探討工程地質信息在橋梁設計中的應用

車昕哲

（廣東中天市政工程設計有限公司貴州分公司）

探討工程地質信息在橋梁設計中的應用

車昕哲

（廣東中天市政工程設計有限公司貴州分公司）

結合已有的工作經驗來看，道路橋梁工程涉及到的施工范圍較廣，多數情況下需要跨越江河，施工地質條件大多比較惡劣，環境變化明顯。本文結合具體工程案例，通過“工程地質信息在橋梁設計中的應用”課題的探究，分析到我國公路橋梁在設計方面的工程地質信息方面對橋梁安全性及耐久性的影響意義。

工程地質信息；橋梁設計；應用分析

引言

工程地質信息在橋梁設計中的應用屬于一項系統化的工作，不能一蹴而就，需要從多方面進行完善，比如對設計的準備工作進行強化、提升設計人員質量意識、努力提升維護水平以及做好施工管理的強化工作等。

1　橋梁軟弱地基的主要特征分析

①較高的孔隙比與天然含水量。軟弱地基的孔隙比以及天然含水量相對較高，一般情況下軟弱地基土體的天然孔隙比介于1～2之間，天然含水量也相對較高，例如較常見的淤泥以及淤泥質土的含水量均超過50%以上。②軟弱地基土體的壓縮性較高。軟弱地基土體的壓縮性較高，通常能達到0.5～1.05MPa左右，如果橋梁基礎直接建設在這些軟弱地基土體上，會造成橋梁主體結構嚴重的不均勻沉降，造成主體結構的開裂破壞。④軟弱地基土體的透水性差。雖然一般軟弱地基土體的含水量均相對較高，但是軟弱地基土體的透水性卻非常差，一般滲透系數都在1mm/d以下，所以如果軟弱地基土體受到荷載作用后，由于孔隙水壓較高，仍然難以實現壓密固結。⑤軟弱地基土體的抗剪強度非常低。軟弱地基土體的無側限抗剪強度一般在30kN/m2以下，抗剪性能非常低，不排水剪切試驗條件下的內摩擦角接近為零，固結快剪試驗條件下的內摩擦角在5～15°左右。⑤具有觸變性。軟弱地基土體大多呈絮凝狀的結構性沉積物，如果遭受擾動破壞，結構強度會迅速降低，甚至是喪失，軟弱地基的這一觸變性導致地基在承受荷載尤其是振動荷載以后，很容易出現側滑、沉降等問題。⑥流變性。軟弱地基土體在荷載的持續作用下，變形會出現逐步增加的變化，造成這些軟土地基的長期強度遠遠小于瞬時強度。

2　濕陷性黃土地基

濕陷性黃土即具有強烈的結構性欠壓密土，黃土浸水后在土的自重或者外荷載的作用下會發生下沉的現象即為濕陷。黃土濕陷的現象是一個復雜的地質物理和化學過程，其濕陷機理比較公認的說法為黃土浸水后膠結物質發生的物理和化學反應，促使結構的強度降低。黃土濕陷條件是指黃土中存在的孔隙直徑不小于周圍顆粒直徑的架空結構，與本身的孔隙比和含水率等土的物理性質有關。天然孔隙比越大或者天然含水率越小，其濕陷性越強。

濕陷性黃土地層易造成橋梁樁端地基的破壞、樁身失穩、橋墩不均勻沉降，對橋梁使用安全影響較大。因此，在山區濕陷性黃土地區進行橋梁設計時，樁基礎設計應慎之又慎，應根據施工的具體場地、施工周期、專業管線、濕陷等級以及經濟等要求做出合理的決策方案。

3　工程實例設計

3.1工程概況

某一橋梁中心樁號位于主線K8+988.38處，橋梁全長為331.68m，在上跨南內環東街路口處采用35m+50m+35m變截面預應力混凝土連續梁，其余采用3×35m（變接截面連續梁兩側各一聯，共2聯）等截面預應力混凝土連續梁，橋梁寬度23.5m，橋墩采用帶橫梁雙立柱橋墩，基礎均為承臺配樁基，橋臺采用樁接蓋梁形式。

根據野外鉆探揭露的地層情況結合區域地質資料總體研究，這次勘察深度范圍內場地地基土成因類型及沉積時代自上而下依次為：第四系全新統人工堆積層（Q2ml4），第四系全系統沖洪積層（Q1al+pl4），第四系上更新統風積層（Qeol3）、第四系上更新統沖洪積層（Qal+pl3），第四系中更新統沖洪積層（Qal+pl2），本次勘察未揭穿。巖性以人工填土、粉土、濕陷性黃土、粉質粘土、圓礫、礫砂為主。本橋下部橋墩標準基礎采用承臺配樁基，樁基礎均按摩擦樁設計，樁徑1.5m。3×35m等截面預應力連續箱梁結構橋墩基礎承臺尺寸為10.3m（橫橋向）×10.3m（縱橋向）×2.5m（度），承臺下樁基為3排9根φ1.5m的樁基，采用鉆孔灌注樁，樁間距為3.9m。標準跨橋墩布置圖如圖1所示。

3.2樁基基礎設計

方案一：先采用素土擠密樁處理濕陷性黃土，處理完檢驗濕陷性完全消除后再施工樁基礎。處理示意圖如圖2所示。方案二：工期緊時，采用不預先處理地基，設計可直接加長由于濕陷引起的樁長。

3.3經濟比較

以單個承臺下樁基造價進行比較。經計算素土擠密處理后樁長為55m（素土擠密樁處理長度10m），不處理直接加長樁長為75m?；炷凉嘧毒C合單價1500元/m，素土擠密樁綜合單價22元/m。

圖1　標準跨橋墩布置圖

圖2　橋墩素土擠密樁平面布置圖

方案一：9×55×1500+441×10×22=83.95萬元。

方案二：9×75×1500=101.25萬元。

3.4方案比選

相對而言，方案一造價相對低，但施工周期長，施工噪聲大、振動大，在公路中運用相對多，市政工程由于各種市政管線的影響有時候受制約；方案二縮短施工周期，但造價大、樁長加長施工中易塌孔。

4　完善道路橋梁設計的措施

4.1對道路橋梁設計方案進行合理優化

在對設計方案進行綜合比選的過程當中，需要將對道路橋梁主體結構的分析作為第一工作內容。根據道路橋梁工程項目在社會層面，經濟層面，以及文化層面的不同要求，進行設計控制，以確保設計方案的合理性與經濟性。根據所提供的多個備選方案，從施工技術的可行性，人員配置，操作便捷性，工期，施工工藝，以及經濟性等多個方面入手，綜合優選各方面條件最佳的施工方案，從而確保路橋項目施工的順利開展以及其建設質量的理想與安全。結合我國實際情況來看，當前主要涉及到的橋梁結構形式有標準跨度以及大跨度兩種類型，通過對造價、裝配以及施工難度的對比，建議以標準跨度為首選結構設計方案。

4.2對道路橋梁設計階段進行系統質量控制

道路橋梁施工作業的開展是以設計方案為依據所展開的，因此設計方案中的具體內容與參數都可能影響到橋梁結構的整體安全性。為了確保其質量理想，設計人員需要在展開對道路橋梁設計工作的過程當中，以設計方案符合現行設計標準與規范為首要關注內容，同時積極展開研究創新，確保設計方案的先進性。同時，在設計人員進行創新的過程中，可根據道路橋梁工程建設的實際情況，評估新型技術，新型工藝，以及新型設備的成熟度，將其與傳統技術、工藝、設備相結合，在優化設計施工質量的同時，確保設計施工全程的安全性。

5　結束語

除此之外，筆者認為，還需要積極主動借鑒國外豐富的設計經驗與成熟的設計成果，與國外公路橋梁設計優秀企業進行合作交流，學習他們先進的設計理念與設計技巧，并將其融入到我國公路橋梁設計過程中，取長補短，使我國公路橋梁設計更加優化，進一步使我國公路橋梁設計的安全性以及橋梁耐久性得到有效強化，最終為我國公路橋梁建設事業的發展起到推波助瀾的作用。

[1]譚濤.關于公路橋梁設計中的安全性與耐久性的探討[J].科技傳播，2013，03：44～45.

[2]趙逵.橋梁設計中的安全性和耐久性研究[J].中國新技術新產品，2011，04：151～153.

[3]洪彭文.橋梁設計中的安全性和耐久性研究[J].價值工程，2011，34：69～ 72.

U442.5

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1673-0038（2015）19-0230-02

2015-4-20