山區高速公路橋梁改路基優化設計探討

魏松濤，王 松

(中交第一公路勘察設計研究院有限公司)

山區高速公路設計中，路線在跨越自然沖溝時，一般認為當路基中心填方高度超過20m時，宜和橋梁做方案比選。但在一般設計中，普遍認為橋梁跨越方案安全省事，風險小，就直接采用橋梁方案。實際上，對于地質情況較好，雖填方高度超過20m，但溝底縱坡較為平緩的“U”形溝谷，為消化路基和隧道廢方，考慮路基方案可能比橋梁方案更經濟。

四川省達(州)陜(川界)高速萬源段在建設過程中，由于沿線人口稠密，山高溝深，而沿線隧道、路基挖方棄方較多，造成了施工棄土困難，施工進度滯后。經過對水文、地質、環境評價以及質量、安全、工期、效益等多方面因素分析和論證，最終決定對吳家河2#大橋進行橋梁改路基優化設計，以消化棄渣，節約投資。

1 工程概況

吳家河2#大橋位于達陜高速白沙互通中，為跨越吳家溝布設。由于所處路段為分離式路基，該橋分為左右線兩座大橋，其中部分里程位于加減速車道變寬段上。右線橋起訖里程為YK34+438.97～YK34+654.47，橋梁全長215.5m，橋跨組成為4×30m+3×30m，第一聯上部采用裝配式預應力混凝土簡支T梁，第二聯上部采用預應力混凝土現澆連續箱梁。下部0#橋臺采用簡易橋臺，擴大基礎;7#橋臺采用柱式橋臺，鉆孔灌注樁基礎。左線橋起訖里程為ZK34+451.03～ZK34+636.53，橋梁全長185.50m，橋跨組成為3×30m+3×30m，第一聯上部采用預應力混凝土現澆連續箱梁;第二聯上部采用裝配式預應力混凝土簡支T梁。下部0#橋臺采用柱式橋臺，鉆孔灌注樁基礎;6#橋臺采用簡易橋臺，擴大基礎。左右線橋墩均采用柱式墩，鉆孔灌注樁基礎。

橋位區地形呈寬闊“U”字形，起伏較大，北岸自然坡角為20°～30°，南岸自然坡度為40°～50°。兩岸斜坡體均穩定，未見明顯滑移現象。路線設計高距地面10～31m，橋址地質情況由上往下依次為8～10m厚第四系亞粘土(Qel+dl4)、10～30m厚三疊系下統嘉陵江組(T1j)強風化泥巖、弱風化泥巖。橋位區的大沖溝無地表水系。

2 施工存在的問題及優化方案的提出

由于吳家河2#大橋小樁號方向接白沙互通路塹挖方區，大樁號方向接吳家河隧道，按照原橋梁方案，施工單位提出存在以下問題。

(1)吳家河隧道的施工便道設置在南側岸坡上，橋梁樁基施工與吳家河隧道施工存在相互干擾問題，尤其是棄渣運輸和材料運輸，工期難以保證。

(2)左線第一聯和右線第二聯上部均采用了預應力混凝土現澆連續箱梁，施工時需要搭設較高的滿堂支架，而橋址區土層較厚，含水量較大，為保證橋梁施工質量和安全，需要對地基進行特殊處理，施工周期較長。

(3)白沙互通均為路塹挖方，廢方量較大，棄土困難。

基于以上困難，施工單位提出了如果將橋梁取消，改為路基方案通過，可以很好地解決上述問題。經過多次研究和反復論證，最終確定了吳家河2#大橋“橋改路”的優化設計思路。

3 橋改路方案可行性分析

吳家河2#大橋橋下吳家溝在路線區域內溝底平均縱坡僅為8.26％，遠小于路基設計規范規定的陡坡路堤臨界值1∶2.5，故對于填筑路基而言，原地面相對平緩，適宜填筑路基。路線左側溝底平均縱坡收斂較快，在擬填平區域內溝底縱坡為30.61％，利于收縮坡腳，且填平后施工中可作為施工臨時場地，竣工后復耕利于當地民眾耕種。路線右側溝形較為寬闊，溝底平緩，縱坡約為6.25％，底寬約30～70m，可設置棄土場，對高路堤坡腳形成反壓，增加路基穩定系數和安全儲備。

由于溝中心處路基中樁最大填土高度達32.76m，沉降問題成為本優化方案的控制因素。但隨著高路堤設計和施工技術的日趨成熟，沉降問題可通過地基處理、采取土石混填、鋪設高強度土工格柵、超載預壓、加強施工控制等多種工程措施來降低，再加上鋪筑路面前預留足夠的沉降期，該問題便可迎刃而解。

綜上所述，吳家河2#大橋完全具備橋改路方案的可行性。

4 橋改路優化設計方案

(1)填筑方式及防護形式:路基采用整體式土石混填。邊坡采用折線形，第1～3級坡率分別采用1∶1.5、1∶1.75、1∶2.0，分級高度為8.0m和12.0m，邊坡平臺寬4.0m;路線左側溝谷填至與路基齊平，并設置向外3％橫坡，路基右側坡腳設置棄土場反壓，增強路基穩定性;右側第1、2級坡面采用拱形骨架植草防護。

(2)降低沉降措施:由于溝底地基土為含水量較高的亞粘土，對此范圍內地基采用擠密碎石樁處治，樁頂填筑級配較好的片碎石，兼做盲溝。路床底及分級平臺處鋪設3層雙向土工格柵，間距1m，并采用重錘補強，以降低路基不均勻沉降。

(3)排水工程:路基左側填平區域設置環形排水溝，路線右側填方邊坡平臺上設置平臺截水溝，YK34+438.466填挖交界處設置1.5m×1.5m鋼筋混凝土蓋板涵以排除路基匯水。

5 效益評價

吳家河2#大橋原橋梁方案造價1682.86萬元，調整為路基后，總造價縮減至1366.13萬元，減少投資316.7萬元。路基還可消耗45.6萬方棄渣，減少棄土場一處，可節約投資約300萬元。寬闊的路基場地還可作為T梁預制場，存梁期梁板還可對路基提供超載預壓，有效消除路基沉降，縮短了施工周期，經濟效益明顯。

此外，橋梁調整為路基后改變了原溝谷處的地貌，路基左側填平區域為當地民眾提供了耕種場地，同時公路兩側景觀效果也得到了改善，社會效益和綜合效益顯著。

6 結語

山區高速公路在跨越溝底縱坡較為平緩的“U”形溝谷時，選擇路基方案通過，雖然填方高度超過了20m，但通過水文、地質和環境評價以及質量、安全、工期、效益等諸多方面分析以及地基處理、采取土石混填、坡腳棄土反壓、鋪設高強度土工格柵、超載預壓、加強施工控制等多種工程措施可確保高路堤穩定，且相比橋梁方案更為經濟合理。

吳家河2#大橋2009年10月開始按優化設計方案施工，路基填筑于2010年8月填筑完畢。而后為橋梁預制場、路面拌合站等提供了良好的施工場地，既降低了路基的工后沉降，又方便了主線其他工程的順利推進，確保了達陜高速公路2011年底通車的總工期目標。經過兩年的運營監測和雨季的洪水考驗，目前路基穩定，路面行車狀態良好，周邊生態景觀宜人，“橋改路”方案取得了良好的經濟效益和社會效益。

[1] 中交第一公路勘察設計研究院.萬源(陜川界)至達州(徐家壩)高速公路詳細工程地質勘察報告[R].西安:中交第一公路勘察設計研究院，2007.

[2] 中交第一公路勘察設計研究院.萬源(陜川界)至達州(徐家壩)高速公路施工圖設計文件[R].西安:中交第一公路勘察設計研究院，2007.

[3] 唐良健.萬源(陜川界)至達州(徐家壩)高速公路吳家河2號橋橋改路變更設計[R].西安:中交第一公路勘察設計研究院有限公司，2009.