單孔橋梁優化設計為箱涵的應用

劉 明 華

(湖南省核工業地質局，湖南 長沙 410011)

1 韶河大橋優化為雙孔箱涵

1.1 工程概況及地質情況

韶山核心景區外環公路是湖南省紀念毛澤東同志誕辰120周年重點工程項目，為老路改擴建項目，起止點為竹雞塅，途經韶山、湘鄉兩市8個鄉鎮31個行政村，由四段組成，全長43.15 km。該項目線路長、工期緊，各段公路等級、路面寬度、路面結構等不盡相同、施工組織難度大，項目于2012年10月20日開工，2013年12月26日建成通車。該項目的韶河大橋于K34+714處跨越韶河，全長59.086 m，為單孔橋梁，橋面寬25 m，與橋梁相接的路基寬32 m，橋梁與河流右夾角為315°，為公路兼市政景觀橋梁。橋臺樁徑為D180 cm，基巖為微風化白云巖，巖溶非常發育；橋臺為組合式臺，左右橋臺沿路線方向錯臺10.5 m；上部構造為1-40 m預應力混凝土簡支T梁。

1.2 本橋梁施工的難點

韶河大橋0號臺和1號臺均采用6根直徑為180 cm的樁基礎，橋址基巖為白云巖，巖石強度高，巖溶非常發育。

正式施工前，施工單位按要求對每個樁孔布設3個探溶鉆孔補充勘查發現，巖溶情況比設計圖紙描述的更加發育、復雜，尤其是1號臺左幅2號樁基下巖面相差最大達24 m多，樁基成孔非常困難且鉆孔時間長、樁基的垂直度控制難。不僅造價增加較大，而且工期無法保證。

1.3 優化設計后方案

為保證施工進度及通車時間、降低工程造價，施工單位果斷提出將韶河大橋優化為雙孔箱涵的方案。經業主單位、監理單位、設計單位、施工單位有關人員研究、比選確認將韶河大橋優化為2-6.0×5.0鋼筋混凝土箱涵，長102.55 m，涵頂路基寬32 m。

該箱涵要求基底持力層的容許承載力不小于150 kPa，地基采用C30混凝土擠密樁進行處理；涵身按原河道中軸線布置，按斜交正做，減少阻水面積；在涵身中部(即中央分隔帶下)連同基礎設變形縫一道，兩邊每10 m設一道斷縫，以更好地適應地基合理變形；進、出口兩端通過扭坡墻與原有河道順接；進口端涵身中墻澆筑成半圓弧形迎水面；涵頂超出路基范圍的部分加以綠化處理，達到美觀的效果。

箱涵采用就地澆筑工藝，全箱涵分兩次澆筑，第一次澆筑至底板內壁以上30 cm，第二次澆筑剩余部分。

1.4 韶河大橋優化設計為箱涵的優點

1.4.1技術難度對比分析

箱涵相對橋梁減輕了結構物自重，充分發揮了箱涵結構整體性好及基底應力擴散好的特點，達到了通過利用現有地質條件滿足結構物地基承載力的目的。通過設置擠密樁對基底進行處理，完全滿足箱涵的地基承載力容許值要求；箱涵施工相對橋梁施工更簡單、更安全。

1.4.2造價對比分析

原清單中韶河大橋實體工程造價為1 269萬元，優化為箱涵后最終的造價為1 093萬元，造價減少176萬元(即14%)，經濟效益明顯。同時減少了預制場的設置，節約臨時用地。

1.4.3工期對比分析

監理批準的實施性施工組織設計中，韶河大橋計劃工期9個月，若按原方案施工，實際工期可能更長；而優化設計為箱涵后實際工期為4個月，工期足足縮短5個月(即56%)，為后續的路面工程、交安工程的合理施工贏得了充足的時間。

1.4.4安全、文明、環保措施對比分析

韶河大橋樁基施工時間較長，難度大，易發生塌孔、墜落孔洞、掉鉆、起重傷害等意外事故；樁基施工的噪聲、振動、擠土、泥漿等會對周圍居民、河堤、環境造成一定的不良影響。而優化為箱涵施工相對簡單，僅需要跟水利部門溝通好，枯水季節在河堤外側臨時改一道河道，改河斷面設置為倒梯字形，在迎水面鋪設雨布兩層，人工碼砌2 m高編織砂袋加固，以防沖刷，再進行明挖施工，安全隱患及對周圍環境的影響均較少。

2 神告湖中橋改雙孔箱涵

2.1 工程概況及地質情況

廣東省龍川至懷集公路神告湖中橋中心里程樁號K40+462.000，位于河源市東源縣船塘鎮龍江村附近，跨越縣道X166線。橋梁上部結構采用1×20 m裝配式預應力混凝土箱梁，全橋共1聯8片箱梁。本橋為等寬橋梁，單幅橋寬12.5 m，分幅布置。下部結構采用重力式橋臺，鉆孔灌注樁基礎，設計樁徑140 cm，樁長32 m～54 m，共計24根，總長度為1 120 m。橋址區屬低侵蝕低丘工程地質亞區，第四系地層起伏較大，勘察區內無活動性斷裂通過，區域地質穩定性較好，但橋址區分布巖溶。根據勘察資料分析，巖溶地層埋藏深度為地面20.30 m以下，溶洞高度為0.50 m～18.50 m，巖溶層數為2層～6層，成串珠狀，一般有充填物，充填物為可塑狀粉質粘土、砂礫，少量無充填或半充填。兩側橋頭設置位置覆蓋層上層為可塑～硬塑狀粉質粘土，下層為硬塑～堅硬狀粉質粘土，工程性質較好，地基承載力為180 kPa～240 kPa。

2.2 本橋梁施工的難點

神告湖中橋按原設計橋梁施工，會面臨多個方面的施工難點，主要體現在橋址周邊環境復雜，征拆協調難度大，巖溶地質條件下進行鉆孔灌注樁施工，工期難以控制，安全、文明和環保問題對縣道交通會造成一定的影響。

2.2.1進場施工時間推遲

涉及征拆問題多，協調難度大，橋梁0號臺位置為船塘鎮強記花木場苗圃，種植名貴植物，1號臺為聚豪農家樂，征拆補償代價高，協調難度大，遲遲未交地，不能進場施工。

2.2.2施工工期不可控

地質情況復雜，鉆孔灌注樁最深達54 m，屬深孔樁基，占總樁長的1/4，再加上巖溶復雜地層，施工難度進一步加大，風險高，不可確定因素多，施工工期難以控制。

目前巖溶地層樁基成孔仍是樁基施工中普遍存在的難題，一般在處理溶洞時，應根據實際情況和經驗進行加泥漿、拋片石、埋置護筒等措施[1]。根據勘察資料提供的橋址巖溶情況，神告湖中橋鉆孔灌注樁成孔過程中處置溶洞會導致整個橋梁施工周期長，施工成本高，而且如遇到不可預見的情況(如丟鉆頭、卡鉆頭、埋鉆頭)，處理起來特別復雜。外加橋址區周邊環境的影響，橋梁樁基施工場地嚴重受限，無法通過增加施工機械的投入來加快施工進度，導致樁基施工工期不能準確預見和有效控制。

2.2.3文明施工與環保管理難度大

鉆孔施工噪聲大，影響時間長，且受施工場地限制，鉆孔樁泥漿排放管理難度大。

2.3 優化設計后方案

在考慮到橋梁施工過程中會遇到諸多難點，同時為節約造價、縮短工期，施工單位提出橋梁改雙孔箱涵的優化設計方案，經與業主、監理、設計和地方政府相關部門研究，各方一致同意把神告湖中橋優化設計為2-9 m×6 m箱涵。神告湖箱涵中心樁號為K40+457.5，第一象限交角為115°，箱涵總長度為35 m，具備通行兼排水功能。箱涵采用單箱雙室框架斷面，頂板及側墻、中墻厚度80 cm，底板厚100 cm，單孔結構凈寬9 m，凈高6 m，采用C35混凝土澆筑，地基承載力容許值不小于250 kPa。

2.4 神告湖中橋優化設計為箱涵的優點

2.4.1技術難度對比分析

箱涵相對橋梁減輕了結構物自重，充分發揮了箱涵結構整體性好及基底應力擴散好的特點，達到了通過利用現有地質條件滿足結構物地基承載力的目的。箱涵設置位置粉質粘土層覆蓋最小厚度達20.3 m以上，上層粉質粘土為軟～硬塑狀，下層粉質粘土為硬塑～堅硬狀，工程性質較好，通過對箱涵基底做適當的換填處理，完全滿足箱涵的地基承載力容許值要求。箱涵施工相對橋梁施工簡單，沒有巖溶地層樁基施工風險大。

2.4.2造價對比分析

神告湖中橋造價約675萬元，優化為箱涵后估算工程造價約385萬元，造價減少290萬元(即43%)，經濟效益明顯。

2.4.3工期對比分析

在不考慮鉆孔灌注樁基礎穿過溶巖層時遇到丟鉆頭、卡鉆頭、埋鉆頭等特殊事故情況下，神告湖中橋預計工期5個月，而優化設計為箱涵后工期為2個月，工期足足縮短3個月(即60%)，為后續工程的施工贏得了充足的時間。

2.4.4安全、文明、環保措施對比分析

一般情況下橋梁施工比箱涵施工的安全、文明和環保措施多。橋梁施工的安全、文明和環保措施主要體現在樁基施工、箱梁架設、橋面鋪裝和防撞護欄施工階段。鉆孔灌注樁施工時須對孔、泥漿池進行圍閉，車輛走縣道外運泥漿至棄土場；箱梁架設前須在跨縣道處搭鋼管棚，架設時協調當地交管部門對縣道進行臨時封閉交通；橋面鋪裝和防撞護欄施工時須做臨邊防護，協調當地交管部門安排專人指揮交通，防止水泥漿等墜落物給車輛、行人造成影響。箱涵施工面臨的安全、文明和環保問題就少很多，造成的環境污染、交通干擾等影響也小很多。箱涵施工前，在紅線范圍內改移一段縣道，避免了另外征地；基坑開挖完后做好安全支擋圍閉，布置好交通指示牌，以減少現場施工與縣道交通的互相干擾。

3 結語

通過上面的舉例，韶河大橋和神告湖中橋優化設計為箱涵后，規避了地質條件復雜處樁基施工潛在風險，沒有鉆孔樁噪聲、振動、泥漿排放對周圍環境造成污染等問題?？缭降缆窌r，交通疏導及交通管制相對簡單，有利于交通疏導施工便道的規劃及安全管控。橋梁優化為箱涵后，不僅節約大量工程投資，大大縮短了工期，確保了施工進度，具有良好經濟效益和社會效益。

在各等級公路建設過程中，地質條件復雜、地基承載力低處設置橋梁跨越小型河道或低等級道路，或者因交地時間滯后，工期不能順延時，可以通過將橋梁優化設計為箱涵，達到降低建設成本、加快工程進度、提高工程質量的目的。