山區高速公路剝蝕高山深谷區橋梁橋跨設計研究

作者簡介：

韋 明（1973—），高級工程師，主要從事高速公路設計、建設管理工作。

橋跨設計是橋梁總體設計的關鍵，特別是在山區高速公路橋梁總體設計中，橋跨設計的合理性尤為重要，將直接影響整個設計方案的品質。對此，文章主要圍繞廣西某高速公路某特大橋的橋跨設計展開具體論述及分析，研究橋跨設計的約束因素，對比不同的設計方案，總結出橋跨設計需綜合考慮的因素，以期為相關工程提供有價值的參考。

山區高速公路；橋位；橋跨；欠穩定；防護

U415.13 A 40 125 5

0 引言

山區高速公路橋梁主要跨越山區河流及峽谷，橋位地形較為陡峭，天然坡度多為40°～50°，部分山體坡度甚至高達70°，且地質情況極為復雜，堆積體分布較廣，山體比較容易發生滑坡。山區橋梁橋跨布置主要受地形條件、橋梁受力、施工條件等控制。陳洪林［1］對橋跨設計方案進行優化研究，以降低施工難度，縮短工期，避開不良地質斷面和保護環境。楊帥［2］研究在地形地質復雜情況下，不對稱連續剛構橋應盡量選用較小邊中跨比形式的跨徑組合，以保證橋梁的安全及穩定性。周翔海等［3］研究跨越深谷、大型沖溝、U形谷地的超高墩連續剛構橋梁的邊、中跨比值和墩高對橋梁內力、變形的影響，認為適當地增加邊中跨比可改善橋梁的受力。影響橋跨設計的橋墩布置應避開陡峭的山體及不良地質區域，盡量選擇在峽谷坡底及河灘平地；采取靈活的方式選擇橋跨，盡可能實現跨徑的標準化，但不盲目追求跨徑統一。此外，統籌墩高與橋跨大小的協調性，盡量避免超高墩的出現。

1 工程概況

廣西某高速公路某特大橋處于路線分離式路基圓曲線上，主要為跨越山溝河谷而設計，起點與隧道相連，終點與互通相連。橋位山高谷深，谷底天然形成的河流蜿蜒曲折，無通航要求，橋梁兩次跨越河流。橋位運輸條件差，無現狀道路可達，無水運條件。

2 橋跨設計約束因素

2.1 地形地貌

橋位區屬剝蝕低山地貌，山坡高聳峻峭，山間溝谷深切，多呈“U”字型，地形起伏較大，地面高程為340～485 m，相對高差為145 m，自然斜坡坡度角一般為35°～65°，地表橫坡較陡，丘陵間沖溝較發育，多為溝谷溪流，寬約35 m。山體斜坡覆蓋第四系殘坡積土層，地表植被較發育，多種植杉樹等經濟林及獼猴桃等果樹。機耕路邊坡局部基巖出露，未見大型滑坡、崩塌等不良地質。地形地貌因素主要影響橋墩位置選擇（含墩高）、橋跨度大小、基礎及下構施工條件、施工便道布設等。

2.2 工程地質

橋位區工程地質層自上往下分為：

含礫粉質黏土（Qel+dl-1）：棕黃色、黃褐色，硬塑，主要以粉粒、黏粒為主，刀切面較光滑有光澤，黏性一般，土質不均，局部含少量礫石，礫石成分以砂巖、頁巖為主，垂直分布不均勻，干強度中等，韌性中等，揭示厚度為1.60～4.10 m。

碎石土（Qel+dl-2）：黃褐色、淺灰色，中密，稍濕，母巖主要成分為砂巖、頁巖，呈棱角狀，垂直分布不均勻，間隙為黏性土充填，揭示厚度為1.50～3.50 m。

強風化泥質砂巖（O1s）：黃褐色、紫紅色，細粒結構，中厚層狀構造，主要礦物成分為石英、長石、黏土礦物、云母，巖體破碎，節理裂隙發育，含較多的泥質膠結物，裂隙面多見銹斑浸染，巖芯呈碎塊狀及短柱狀，揭示厚度為2.40～37.20 m。

強風化砂巖（O1s）：淺灰、褐黃色、灰白色，細粒結構，薄層狀構造，主要礦物成分為石英、長石、云母，含鈣質較多，巖體破碎，節理裂隙發育，巖芯呈碎塊狀及巖粉狀，巖質較硬且脆，局部夾薄層頁巖，揭示厚度為5.00 m。

中風化泥質砂巖（O1s）：紫紅色、淺灰色，細粒結構，薄層-中厚層狀構造，主要礦物成分為石英、長石、局部可見云母，巖體破碎，節理裂隙較發育，巖芯呈巖粉狀、碎塊狀及少量短柱狀，巖芯采取率約為85%，水鉆進尺慢，較平穩，漏水最大揭示厚度為39.60 m，未鉆穿，屬較硬巖。

中風化砂巖（O1s）：淺灰、灰色，細粒結構，薄層-中厚層狀構造，主要礦物成分為石英、長石、云母，巖質較硬且脆，巖體破碎，含鈣質較多，節理裂隙較發育，裂隙面多見銹斑浸染，局部夾薄層狀頁巖，巖芯呈碎塊狀及巖粉狀，最大揭示厚度為36.80 m，未鉆穿，屬較硬巖。

工程地質因素主要影響橋墩位置選擇（含墩高）、基礎承載力驗算、橋位邊坡防護等。

2.3 欠穩定巖土體

橋位主要存在兩處欠穩定坡體。（1）在樁號K77+380處附近第一次跨越河道，靠近河道處的邊坡巖體主要由覆蓋層碎石土及強風化泥質砂巖局部夾薄層頁巖組成，巖體破碎，節理裂隙發育，風化程度強，泥質砂巖及頁巖夾層呈崩解性，巖質軟，遇水易軟化，長時間暴露后易崩解，崩解后呈碎裂、片狀結構，遭到遇水沖刷后易崩塌。（2）在樁號K77+920處第二次跨越河道，有一個欠穩定的斜坡體。據地勘揭示，該處坡體覆蓋層（厚度約30～33 m）主要為淺層碎石土及強風化砂質頁巖，下伏中風化砂質頁巖，裂隙發育，欠穩定。主要影響橋墩位置和施工便道布設。欠穩巖土體因素主要影響橋墩位置選擇（含墩高）、橋跨度大小、施工和運營安全、橋位邊坡防護等。

2.4 橋下設道路

在橋位區K77+276/ZK77+321、K78+285/ZK78+283處存在擬建下穿匝道；K77+810/ZK77+825處存在下穿現狀道路。該因素主要影響橋墩位置選擇（含墩高）、橋跨度大小等。

3 方案設計

3.1 方案一（圖1～2）

本方案橋跨采用正交錯幅布置。左幅起訖樁號為ZK76+965.5～ZK78+349.5，橋梁全長為1 384 m。跨徑布置為：（4×39）m+（88+160+88）m+（3×40.5）m+（3×40.5）m+（72.5+135+72.5）m+（3×40）m+（3×40）m+（3×40）m，共10聯。左幅橋第7～第10聯位于道路變寬段，橋面寬度由12.5 m漸變至18.8 m，其余聯為等寬橋，標準段橋面寬度為12.5 m。右幅起訖樁號為K77+009.8～K78+350，橋梁全長為1 140.2 m，跨徑布置為：（3×40）m+（88+160+88）m+（3×40.5）m+（3×40）m+（72.5+135+72.5）m+（9×39.3）m，共14聯。本橋第7～第14聯位于道路變寬段，橋面寬度由12.5 m漸變至24.2 m，其余聯為等寬橋，標準段橋面寬度為12.5 m。

主橋上部為預應力混凝土連續剛構橋，單幅采用單箱單室變高度箱梁，主跨160 m箱梁采用C60混凝土，主跨135 m箱梁采用C55混凝土，梁高和底板厚均采用1.8次拋物線變化，箱梁采用三向預應力體系。引橋上部構造為裝配式預應力混凝土簡支T梁、簡支變連續T梁；橋臺采用柱式臺；引橋橋墩采用柱式墩、矩形實體墩、矩形空心墩；主橋橋墩采用箱型薄壁墩；墩臺均采用樁基礎。該方案引橋最高墩高約為68.3 m，交界墩最高墩高為46.5 m，主橋最高墩高為97.5 m。

3.2 方案二（圖3～4）

本方案橋跨采用正交錯幅布置。左幅起訖樁號為ZK76+964.81～ ZK78+349.68，橋梁全長為1 384.87 m?？鐝讲贾脼椋海?×39.5）m+（72.5+135+72.5）m+（3×39）m+（3×39）m+（3×39）m+（50+90+50）m+（3×39.7）m+（3×39.7）m+（3×39.7）m，共11聯。左幅橋第8～第11聯位于道路變寬段，橋面寬度由12.5 m漸變至18.8 m，其余聯為等寬橋，標準段橋面寬度為12.5 m。右幅起訖樁號為K77+006.96～K78+349.02，橋梁全長為1 342.06 m。跨徑布置為：（4×41）m+（72.5+135+72.5）m+（4×41）m+（4×41）m+（55+100+55）m+（9×39）m，共14聯。本橋第7～第14聯位于道路變寬段，橋面寬度由12.5 m漸變至24.2 m，其余聯為等寬橋，標準段橋面寬度為12.5 m。

主橋上部為預應力混凝土連續剛構橋，單幅采用單箱單室變高度箱梁，主跨135 m箱梁采用C55混凝土，主跨90 m、100 m箱梁采用C50混凝土，梁高和底板厚均采用1.8次拋物線變化，箱梁采用三向預應力體系。引橋上部構造為裝配式預應力混凝土簡支T梁、簡支變連續T梁；橋臺采用柱式臺；引橋橋墩采用柱式墩、矩形實體墩、矩形空心墩；主橋橋墩采用箱型薄壁墩；墩臺均采用樁基礎。該方案引橋最高墩高約為64.5 m，交界墩最高墩高為76.3 m，主橋最高墩高為102.5 m。

4 結語

綜上所述，山區高速公路橋梁橋跨設計主要考慮的因素仍然是跨域障礙長度和工程地質情況。但需在橋位區地形地貌，施工和運營期質量、安全以及便利，橋跨長度與墩高關系，橋位邊坡開挖防護等方面給予足夠的重視。特別是在自然坡度大、存在不穩定坡體的剝蝕山地貌橋位區，橋梁墩、臺位置設計應充分進行現場調繪，避免橋梁墩、臺設置在不穩定坡體上；有條件的還需考慮盡量遠離不穩定坡體，減少施工期對坡體的擾動。文中提及的特大橋，正是在充分的現場勘察基礎上，綜合考慮橋位區地形地貌、工程地質情況以及施工、運營安全等諸多因素，獲得了合理的橋跨設計方案。

參考文獻

［1］陳洪林.山區大跨連續剛構橋設計方案優化研究［J］.公路工程.2016（5）：123-127.

［2］楊 帥.預應力混凝土連續剛構橋跨徑組合設計方案對比研究［J］.西部交通科技 ，2020，11（4）：133-136.

［3］周翔海，杜 娟.195 m高墩連續剛構橋邊中跨合理設置研究［C］.2017（第六屆）國際橋梁與隧道技術大會論文集，2017.

收稿日期：2022-10-20