復(fù)雜地質(zhì)條件下高速公路大型橋梁橋位及橋型選擇的研究

摘要 在山區(qū)高速公路建設(shè)中，橋梁往往面臨復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，這就對橋位及橋型的選擇提出了較高的要求。此次研究以G4216線屏山新市至金陽段高速公路大河壩特大橋?yàn)槔撌隽嗽趶?fù)雜地質(zhì)條件下，在不同階段，采用多種綜合勘察手段，論證橋梁橋位及橋型選擇的過程。對復(fù)雜地質(zhì)條件下大型橋梁橋位及橋型的選擇提供一定參考。

關(guān)鍵詞 高速公路；大型橋梁；復(fù)雜地質(zhì)條件；橋位及橋型的選擇

中圖分類號 U418.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）03-0133-03

0 引言

隨著越來越多高速公路項(xiàng)目在自然條件相對惡劣的山區(qū)開展，橋梁建設(shè)過程中往往面臨山高坡陡，溝寬谷深的地形條件以及各種復(fù)雜的地質(zhì)問題，如何盡可能地規(guī)避地質(zhì)隱患，合理有效地選擇橋位橋型，在安全性和經(jīng)濟(jì)性之間[1]做出合理選擇，對于橋梁的建設(shè)施工及后期的運(yùn)營安全有著至關(guān)重要的作用。

該文以G4216線屏山新市至金陽段高速公路的大河壩特大橋?yàn)槔故玖嗽趶?fù)雜地質(zhì)條件下，通過不同階段、不同勘察手段的綜合應(yīng)用，最終選取相對合理的橋位及橋型方案的過程。

1 初步設(shè)計(jì)階段橋位不利地質(zhì)因素分析

大河壩特大橋位于金陽縣熱水河鄉(xiāng)西衙門村，為跨越泥石流沖溝而設(shè)。在初步設(shè)計(jì)階段有兩個(gè)比選方案，方案一的橋位擬設(shè)于既有的省道尺盧溝橋的外側(cè)，尺盧溝溝口處，主橋上部結(jié)構(gòu)擬采用85 m+180 m+85 m的連續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)；方案二的橋位則位于既有的省道尺盧溝橋內(nèi)側(cè)的溝谷地帶，上部結(jié)構(gòu)擬采用55 m+100 m+55 m連續(xù)剛構(gòu)。在確定橋位之前對影響橋位選擇的重大地質(zhì)問題進(jìn)行了分析。

方案一橋位位于沖溝溝口，據(jù)鉆探揭示，橋梁的橋位兩岸斜坡均有深厚的覆蓋層，最大厚度可超過40 m。由于橋梁跨越的尺盧溝溝口屬金沙江溪洛渡庫區(qū)洄水范圍，兩岸斜坡受沖刷及水位漲跌的影響，覆蓋層已發(fā)生部分塌岸，如圖1所示，隨著庫岸再造的進(jìn)一步發(fā)展，塌岸范圍將繼續(xù)擴(kuò)大。根據(jù)專題研究成果，最大塌岸范圍可達(dá)34 m[2]。擬設(shè)橋墩主跨位于最高蓄水位的水邊線附近，處于庫區(qū)塌岸影響范圍內(nèi)。由于橋墩主要考慮承受豎向荷載，水平抗力較弱，哪怕發(fā)生較小的變形，對于位移變形要求較高的剛構(gòu)橋梁來說，也是無法承受的，因此方案一存在影響橋位的重大地質(zhì)隱患。

方案二橋位位于沖溝上游地帶，此處離溝口較遠(yuǎn)，不存在庫岸再造引發(fā)的塌岸問題，橋位此處更貼近陡坡地帶，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其小里程端橋臺位于一溝槽附近，如圖2所示，是上部崩塌落石溝槽匯集地帶，在此設(shè)置橋臺，將受到崩塌的強(qiáng)烈影響。而大里程端橋臺雖位于緩坡處，但實(shí)際該緩坡是上方陡壁危巖體崩落后堆積形成，據(jù)鉆探揭示，該崩積體厚達(dá)22 m，且有架空現(xiàn)象，密實(shí)程度差，坡表可見直徑5 m左右的大孤石[3]，穩(wěn)定性不高。陡壁新鮮的崩塌痕跡及陡坡上新鮮的崩落槽說明，該處危巖新近發(fā)生過崩塌。故方案二亦存在影響橋位的重大地質(zhì)隱患。

綜上，初步設(shè)計(jì)的兩個(gè)比較方案，由于均存在影響橋位的重大地質(zhì)隱患，且難以進(jìn)行有效處治，橋位均不理想。

2 施工圖階段橋梁方案的確定

2.1 橋位的調(diào)整及橋型的選擇

在常規(guī)情況下，施工圖階段的橋位是在初步設(shè)計(jì)階段擬設(shè)的橋位基礎(chǔ)上進(jìn)行局部調(diào)整，但在充分評估了初步設(shè)計(jì)方案存在的地質(zhì)隱患后，認(rèn)為初步設(shè)計(jì)方案無法規(guī)避庫岸再造或崩塌影響，在施工圖設(shè)計(jì)階段，果斷放棄了初步設(shè)計(jì)階段的橋位方案。

施工圖階段在初設(shè)兩方案之間選擇了一處橋位，對于初設(shè)方案面臨的不良地質(zhì)問題，施工圖方案都做了一定程度上的規(guī)避。

相對初設(shè)階段的方案一橋位，施工圖橋位位于沖溝的流通區(qū)，盡管小里程端橋臺也有部分位于預(yù)測塌岸線內(nèi)，但由于位于塌岸線邊緣，受到的影響相對較小。

相對初設(shè)階段的方案二橋位，施工圖橋位小里程端橋臺也受到危巖崩塌的影響，但不存在落石歸槽現(xiàn)象，崩塌更易防治；大里程端橋臺相對初設(shè)方案來說，距離崩積墜更遠(yuǎn)，緩沖段落更長，相對來說，亦更為安全。

就橋型而言，由于跨度及高差均較大，若在陡坡地帶設(shè)置橋墩，會受庫岸再造影響，且存在難以搭建施工平臺的困難。故在橋型的選擇中，采用了拱橋方案，在兩岸設(shè)置拱座，一跨跨越溝道。

2.2 橋位方案的進(jìn)一步論證及確定

在初步確定了橋跨方案后，進(jìn)行了驗(yàn)證性鉆孔。鉆孔的目的在于查明橋梁拱座范圍內(nèi)覆蓋層厚度，基巖類型及是否存在軟弱夾層等。而對于該橋梁，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，蓮峰斷裂的一條分支斷裂可能在橋位區(qū)附近經(jīng)過，但在地表的出露跡象不明顯。故揭示斷層物質(zhì)，確定斷裂影響帶寬度及走向，也是驗(yàn)證性鉆孔實(shí)施的一個(gè)重要目的。

在初擬橋位小里程端拱座附近布設(shè)的部分驗(yàn)證性鉆孔表現(xiàn)出全孔段的巖質(zhì)炭化或粉末化[4]，結(jié)合初勘階段的鉆探成果，綜合確定初擬橋位小里程端拱座位于斷層破碎帶。如圖3所示，斷層破碎帶中的巖體極為破碎，巖質(zhì)極軟。該橋梁跨度達(dá)到了360 m，拱座將承受較大的水平及豎向荷載，若在此處設(shè)置拱座，地基提供的反力及產(chǎn)生變形將難以滿足設(shè)計(jì)需求。

另外根據(jù)《G4216線金陽至攀枝花段高速公路重點(diǎn)地震安全性評價(jià)報(bào)告》[5]：蓮峰斷裂具備晚第四紀(jì)活動性，最大發(fā)震能力為6.5級。說明該斷裂存在一定的發(fā)震潛力，一旦發(fā)生地震，對于橋梁結(jié)構(gòu)有較大影響。

由于受斷裂帶影響，初擬橋位拱座設(shè)置位置不是理想的選擇。通過初勘及詳勘鉆孔成果，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，在基本確定斷裂帶邊界后，將橋位軸線旋轉(zhuǎn)了30 °左右。橋位旋轉(zhuǎn)后，橋梁拱座避開了斷裂帶邊界，其基礎(chǔ)可埋置于相對完整的白云巖巖體中。

結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料收集、地表調(diào)查、三維傾斜攝影、鉆探等多種勘察手段，經(jīng)過兩階段設(shè)計(jì)的充分論證，如圖4所示，最終確定了橋跨走向，規(guī)避了大部分對橋梁安全造成影響的不良地質(zhì)及斷層，達(dá)到了預(yù)期效果。

2.3 橋梁基礎(chǔ)形式的優(yōu)化及確定

在關(guān)鍵的橋跨方案選定后，考慮該橋?yàn)橐豢?60 m的中承式鋼管混凝土拱特大橋，其上部荷載通過拱座傳遞給地基，對地基提供的反力要求極高。故需對橋梁拱座基礎(chǔ)形式進(jìn)行研究，以期達(dá)到最佳承載效果。

最初拱座的基礎(chǔ)形式為階梯狀，該基礎(chǔ)形式可增大基底與周邊巖體的摩擦力；但不利之處在于，當(dāng)跨徑及荷載較大時(shí)，在階坎邊緣易形成應(yīng)力集中，造成階坎處結(jié)構(gòu)的壓裂，嚴(yán)重時(shí)可能造成基礎(chǔ)失效。但應(yīng)如何選擇具體的形式，不同的地基巖性又有不同選擇。

對于小里程端拱座，地基為白云巖，屬硬質(zhì)巖，承載力滿足設(shè)計(jì)需求，如圖5所示，將拱座后截面調(diào)整為斜面，垂直于拱架傳力方向，可使地基巖體充分受力的同時(shí)，又避免了應(yīng)力集中。

對于大里程端拱座，地基為泥灰?guī)r、粉砂巖等，屬軟質(zhì)巖，力學(xué)強(qiáng)度較低。因此，該端拱座采用了斜樁+豎樁的組合形式，如圖6所示，將拱座的受力面擴(kuò)大，充分利用了拱座基礎(chǔ)與周邊巖體的摩阻力。

3 橋位橋型選擇過程的總結(jié)

通過以上實(shí)例，可總結(jié)出在復(fù)雜地質(zhì)條件下橋梁橋位及橋型選址的論證過程，梳理出相關(guān)流程圖，如圖7所示。

4 結(jié)語

（1）山區(qū)公路建設(shè)中，地質(zhì)問題是影響大型橋梁橋位及橋型選擇的重要因素，切不可忽視。

（2）初步設(shè)計(jì)階段主要任務(wù)是做橋梁方案的比選，當(dāng)?shù)刭|(zhì)問題影響橋位選擇時(shí)，應(yīng)果斷放棄對應(yīng)橋位方案。若所有比選方案均存在不良地質(zhì)時(shí)，則應(yīng)在施工圖階段重新選擇橋位。

（3）施工圖階段主要任務(wù)是進(jìn)行橋位橋型的優(yōu)化及進(jìn)行橋梁基礎(chǔ)形式的選擇。應(yīng)進(jìn)一步查明影響橋梁的不利地質(zhì)因素，對于大型橋梁，必要時(shí)仍需進(jìn)行橋位調(diào)整。大型橋梁荷載需求較高，應(yīng)根據(jù)受力模式及地基巖土性狀進(jìn)一步確定基礎(chǔ)方案及持力層。

（4）對復(fù)雜地質(zhì)條件下大型橋位橋型的選擇研究是一個(gè)逐步深入、循序漸進(jìn)的過程。應(yīng)采用多種手段進(jìn)行綜合研究，只有在進(jìn)行充分論證后，才可確定最終方案。

參考文獻(xiàn)

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