淺談高速公路橋梁改路基的優化設計

孫來超，鄧 偉

(中交一公局第四工程有限公司，廣西 南寧 530000)

0 引言

丘陵區高速公路設計中，路線在跨越自然溝谷時，一般認為當路基中心填方高度超過20 m時，宜和橋梁做方案經濟比選。但在項目設計階段，由于設計周期短，地勘時間緊迫，對路線和方案論證不是非常充分，普遍認為橋梁跨越方案安全省事、節約用地，就直接選擇橋梁方案。實際上，當地質情況較好時，雖填方高度超過20 m，但整體地形較為寬緩，標段內路基和隧道棄方多，采取高填路基方案可能比橋梁方案更經濟。

重慶九(九龍坡)永(永川)高速公路JY1合同段在建設過程中，由于位于江津區雙福新區，土地已規劃完畢，附近無棄土場，而縉云山隧道的路基挖方廢方較多，造成了施工棄土困難，費用虛高。經過對地質、水文、政府規劃、地方交通以及工程質量、環保、經濟等多方面因素分析和探討，最終決定冒水湖大橋保留第一跨現澆箱梁上跨規劃道路，其余14×30 m先簡支后連續T梁橋橋改路優化設計，以消化棄方，節約成本。

1 工程概況及地質水文條件

1.1 原設計工程概況

冒水湖大橋位于九永高速主線，橋平面位于緩和曲線R=5 034.355 m左偏圓曲線上，縱斷面縱坡+0.8%，橋起訖里程樁號：ZK4+114.66～ZK4+587.74，中心樁號ZK4+352.7，橋梁全長473 m。橋梁上部結構布置為1×40 m連續箱梁(跨越規劃道路)+14×30 m先簡支后連續T梁(跨越水庫下游溝谷)，下部結構橋臺采用重力式U型橋臺，橋墩采用實體雙柱式圓墩，樁基礎、墩臺徑向布置，如圖1所示。

圖1 冒水湖大橋原設計平面圖

1.2 地形地質條件

橋位區屬構造剝蝕丘陵淺丘地貌單元，線路區橫跨鄉村道路及農田，地形整體呈現寬緩的“U”形谷，兩側地形向中間傾斜，橫向地形坡度為3°～8°，縱向地形坡度為10°～20°，地質主要為第四系全新統殘坡積層粉質黏土、侏羅系中統沙溪廟組、新田溝組和中下統自流井組地層，主要巖性為泥巖及砂巖、頁巖。粉質黏土，水田表面0.8～2.5 m呈軟塑狀，下部及其他地段呈可塑狀，總厚約0.5～6.1 m。巖層呈單斜狀產出，巖層產狀91°(53°～55°)，中～厚層狀構造，中風化層主要發育兩組裂隙，裂隙結合程度一般，巖體較完整，無軟弱夾層，屬層狀～塊狀結構巖體。

1.3 水文條件

橋區位于冒水湖水庫下游，水庫為附近最大水體，距離橋位區約180 m，水庫水位四季較穩定，勘查時期水位366.5 m，最高水位377.6 m，壩頂高程為378 m，受大氣降雨補給，每年插秧季節放水用作農田灌溉，有專用泄洪通道。部分水流從橋下水溝流過，對橋梁影響小。

2 優化設計的原因

冒水湖大橋路線從雙福新區通過，上跨規劃道路，小樁號方向與三界互通相接，大樁號方向接主線ZK4+630～ZK4+915段深挖路塹及縉云山隧道。按照原橋梁方案施工存在以下問題：

(1)三界互通至隧道段廢方量大，需大面積的臨時用地作為棄土場堆放廢方，根據設計棄土場規劃實際調查，江津段3#、4#棄土場均已規劃為康居開發用地無法使用，僅2#棄土場能容納30萬m3棄方。以致存在94.9萬m3廢方無法消化，棄土困難。

(2)雙福新區土地已規劃完畢，附近無棄土場，臨時征地困難，費用高。按臨時用地6萬元/畝折算，棄土場費用約為6元/m3，棄方70萬m3×6元/m3=420萬元。

(3)江津區政府規劃的公用棄土場離主線隧道口距離12.3 km，運距長，機械需求量多，超運距費約為1元/km*m3，以此計算，超運距費=棄方70萬m3×10元/m3=700萬元。且公用棄土場正在使用，即將棄滿。

基于以上施工困難，該合同段提出將橋梁取消，改為路基方案通過，可很好地解決上述問題，經過多次研究和反復論證，監理、設計、業主等單位一致通過并推行此橋改路方案，最終確定了冒水湖大橋“橋改路”的優化設計。

3 橋改路方案可行性分析

(1)路基方案可消耗70萬m3的廢方，減少臨時用地，降低臨時用地的征地難度及費用。

(2)根據實地考察，冒水湖大橋橋改路符合當地政府規劃，完全能夠滿足當地居民的交通需求。

①避免影響雙福新區的規劃，將跨越冒水湖下游溝谷段改為路基，設置起點處跨規劃道路橋梁(1×40 m箱梁)，橋梁長56 m。

②路線于K4+505處設置(2×4×4)m鋼筋混凝土拱涵排水，涵洞長136 m，同時于K4+545處設置(1×4×4)m箱型人行通道供兩側居民通行。

(3)冒水湖大橋橋下地形整體呈現寬緩的“U”形谷，原地貌相對平緩，兩側地形向中間傾斜，適宜填筑路基。路基填筑最大填土高度為29.07 m，沉降問題為橋改路方案的控制因素。為防止高填方頂部差異沉降，可采取多種路基處理措施來降低，再加上鋪筑路面前預留足夠的沉降期，即可解決沉降的難題。

(4)環保性：橋改路后能產生一定的環保效益，有利于節能減排理念的落實，減少了臨時用地數量堆放棄土，保護了林地和耕地，節約了土地資源并保護了生態環境。

(5)路基方案便于施工組織，降低施工難度。

(6)棄方運距短，隧道洞渣利用率高，有利于提高隧道施工進度，減少隧道出渣設備的投入；機械費用低，可減少工程投資。

綜上所述，冒水湖大橋橋改路方案完全具備可行性。

4 橋改路變更方案

(1)路基方案將跨越冒水湖下游溝谷段改為路基，設置起點處跨規劃道路橋梁(1×40 m箱梁)，橋梁長56 m，同時于K4+505處設置(2×4×4)m鋼筋混凝土拱涵排水，涵洞長136 m，于K4+545處設置(1×4×4)m箱型人行通道供兩側居民通行，填方量70.5萬m3，挖方量0.32萬m3，永久占地80.3畝，如圖2所示。

圖2 橋改路變更設計平面圖

(2)填筑方式及防護形式：路基采用整體式土石混填。對橫坡陡于1∶5的路段須挖臺階處治。邊坡采用折線形，第1～3級邊坡分別采用1∶1.5、1∶1.75、1∶2.0分別高度8 m、10 m、10 m，邊坡平臺寬2.0 m，第1～2級邊坡采用漿砌拱形骨架防護，3級邊坡左側采用坡面碼砌片石外側漿砌拱形骨架防護(碼砌厚度≥2 m)，3級邊坡右側采用坡面碼砌片石外側實體坡面防護，阻擋水流對路基的影響，增加路基穩定性。

(3)降低沉降措施

沉降問題為橋改路方案的控制因素，為保證橋梁改為路基后其功能性和結構安全性，降低沉降，采取如下工程處理措施：

①挖淤換填：當軟基厚度≤3 m時(地勘資料表明軟基平均≤3 m)，挖除路基基底范圍內淤泥、軟土或者強風化泥巖層，并用片石或挖方中硬質石料分層填筑。

②拋石強夯：二級平臺高度以下采用填石路堤，填石空隙內灌入石渣、石屑等，使空隙填滿，并敲掉銳角突出部分、找平，保持碾壓面平整、分層重夯。

③高填路堤加固處理：路床頂面下鋪三層雙向鋼塑土工格柵，并采用重錘補強，對現場不允許采用補強方式的高路堤，可采用沖擊碾壓補強。提高路基密實度和承載力，增強路床的整體性和均衡性。

④鋪筑路面前預留足夠的沉降期。

(4)排水系統

①路基于K4+505處設置2×4×4 m過水拱涵進行排水，排水通暢。

②路線左側平臺上分別設置10道急流槽和10處集水井，路線左右側設置70×70 cmⅠ型排水溝，右側排水溝下設80×80 cm盲溝，攔截水流對路基的影響，匯集水流入涵洞排出路基外。

5 經濟效益

表1 變更前后費用比較表 (萬元)

由表1可知冒水湖大橋橋改路后，可節約費用1 661.02萬元。

6 結語

橋改路是公路建設中較為常見的一種設計變更。簡化了施工，縮短了棄土運距，節省了工程投資，在保證公路工程施工質量的前提下，不僅提高了效率，而且還節約了臨時用地，降低了臨時用地的征地難度和費用，解決了周邊沒有棄土場的難題，因此，冒水湖大橋橋梁改路基的優化方案取得了良好的經濟效益和社會效益。

[1]陸偉平.“橋改路”的技術比較及其他[J].建材與裝飾(上旬刊)，2011(6)：398-399.

[2]鄭 熙，杜孟蕓.高速公路橋梁改路基優化設計實例分析與評價[J].公路交通技術，2015(4)：18-21.