談山區高速公路橋梁設計中的橋墩選型

吳佳佳

(山西省交通規劃勘察設計院，山西太原 030012)

山西省境地形地貌變幻多樣，山地、丘陵、殘塬、臺地、谷地、平原等交錯分布，而以山地，丘陵為主。在已建成通車的高速公路中，尤以山區高速公路為多。山西省忻州至保德高速公路K168+380處的首溝大橋不可以不說是山區高速公路橋梁中的典型代表。其下部結構橋墩類型包括柱式墩、T形薄壁式橋墩、大跨徑門式墩、全幅雙柱式大挑臂墩。雖然橋墩種類多種多樣，但是設計并不是從一開始就以堆砌橋墩類型為最終目的，而是以實際地形地貌和不改易被交道路的需求來確定的。

1 橋梁概述

忻州—保德高速公路G4標段在里程中心樁號約K168+380處擬建首溝大橋一座，橋梁分為左右幅，左幅起點樁號為K167+916.5，終點樁號為 K168+793.5，橋型方案左幅為29孔30 m裝配式預應力混凝土連續箱梁，全長877 m;右幅起點樁號為K167+916.5，終點樁號為K168+843.5，橋型方案為24孔30 m裝配式預應力混凝土連續箱梁+8孔25 m裝配式預應力混凝土簡支箱梁，全長927 m。橋梁右幅后8孔橋面寬度處于變化段(見圖1)。

圖1 橋梁結構圖

2 工程地質

1)地形、地貌。橋址位于保德縣窯瓦鄉首溝村南，地形起伏較大，地面標高介于1029.60 m～1079.62 m之間，相對高差達50.02 m，該橋兩度跨越朱家川河，橋址所處河段的河底較寬闊，寬約 30.0 m ～50.0 m，深約 26.0 m;河底覆蓋有)卵石，基底為)灰巖，河谷兩側分別分布有卵石、亞粘土，黃土卵石、亞粘土、礫巖，其下為)灰巖、泥灰巖。河底平常無水，僅在雨季能形成地表徑流，并有發生短暫洪水的可能。屬剝蝕地貌加河流階地地貌。

2)巖性特征。根據地調結果，橋址場地在K167+920～K168+060，長140 m，和 K168+750～K168+850，長100 m 地段，表部為(Qm3)馬蘭黃土，褐黃色，含氧化鐵，土質疏松，垂直節理發育，大孔隙，濕陷土層厚度分別為3.50 m～20.50 m。根據該地段的鉆孔和探井所取土樣的土工試驗結果，濕陷系數為0.022～0.086，自重濕陷系數0.015～0.023，按照GB 50025-2004濕陷性黃土地區建筑規范的有關規定，自重濕陷量計算值分別為77.4 mm和170.6 mm，該土層具有自重濕陷性;濕陷量計算值分別為375 mm和321.9 mm，濕陷等級為Ⅱ級(中等)。

圖2 柱式橋墩

圖3 T形薄壁墩

3)水文地質條件。勘察期間，各鉆孔在勘探深度范圍內均未見到地下水。該橋所跨越的朱家川河在橋址所處河段平時無地表徑流，但汛期水面寬度可達百余米，水深2.5 m～5.7 m，流速5 m/s～7 m/s，每次洪水延期1 d～3 d;由于該河河水主要由大氣降水所致，周圍又無工廠對河水進行污染，可不考慮地下水及河水對混凝土的腐蝕性。

4)地基穩定性。橋址地層結構較簡單，表部Qm3馬蘭黃土，土體較疏松，呈硬塑狀態，具自重濕陷性，其下為Ql2離石黃土、Nb2卵石、亞粘土、礫巖和OS2灰巖及泥灰巖。除Qm3馬蘭黃土，工程性質較差，其余各巖土層工程性質較好。總體評價，橋址地基穩定性較好。

圖4 大跨徑門式墩

圖5 全幅雙柱大挑臂橋墩

3 橋墩類型選擇

1)柱式橋墩。柱式橋墩在山西省內高速公路橋梁中是最為廣泛使用的一種橋墩類型。對于地形平緩、跨徑30 m以內，橋梁高度在15 m以下的橋墩主要采用雙柱或三柱式橋墩。

柱式橋墩受力明確，所用鋼筋混凝土少，能減少自重，結構輕盈、美觀，且施工方便、施工速度較快。本橋1號～4號墩均采用此種橋墩形式，蓋梁高1.5 m，柱徑1.6 m，樁徑 1.8 m(見圖2)。

2)T形薄壁墩。對于跨徑為30 m、依傍山體而建、橋梁高度在15 m以上的橋墩，橋墩主要采用T形薄壁墩。如采用柱式墩，由于墩高太高，存在剛度不足、后期耐久性差的缺點，且景觀效應不好，容易產生柱林效應。本橋10號～24號高墩等均采用T形薄壁墩，墩蓋梁高2.3 m，薄壁寬4.7 m，厚1.8 m。雖然由于修建承臺會造成一定程度的土石方開挖，但是樁基受力明確，底部嵌入基巖，與承臺形成剛性體，再連接墩身與蓋梁，橋梁下部結構總體受力較好。由于采用了嵌巖樁，表層黃土的濕陷性對承臺及基礎的影響可忽略不計。橋墩分幅設置，上部荷載相對全路幅設計較小，蓋梁尺寸亦相對較小，無需做預應力蓋梁，同類型橋墩可以同步施工，施工速度較快(見圖3)。

3)大跨徑門式墩。首溝大橋在第八跨、第九跨處與岢(嵐)保(德)線交叉一次。原有岢保線在選線時，由于西南方向是朱家川河，東南方向是陡峭山體，線位只能夾于河岸與山體之間，沿河而建，路基寬度7 m。如果首溝大橋第八跨、第九跨采用T形薄壁墩，橋墩必然擠占岢保線。如果采用雙柱橋墩，也無法對原有岢保線進行改線從橋下通過，亦無法布設。經過實地多次踏勘，測繪，最終選用在高速公路設計中較少使用的大跨徑門式墩，墩間距18 m，完全滿足跨越需要，且到舊路基有一定富余安全距離。墩蓋梁采用變截面預應力大蓋梁。由于采用預應力鋼束，蓋梁高度最小處2.3 m，造型輕盈美觀。雖然大跨徑門式墩施工工藝較其他橋墩復雜，造價也相對較高，但是很好的解決了與地方道路的交叉問題(見圖4)。

4)全幅雙柱大挑臂橋墩。本橋對于地形變化劇烈，橋梁高度也較高的5號～7號，9號墩，為了減少開挖量，橋墩主要采用全幅雙柱式大挑臂墩。墩蓋梁高2.7 m，每個墩長2.7 m，厚1.8 m。由于岢保線與首溝大橋交匯處處于沿河彎道，與8號墩相鄰的5號～7號，9號墩采用全路幅雙柱式大挑臂墩，相較于T形薄壁墩的雙幅布設方式，能夠在水平方向較少視野遮擋，能夠更好的增加岢保線行車視距(見圖5)。

4 結語

從首溝大橋的橋墩選型不難看出，橋梁墩柱的選型，應該與高速公路選線、布孔以及與地方道路、所跨越山谷河道交叉作為一個有機綜合整體來考慮。在選型的過程中，我們既要考慮經濟、適用、安全和方便施工，又要兼顧地方道路的通行順暢與舒適;既要兼顧標準化、系列化，又要在需要的時候不拘泥于此，另辟蹊徑。