螺旋橋在山區低等級公路中的運用

李存俐，李涌泉，李雷雨

（四川省林業和草原調查規劃院，四川 成都 610081）

1 概述

在道路設計中因受地形條件限制，為了克服高差而采用螺旋上升的橋梁把上下線連接起來，這種橋梁稱為螺旋橋。常用于城市道路立交橋匝道和山區高速公路,例如上海南浦大橋橋頭螺旋立交和四川省雅西高速干海子特大橋，由于螺旋橋造價高，且修建十分考驗設計師的水平和施工團隊的能力，因此很少在低等級公路中采用。

山區公路地形地質較為復雜，受公路路線平面和縱面技術指標標準限制，高填深挖路基較多［1］，高海拔越嶺公路更多。為了克服高差，傳統方案一般需要做展線設計，但很多時候受到地形地質條件影響，局部地段線路平縱指標難以達到規范要求。為了達到規范要求，往往需要采用大量預應力錨索（桿）、抗滑樁或抗滑擋墻、樁基托梁擋墻等加固工程。其后果勢必會對山體造成擾動，增大引發次生地質災害的概率。因此，這種情況下可以考慮引入螺旋橋方案，盡量減少改變周圍的地貌、地形、天然森林等景觀，使公路與自然融為一體，最大限度地保護環境［2］。通過與傳統設計方案作比較，綜合考慮選擇合適的路線方案。

2 設計背景簡介

省道S434 線榆林宮—磨西公路改建工程（以下簡稱榆磨公路）改建工程起點位于國道G318 線甘孜州州府所在地康定城南7 km 的環島平交路口，途經榆林新城區、沿康定河左岸上行至老榆林，經蟲草基地，翻越雅家埂后，經爛河壩、新興鄉、止于磨西鎮，與貓子坪—磨西公路止點相接，路線全長約74.1km。榆磨公路改建前原有公路全長79.23 km，其中K0+000～K76+042 段于2003 年按照通縣油路標準進行建設，全線多處回頭，坡陡彎急，部分地段視距不良，平、縱指標較低。全線已成涵洞和邊溝淤塞嚴重，排水不暢，擋土墻損毀嚴重。全線路塹邊坡高陡，缺乏邊坡防護處治，坍塌和坡面落石常阻斷交通。缺乏必要的交通工程設施，不能有效保證行駛安全。總之，原路泥石流、滑坡、坍塌等不良地質災害頻繁發生，路基穩定性差，抗災能力脆弱，并不同程度地存在中斷交通的情況，交通服務水平低下，不能較好適應新形勢下經濟社會發展的需要。因此，對此路進行改建勢在必行。本次改建采用三級公路標準。

3 公路沿線自然地理條件

路線所經地區屬盆緣山地地貌，處于康藏高原與四川盆地交接帶上，總的地勢西南高而東北低，以海拔2 000～4 000 m，高差1 000～1 500 m 的中山為主。海拔5 000 m 以上山地終年積雪，冰川發育。路線由北向南而行，中間翻越折多山東段山脈雅家埂，高程3 981.5 m，路線相對高差達1 200 m 以上。以大渡河為線路片區干流。康定河、磨西河伴隨路線而行。群山之中次級支流更是密布成網，將路線區域強烈切割，造成地形十分險峻。路線往南高山地帶森林茂密，灌木荊棘叢生，氣候惡劣。路線所經過的地區地質、地形復雜，山高谷深，巖層節理裂隙發育，風化破碎，剝落嚴重，松散的堆積物、巖堆、沖溝大量存在。廣泛分布于溝谷斜坡和山麓坡腳的松散坡、殘積層、冰水堆積層結構松散，具架空結構，常形成滑坡和邊坡崩塌，是本公路的主要病害之一。線路區位于目前仍然強烈抬升的青藏高原東部，地震活動頻繁，強度大，為我國著名的地震活動帶。瀘定、康定歷史上都發生過7.0 級以上地震。根據中國地震烈度圖劃分，該區地震烈度為Ⅷ，地震動峰值加速為0.30 g，地震動反應譜特征周期為0.4 s［3］。線路區屬高原高寒氣候，其主要特點是冷季漫長嚴寒，暖季短暫溫涼，長冬無夏，春秋相連，熱量水平低，日照充足。主要水系之河谷地帶氣候較好，霜凍期較短，其余地區氣溫低，空氣稀薄，風云多變，霜凍期長。每年4～10 月氣候比較暖和，平均氣溫在5 ℃，最高可達26 ℃，6～9 月為多雨季節，11 月至次年3 月為雪霜期，平均氣溫在5 ℃以下，最低可達零下15 ℃。年降水量在700～800 mm，年最大降雨量1 207 mm，年最小降雨量700 mm。降雨集中在6～9 月，占全年降雨量的85%。夏秋季節多泥石流、滑坡、水毀、塌方；冬春季節積雪等病害嚴重。線路區凍土類型為季節性凍土，凍結深度為0.5～0.6 m。在路線康定端3 800 m以上和磨西端3 690 m 以上路段長期被冰雪封蓋。

4 設計方案比選

本工程沿線自然風景秀麗，藏彝民俗文化極具特色。但因地處高寒、高海拔地區，生態環境十分脆弱。設計時盡量避免大范圍改移路線、大填大挖，避免誘發新的地質和路基病害，避免破壞山體的穩定和自然風貌。路線K54+413.58～K57+761.27 段兩側自然橫坡高陡，由于原路為四級公路標準，脫線新建不可避免，尤其回頭曲線路段，原回頭曲線半徑均達不到20 m 的三級公路的最小回頭曲線半徑要求，都需要脫線新建；其次由于原路基寬度為6.5 m左右，即使利用一側也需要加寬1 m 的路基，考慮縱坡的要求，加寬路基將超過1 m，土石方工程量、外擋及橋涵的工程量都較大，為本次改建的重點段落。尤其接搶險工程大木桿溝大橋的最后一個回頭曲線，回頭半徑不到10 m，上線坡高30 m 以上，下線外邊坡地面橫坡陡于45°。為了與“安全、舒適、環保”的改建設計理念相符合，適度把握指標標準，做到經濟、適用、通暢、環保，經各專業技術人員現場核查，初步擬定了2 個方案。

方案一是采用螺旋橋方案。橋跨14 跨，總長308 m，平曲線半徑35 m，由于曲線半徑小，在低等級公路中鮮有所見，受力體系復雜，設計難度大，在滿足路線技術標準的同時，完美地適應了地形，避免了高填深挖和植被破壞，很好地保護了環境。其優美輕盈的外形，構思巧妙，立體感強，給游客帶來美好觀感的同時，更留下了無限遐想的畫面。缺點是平面線形稍差，螺旋橋的施工難度較大。

方案二是按三級公路技術標準對原路進行改建，回頭路段脫線新建，平面線形較順暢，同時平縱組合比較得當，建成后行車的舒適性較好。但該方案上線深挖，采用框架梁錨桿加固，下線高填，采用樁基托梁擋墻防護。深挖路基對邊坡尤其上部邊坡擾動大，容易形成次生的地質災害，對行車安全和道路的暢通影響較大。回頭處土質松散，按照自然穩定坡比放坡，將挖除上線，必須采取支擋防護工程措施，控制坡口開挖線，即使按照1∶0.5 的框架梁（此處為松散土質，不適合采用噴錨防護），也會使邊坡高陡，工程防護量巨大，投資巨大。高邊坡開挖及半坡支護施工過程極易造成松散的土體隨時坍塌，危及施工人員安全，施工困難。對邊坡的破壞也是比較大的，極易導致邊坡表面滑移或局部失穩，給該路段長久、安全、有效地運行埋下事故隱患。同時區域生態脆弱，植被恢復困難，深挖路塹必定會破壞多年成長的草皮和灌木，想要恢復原來面貌，發揮原來的生物防護作用困難重重，無論從環境保護角度，還是作為旅游公路要求的環境美化來說都是不利的。沿線棄方本已較大，深挖回頭路段必然加劇填挖嚴重不平衡的現實，棄方量將會再次大大增加，這就需要選取更多的棄土場所，占用更多的土地，砌筑更多的堆土場防護和排水工程，而且該區雨量較大，自然降雨加上坡面徑流的沖刷，致使深挖后植被難以恢復，短期內不能綠化見效的棄土場可能造成更多新的水土流失。暴雨季節甚至引發泥石流災害，對沿途村落居民、交通、莊稼和牲畜產生巨大的災難，深挖的邊坡短期內生物固結難見成效，容易發生坍塌失穩，堆積或毀壞路基路面，導致交通斷道；高填路基除了增加大量的圬工砌體，還由于該區冬季積雪嚴重，伴有涎流冰等地質災害，夏季多雨霧天氣。為保證行車安全除設置警示標志標牌、采取減速震蕩標線外還將增加安全性能較高的鋼筋混凝土防撞護欄，工程投資將為之大大增加。回頭處有一部分路基以原有路基為依托，下線防護型式采用利于收縮坡腳占地較少的衡重式擋土墻，在施工過程中，衡重臺的砌筑將會把原有路基挖去部分，施工期間保障暢通困難，回頭處上下線距離較近，施工場地狹窄，填筑壓實不夠或者自然沉降趨于穩定的過程中，都會引起路基沉陷，致使路面開裂，甚至結構物或高填路基垮塌。道路中斷，對于雅家埂觀光旅游影響巨大。砌體所需要的建筑材料如果采用混凝土擋土墻會增加投資，如果采用漿砌或干砌片塊石擋土墻，料場的開采、便道的修筑不僅又會增加投資，破壞草皮或植被，對于環境保護來說也是不利的。

2 個方案的主要工程數量及投資，見表1。

表1 大木桿溝大橋連接線方案主要工程數量及投資比較表

該路對發展甘孜州旅游業至關重要，是雅家埂旅游的唯一道路，也是甘孜州“環貢嘎山兩小時旅游圈”規劃實施的保證。一旦交通斷道，保障暢通工作極其困難。經過多方比較，從長遠的安全考慮，最終施工圖采用螺旋橋方案，如圖1 所示，比較方案與推薦方案的對比圖。

圖1 路線方案比較圖

該工程于2018 年建成通車，至今運營良好，螺旋橋成了游客的打卡之地。

5 結束語

在該公路中采用螺旋橋路線方案，避免了高陡邊坡開挖帶來的地質災害問題，同時，為該路的景觀設計增加了一道亮麗的風景。但是，螺旋橋路線方案投資大，平面線形稍差，設計和施工難度大。在實際運用中設計者應根據道路的功能，參考地質、路基、橋梁等專業人員的意見，綜合考慮多方面因素，慎重采用。