高填方區橋梁設計方案探討

方蕾

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

高填方區橋梁設計方案探討

方蕾

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

高填方區橋梁設計時選取合理的設計方案非常重要。以某城市橋梁為研究背景，分析了高填方區橋梁設計方案的設計要點，并總結提出了方案選擇的原則，同時對高填方路段的工程施工提出了建議，為同類型工程提供參考依據。

高填方；橋梁；設計方案；地基沉降

0　引言

在工程項目的建設中，有些地段由于受到地形、地質條件等多種因素影響，填方高度超過了20 m，使得項目設計與施工難度相對較大。當不可避免需要架設橋梁時，采用合理的設計方案非常重要，如果方案選擇不當，可能造成一些嚴重后果。本文結合某城市橋梁實例，通過對高填方區橋梁設計方案進行比選，提出了方案選擇的原則及施工建議。

1　工程概況

該工程橋位處現狀地面標高較低，橋面設計高程較高，設計高程高于現狀地面最大達到26 m，屬于高填方區。工程范圍內規劃河口寬10 m，無通航要求。河底需修建行洪箱涵，主要功能為防洪除澇。河道兩側修建沿河景觀帶，供市民觀光休憩。為保證沿河景觀帶的連續性，橋下需要布設景觀游步道供行人通行，同時為保證景觀效果，橋梁兩側需與河道擋墻接順。

2　工程地質及水文地質

根據地質詳勘資料，該工程所經地帶主要為丘陵地貌。場地內沖溝與丘崗相間，地勢相對較高，地形起伏極大。整個場地區域地質構造簡單，巖土層較單一，橋位范圍內的地層巖性按由新到老的順序依次為：耕土、素填土、淤泥質黏土、粉質黏土、強風化泥巖、中風化泥巖。

橋址區地表水較發育，主要為沖溝溪流、池塘水，主要接受大氣降水補給，水量受季節影響大。地下水可分為上層滯水、孔隙潛水和基巖裂隙水，主要補給來源為大氣降水。沿線水土對混凝土具有微腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有微腐蝕性，對鋼結構具有弱腐蝕性。

3　橋型選擇

3.1結構選型

常規中小橋常用的上部結構類型有先張法預應力混凝土簡支空心板梁、后張法預應力混凝土簡支小箱梁、后張法預應力混凝土簡支T型梁及現澆預應力混凝土連續梁。在充分踏勘現場、充分研讀與該工程相關的規劃設計資料的基礎上，本著“安全、適用、美觀、經濟、因地制宜”的設計原則，提出三種橋型方案：

（1）方案一：三跨變截面連續梁方案；

（2）方案二：三跨簡支空心板方案；

（3）方案三：一跨簡支小箱梁方案。

3.2三跨變截面連續梁方案（方案一）

該方案橋梁上部結構采用三跨變截面連續梁，下部結構橋墩采用實體墩，橋臺采用重力式橋臺，鉆孔灌注樁基礎，如圖1所示。

變截面連續梁外形美觀，行車舒適度好，結構整體受力性能好、抗彎抗扭剛度大，適用跨徑為20～40 m，較適用于變寬橋梁或結構高度受限嚴格處，并能很好地與周邊景觀帶融為一體。其缺點是需要在現場搭設支架，施工周期長，造價較高。

該方案中由于規劃河道中間存在行洪箱涵，中跨跨徑最少需要15 m，兩側橋臺為了和河道擋墻接順，則兩側邊跨跨徑為8.415 m。采用橋博3.5程序進行平面建模計算，端支點恒載支反力為1 290 kN，中支點恒載支反力為10 880 kN，絕大部分恒載集中在中間支點處，中間橋墩將承受大部分荷載。因橋梁位于高填方路段，采用連續梁結構，對地基沉降敏感。當考慮5 mm沉降情況下，沉降引起的附加內力端支點最大為4 130 kN，中支點最大為7 970 kN，地基沉降對結構受力影響極大。同時，高填方區樁基的自重和負摩阻力數值較大，不可忽略?？紤]沉降、樁基自重和負摩阻力的影響，橋墩樁基荷載效應較原來至少提高一倍，橋臺樁基荷載效應提高數倍，下部結構造價大大提高。另外，由于行洪箱涵與橋墩距離較近，橋墩施工時需要考慮行洪箱涵的影響，增大了下部結構施工的難度，進一步提高了下部結構的造價。

圖1　三跨變截面連續梁立面布置圖（單位：mm）

3.3三跨簡支空心板方案（方案二）

該方案橋梁上部結構采用三跨先張法預應力混凝土簡支空心板梁，下部橋墩采用樁柱式墩，橋臺采用重力式橋臺，鉆孔灌注樁基礎，如圖2所示。

先張法預應力混凝土簡支空心板梁是目前公路及城市道路中廣泛采用的一種橋梁結構形式。其優點是結構高度低、工廠化程度高、運輸和吊裝方便、工程造價低、施工便利，且施工時對周圍環境影響較小。適用跨徑10～22 m。其缺點是空心板梁間鉸縫的橫向連接能力較弱，整體性及耐久性能稍差。

該方案中橋梁布跨時同樣需要考慮行洪箱涵影響，并考慮橋臺與河道擋墻接順，跨徑采用8.415 m+15 m+8.415 m。相對連續梁，簡支結構對地基沉降不敏感，地基沉降不會引起結構的附加內力，但樁基自重與負摩阻力產生的附加內力占比很大，不能忽略。特別對于橋墩樁基來說，樁頂往下約20 m范圍內不僅不能提供任何對樁基承載力有利的荷載效應，產生的自重和負摩阻力甚至超過了樁頂反力，使得為了抵抗這部分荷載，樁基長度需要增加，下部結構工程造價也隨之提高。同時，由于中間橋墩離行洪箱涵較近，施工時需要考慮行洪箱涵影響，下部結構的造價也會進一步提高。

3.4一跨簡支小箱梁方案（方案三）

該方案橋梁上部結構采用一跨預制小箱梁，下部結構采用重力式橋臺，鉆孔灌注樁基礎，如圖3所示。

小箱梁結構簡單，設計經驗成熟，經濟指標較低，結構剛度較大，抗扭性能較好，采用工廠預制，安裝完成后現澆橫向接縫，形成整體橋面。預制小箱梁跨越能力較大，適用跨徑10～40 m。與先張法預應力混凝土簡支空心板梁相比，預制小箱梁對運輸、吊裝等施工設備要求較高。

圖2　三跨簡支空心板立面布置圖（單位：mm）

該方案橋梁采用一跨過河布置，因為橋臺遠離行洪箱涵，使其與行洪箱涵的相互影響降到了最低。簡支結構使得地基沉降對上部結構不會產生影響。相比方案二雖然樁基自重和負摩阻力對樁基承載力的影響無法消除，但是取消了中間橋墩，兩側橋臺的樁頂反力也沒有增加太多，樁長稍有增加。這樣不僅有效降低了下部結構的造價，也縮短了下部結構施工的周期。

圖3　一跨簡支小箱梁立面布置圖（單位：mm）

3.5方案比選

根據結構受力性能、施工周期、施工難易程度、工程造價、周邊環境影響等綜合考慮（見表1），方案三具有較大優勢，最終選定方案三為最終方案。

表1　方案經濟技術比較表

通過表1對三個方案的比較，可以得出以下結論：

（1）對于修建在高填方區的橋梁，上部應采用對地基沉降不敏感的結構類型，這樣可以避免地基沉降產生的結構附加應力，對結構受力有利，也能合理降低工程造價。

（2）下部結構樁基自樁頂往下處于填土范圍內的部分由于自重和負摩阻力作用將對承載力產生不利影響，填土越厚，這部分影響越大。為了抵抗這部分荷載需要增加的樁長就越長，但是適當減少樁基數量，樁基荷載不會增加太多，相應每根樁基增加的樁長也不多，總樁長能大大減少。因此需優化橋跨布置，在合理范圍內盡可能減少樁基數量，這樣也能大大降低工程造價，縮短工期。

4　對施工的建議

位于高填方區的橋梁工程，施工中應著重做好以下工作：

（1）樁基施工前，應先進行填土施工，填土應分層填筑壓實，控制每層厚度30 cm，壓實度需滿足不小于96%；

（2）填土施工的施工順序需要進行合理安排，這樣可以避免重復開挖，減小工程量，降低工程造價，縮短工期。針對該工程，施工時應先分層壓實到行洪箱涵底標高處，進行行洪箱涵施工，待行洪箱涵施工完成后再分層壓實至設計河道斷面，完成設計河道且穩定后（施工中進行地基沉降和位移觀測，待確認地基土體穩定性滿足設計要求后）進行橋臺樁基施工，這樣可以避免行洪箱涵施工對橋臺的影響。

（3）樁基施工時，需要采用泥漿護壁防止塌孔，對于需要重點保證的樁位，可采用全護筒跟進法施工，確保鉆孔、清孔、吊設鋼筋籠及灌注水下混凝土過程均不塌孔。

5　結　語

本文以某城市位于高填方區的橋梁為工程背景，通過對各設計方案的比選分析，從優化結構受力、降低工程造價、縮短工期等方面提出了高填方橋梁方案選擇的原則：（1）上部結構選型時考慮到地基沉降對結構受力的影響，應選擇對地基沉降不敏感的橋型結構；（2）下部結構由于樁基自重和負摩阻力的不利影響，應盡量優化跨徑，適當減少樁基數量，這樣可以最大限度發揮樁基的作用，避免樁基長度的浪費。最后對高填方橋梁施工提出了建議，希望能為以后的同類型工程設計及施工提供參考。

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1009-7716（2016）03-0062-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.03.018

2015-12-16

方蕾（1983-），女，湖南岳陽人，碩士，工程師，從事橋梁設計工作。