市政橋梁改路基的優化設計分析

尹汝琨,張久林

(中交一公局第四工程有限公司,廣西 南寧 530033)

0 引言

市政道路的建設任務日益繁重,各級部門對建設管理日益精細化。由于地方財政處于緊縮狀態,對工程項目成本控制的嚴格程度與日俱增,成為項目參與各方的挑戰。因此成本控制成為設計行業的參與者需要深入思考的問題。從業人員需要擺脫思維慣性、設計慣例,大膽探索,尋求解決工程設計多種方案的新思路。

市政橋梁的設計,需要路基、路線崗位的人員同步展開,設計人員對方案的比選,需要有路線、橋梁、路基多專業綜合知識素養[1],才能做到有的放矢、立竿見影。本文結合昆明市小哨國際新城路網項目的設計優化工作,針對市政橋梁下穿鐵路項目的路線,進行了縱斷面調整,同時分析了橋梁減跨后橋改路基方案的可行性和經濟效益的對比,為后續其他市政項目橋梁布跨方面的設計優化比選提供方案借鑒。

1 工程概況及地質水文條件

1.1 原設計工程概況

昆明市小哨國際新城路網項目起于空港大道,止于國道G320,由西向東經過山體、水庫、山體、貴昆鐵路。道路等級為城市主干路,雙向六車道,設計時速為50 km,里程為2 625.376 m。目標結構物“下穿貴昆鐵路大橋”位于道路樁號K2+190.18處。

該項目的建設可以大力推進滇中新區的發展進度,進一步完善滇中交通運輸網絡,增強片區對整體的輻射能力,提升新區的建設品位及城市形象。

下穿貴昆鐵路大橋分隔成左、中、右三幅,左右兩幅橋梁寬13.1 m,中幅寬16.1 m,各幅間設8.85 m分隔帶,橋梁總寬60 m。左幅及中幅橋梁總長459.08 m,右幅橋梁總長339.08 m。如圖1～3所示。

圖1 左幅第1～2聯原方案橋型立面圖(cm)

圖2 左幅第3～5聯原方案橋型立面圖(cm)

圖3 原方案橋梁下穿鐵路的橫斷面位置圖(cm)

左幅全橋共5聯:4×30 m+涉鐵3×30 m+3×30 m+3×30 m+2×30 m;上部采用預應力混凝土(后張)簡支小箱梁,橋面連續;下部結構0號、15號橋臺采用座板臺,橋墩采用柱式墩,基礎采用承臺樁基礎;

中幅全橋共5聯:4×30 m+涉鐵3×30 m+3×30 m+3×30 m+2×30 m;上部采用預應力混凝土(后張)簡支小箱梁,橋面連續;下部結構0號、15號橋臺采用座板臺,橋墩采用柱式墩,基礎采用承臺樁基礎;

右幅全橋共4聯:涉鐵3×30 m+3×30 m+3×30 m+2×30 m;上部采用預應力混凝土(后張)簡支小箱梁,橋面連續;11號橋臺采用座板臺,橋墩采用柱式墩,基礎采用承臺樁基礎。

1.2 地形地質條件

測區屬云南高原中部,嵩明盆地西南緣,屬構造溶蝕、侵蝕丘陵地貌。工程區位于八家村水庫西南側樹枝狀分叉口西南岸,地形西高東低;地形起伏不大,地面高程為1 960～2 000 m,相對高差約40 m,自然橫坡為5°～45°,局部較陡。西側丘坡上覆土層較厚,基巖局部裸露,地表多被墾為旱地;東側為八家村水庫,溝槽等低洼地帶覆土較厚。

1.3 水文條件

工程區屬金沙江水系牛欄江流域,根據現場地質調繪,工程區地表水主要為花莊河、八家村水庫。

地下水主要為第四系松散孔隙潛水及巖溶裂隙水?？紫稘撍饕邮艽髿饨邓呢Q向滲入補給和地表水的側向滲入補給,多以蒸發和向低洼處徑流方式排泄。

2 優化比選的原因

(1)縮短橋梁施工工期,減少對相鄰鐵路的干擾。

(2)節約該項目的工程造價。

(3)根據地勘資料和現場踏勘,顯示該段地質情況良好,植被茂密,未見塌方滑坡、泥石流,地表未見明顯流水痕跡的水溝。

基于上述原因,提出橋梁減跨的橋改路基方案,并進行研究論證。

3 優化比選的路基方案

(1)調整路線縱坡,新增1處變坡點,將K1+648～K2+300段往下壓0～3.15 m,可減少填方高度,同時減少路基的擋墻高度,見圖4。

圖4 調整后的縱斷面(m)

K2+130處主線橋梁在既有鐵路橋之下,設計標高會降低2.83 m。

(2)填筑方式及防護形式:采用分幅土石路基進行填筑。清除地表草皮、腐殖土后,原地面橫坡陡于20%的需要開挖臺階,且臺階寬度應≥2 m[2]。

(3)中幅橋第1聯,橋改路基(4×30 m,K1+965～K2+085段)。

取消原推薦方案的中幅橋梁第1聯,改為路基方案,在左側設置8 m高衡重式路肩擋土墻,與右側的原有路基連成一個整體。

0號橋臺挪至4號,型式由3 m高坐板臺,改為約11 m高肋板式橋臺,見圖5。

圖5 調整后的典型橫斷面圖(m)

調整縱斷面,橋改路基之后,節約造價約952.1萬元。見表1。

表1 主要數量和造價對比表

(4)控制沉降為橋梁改路基方案的主要考慮因素。為保證路基的結構質量、功能性、安全性,應用以下工程措施進行處理:

①挖淤換填:當軟土的厚度≤3 m時,挖除路堤填筑范圍內的軟土和淤泥,并就近利用鄰近挖方段的硬質石材進行分層填筑壓實[3]。

②拋石強夯:路基的第3～6級邊坡均采用石料填筑,在石料空隙內灌入石渣、石屑等,同時將石料中尖角突兀處磨平,然后找平,保持碾壓平面的平整度,并分層夯實[4-5]。

③路堤加固處理:在路床頂面處下鋪3層雙向鋼塑土工格柵;在每級平臺處,下鋪兩層雙向鋼塑土工格柵。路堤填料施工時應分層填筑、碾壓,檢測達到設計規范給出的壓實度后,才能進行補強壓實,以提高其密實度、承載力,增強路床的整體性、均衡性[6]。

④路面結構鋪筑之前,應該給路堤沉降留足時間。對路堤進行施工監測,場地平整后,在最高級數的邊坡橫斷面處,于中樁和路緣埋設專用的沉降板,于坡腳處以及排水溝外側2 m埋設觀測樁。該橫斷面前后間隔50 m,按同樣的方法設置沉降板、觀測樁。觀測頻率:在施工期間,每3 d觀測位移、測量沉降,若遇暴雨,則增加1次觀測;在施工完成至順利通車前,應每兩周觀測一次;通車后的一年半,每一個月觀測一次[7]。

(5)征地方面:由于該方案中路基的占地面積,稍大于橋梁的占地面積,不同于一般地區,該地段主要是林地,沒有基本農田,所以難度不大,但方案越早落地,征地越方便推進。

(6)邊坡穩定計算:利用Midas SoilWorks軟件進行有限元方法計算,邊坡建模如圖6所示。

圖6 邊坡模型圖

相關巖土物理力學參數如表2所示。

表2 各巖土層的參數表

經過以上的分析計算,得到該邊坡的計算安全系數為3.61,大于容許安全系數1.3,邊坡安全。目前該方案被設計單位納入比選方案。

4 結語

在市政項目的建設中,路基、橋梁方案的比選是值得重點關注和研究論證的。如果能在合理的范圍內,用路基方案減少橋梁規模,將會有利于建設進度的推進,同時為建設單位節約投資,有利于工程費用控制和進度控制。設計從業人員應加強路線、橋梁、路基多專業綜合知識素養,擺脫思維慣性、設計慣例,大膽探索,尋求解決工程設計的方案新思路,供各方進行取舍,結合實際解決難題。