁横向通过横隔板刚性连接,整体性好;主梁采用现场预制,架桥机架设施工,工期短,吊装重量小,工艺成熟;适合25~50m。寿昌溪没有通航求,梁高不受限制。全线桥梁的标准化设计,综合考虑确定上部结构采用预应力砼(后张)T梁。
   本桥桥基处于岩溶区,其溶洞分布位置具有较强的不确定性。本桥原设计为上部结构采用预应力砼(后张)T梁,先简支后连续的超静定结构;为减小桥基这种隐蔽的、随机发生的地质问题对桥梁结构的影响,考虑到地基中有溶洞可能产生的不均匀沉降,采用特殊设计,更改上部结构为结构简支,桥面连续跨径小的静定结构3。这样好处是结构受力明确,消除桩基不均匀沉降影响。
   因柱式墩经济性好,工艺成熟,施工方便,与桩基础衔接性好。下部结构桥墩采用柱式墩,桥台采用肋板台,墩台基础均采用钻孔灌注桩。
   虽然本桥桥墩高度不大,最大桥墩高度为6.1m,也不存在软土层,但考虑到本桥桥址区水位随季节变化暴涨暴落,桥梁墩台易受水流冲刷;为能有效抵抗山区河流强力冲刷,增强桥墩整体受力,本桥设置底系梁。
   桥型布置见图3~4。
  
  
  3.3 桩基设计
   在桥梁下部结构设计中,因桩基础以承载力高、不均匀沉降少、施工简单等优点,本桥采用桩基础。本桥桩基设计与施工是建设难点。
   本桥场地内基岩面起伏大,右幅桥桩基大多基岩埋深浅,但左幅桥桩基全~强风化层厚度大,且在中风化基岩上部有溶洞发育;若均采用端承桩,则左幅桥3、4号墩桩长深度将超过60m,而部分桩长约15m,桩长差异很大。依本桥地质实际,部分采用端承桩、部分采用摩擦桩。具体分三种情况设计
  (1)按端承桩设计,遇溶洞穿过,嵌入中风化灰岩
   本桥左幅1号墩和右幅2、3、4号墩桩基穿过溶洞,防止塌孔和漏浆。溶洞区域应逐桩钻孔,确保桩端以下8米无溶洞。此类桩基中风化层上部有岩溶发育,应穿过溶洞进入下部完整基岩。
   左幅1号墩桩基,ZKS43A钻孔表明在高程95.1~99.7位置出现溶洞,洞高4.6m,洞跨较大,充填。该处溶洞上持力层不足,为全风化及强风化层条带状灰岩夹泥岩。该桩基穿过溶洞,嵌入中风化条带状灰岩夹泥岩。