淺談貴州山區橋梁基礎的設計與研究

陳沖彥 陳夏雨

【摘要】針對貴州山區橋梁經常需要在橫坡較陡峭的山坡上設立墩臺的情況，具體介紹了如何有效避讓不利的地理條件以及山區橋梁樁基設計的解決方案及在設計時需要加以慎重計算及考慮的事項。

【關鍵詞】貴州山區橋梁；陡峭橫坡；樁基礎設計

隨著我國西部大開發戰略實施的推進，貴州作為西部落后地區，加快市政工程的建設步伐改變當前交通落后面貌會是一項非常迫切的重要任務。貴州山區公路地形地質及基礎條件復雜， 尤其是近幾年周圍區縣在建的濱江大道，沿河而建，橫坡很陡，在山坡上設置墩臺基礎是橋梁設計的一大難題。

1、橋梁墩臺及基礎型式的選擇

貴州山區濱江大道上一般地質復雜，大多數路橋修建區域地面高差較大，變化頻繁，橫坡陡峭，不良地質主要有巖溶、松散堆積體、不穩定斜坡等。凱里濱江大道所處地理位置除了不良地質外還需考慮已建成珠六線鐵路工程。因此線路布設時平縱橫三方面都受到約束，且平曲線多、半徑小、縱坡大。在初步設計時因未充分考慮到江邊沖刷的問題，設計的主梁為30米現澆鋼筋混凝土主梁，基礎為墩柱樁基基礎，采用滿堂支架現澆法施工。因施工周期較長，發現靠近濱河大道的起點段雖地質情況較好，基巖埋深較淺，但橫坡陡峭，局部地段成懸崖狀，支架搭設存在嚴重的問題，處理地基與支架搭設費用嚴重超支。

設計中主要考慮的基礎形式有兩種，擴大基礎和樁基礎。一般地質情況較好的地段采用擴大基礎較多，但采用擴大基礎缺點有開挖面積大，地面縱橫斷面較陡，若采用擴大基礎，不僅需考慮大開挖面對珠六線鐵路邊坡的影響，且兩側基礎埋深相差較大，易引起基地應力不均勻，因此從結構安全性及施工難易程度、環保多方面綜合考慮，全線均采用樁基礎。

2、樁基礎的形式

貴州地區橋梁的樁基礎形式大多數采用端承樁，較少見摩擦樁，尤其是凱里及遵義地區。凱里及遵義地區地質較中分化巖層夾軟弱層或溶槽較多，且中分化埋深較淺。但貴州山區橋梁工程所處地地形一般高低起伏，地質分布嚴重不均勻，這就決定了貴州山區橋梁基礎還具有以下特點：

1）同一承臺下各樁基不等長。

貴州地區橋梁很多情況下由于基礎所處巖層高低起伏較大，或者地基開挖后與地勘資料有很大差異，局部易出現溶洞、溶槽或軟弱夾層，需將樁基進行加深處理。且因地質的特殊性，貴州橋梁樁基一般采用機械成孔樁，且成孔后需及時澆筑，否則易出現塌孔或垮孔現象，因此經常會出現較早時間澆筑的樁基與出現特殊地質加深處理的樁基樁長相差較大的情況。最為明顯的是位于貴州省貴陽市南明區龍洞堡片區的魚梁河大橋，1號墩處同一個承臺下6根樁，最長的樁基38米，最短的樁基9米，樁長相差高達4倍。《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTG D63-2207）5.1.5條規定：在同一樁基中，除特殊設計外，不宜同時采用摩擦樁和端承樁；不宜采用直徑不同、材料不同和樁端深度相差過大的樁。因規范未明確“相差過大”的范圍，故在不得不采用同一承臺下不等長樁時應仔細校核計算，進行技術和經濟上的全面比較，確保安全、合理、經濟，權衡利弊，慎重選擇。

2）高樁承臺。

高樁承臺的承臺底位于地面或沖刷線以上。當樁基不可避免位于山上，且橫斷面如圖所示，部分樁身裸露在地面以上可節約橋墩的圬工數量，減少水下作業，施工較為方便。但是因為樁身外露部位沒有土的彈性抗力作用，樁身內力和位移較大，穩定性相對低樁承臺較差。《高樁承臺的穩定性分析》樂云詳等（橋梁建設第1期）分析了高樁承臺的穩定性，根據其分析高樁承臺受力復雜，在通常的設計工作中僅按梁系或撐桿加系桿近似分析，不能真實的反應結構的受力情況，其穩定性在實際的設計和施工中需謹慎加以考慮。

3）半依半支承臺。

如下圖所示，樁基承臺板的一部分置于基巖上，另一部分支承于樁基上。從受力角度而言這是一種很不利的樁基形式。這種樁基形式在凱里及鎮遠地區在建的兩條濱河大道上尤為常見，因常年江水沖刷靠近江邊的橫斷面陡峭，幾成懸崖狀，靠近內側為陡峭山體，從山體穩定性及環保角度不具備開挖條件，因此必須采用此種基礎形式。其承臺板與巖石的接觸處，如何處理很難把握。若采用鉸鏈接，會使連接的構造復雜，且連接處的防水處理也比較困難；若采用剛性連接，則承臺板和巖石之間形成剛性連接，約束了承臺板的轉動，對承臺板受力不利。總之這種結構體系的受力不很明確，計算存在很大的困難。在采用這種樁基時需特別注意樁基截面不宜太小，樁基不宜太長，盡可能的降低樁與巖石地基的剛度差值。

4）同一樁號半擴大基礎、半承臺樁基礎。這種基礎形式如下圖所示：

這種同一樁號處一半是擴大基礎，一半是承臺樁基礎在沿江而建的橋梁處較為常見。這種情況與半依半支承臺地層走向類似，因右側不具備大開挖條件，未設置承臺，擴大基礎置于埋置較淺的基巖上，右側設置樁基。此類基礎形式受力更為不利，承臺受力呈45°較擴散，部分應力會作用于相鄰樁基中部，導致樁基的受力形式發生很大變化，受力比半依半支承臺樁基形式更差，在設計中更加需要加以避免。

3、設計注意事項

（1）針對貴州地區特殊地質較多的情況，山區橋梁對地勘應該提出更高的要求，除了通常橋梁的地勘要求外，樁基直徑較大的需增設鉆孔，且需提供完整的橫斷面圖以及巖石的節理走向及穩定程度。在設計時結合山坡的坡度、水文等情況對樁基的設計加以控制。

（2）對于整幅橫斷面較寬的橋梁，考慮基礎左右幅分開做，避免左右幅基礎互相干擾，避免因兩側高差過大，一側大開挖導致另外一側基礎落空，這在設計中需加以避免。

（3）同一截面處要整體考慮，左右幅墩柱高差較大的橋墩，應保證相同高程處墩柱截面尺寸一致，其余部分加大截面尺寸，盡量平衡墩柱剛度差別大帶來的上部結構變形不協調的影響。對于一聯或一個橫斷面既有擴大基礎又有樁基礎的，擴大基礎必須置于中分化以上的基巖上，以控制墩臺的不均勻沉降。

參考文獻：

[1]. 《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTG D63-2207）；

[2].《山區橋梁基礎的設計與研究》（王航.《中外公路》第28卷26期 2008年12月）；

[3]《橋梁工程》，高杰，科學出版社，2004

[4].《高樁承臺的穩定性分析》（樂云詳等（橋梁建設第1 期））；

[5] 羅衛東.淺談道路的豎曲線設計.中國市政工程.2000，10～17。

作者簡介：1.陳夏雨（1986.02-），女，山西呂梁人，碩士，助理工程師，主要從事橋梁專業的科研設計工作。2.陳沖彥（1980.01-），男，山西呂梁人，本科，工程師，主要從事道路專業的科研設計工作。