談山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)中的橋墩選型

吳佳佳

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西太原 030012)

山西省境地形地貌變幻多樣，山地、丘陵、殘塬、臺(tái)地、谷地、平原等交錯(cuò)分布，而以山地，丘陵為主。在已建成通車的高速公路中，尤以山區(qū)高速公路為多。山西省忻州至保德高速公路K168+380處的首溝大橋不可以不說(shuō)是山區(qū)高速公路橋梁中的典型代表。其下部結(jié)構(gòu)橋墩類型包括柱式墩、T形薄壁式橋墩、大跨徑門式墩、全幅雙柱式大挑臂墩。雖然橋墩種類多種多樣，但是設(shè)計(jì)并不是從一開(kāi)始就以堆砌橋墩類型為最終目的，而是以實(shí)際地形地貌和不改易被交道路的需求來(lái)確定的。

1 橋梁概述

忻州—保德高速公路G4標(biāo)段在里程中心樁號(hào)約K168+380處擬建首溝大橋一座，橋梁分為左右幅，左幅起點(diǎn)樁號(hào)為K167+916.5，終點(diǎn)樁號(hào)為 K168+793.5，橋型方案左幅為29孔30 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，全長(zhǎng)877 m;右幅起點(diǎn)樁號(hào)為K167+916.5，終點(diǎn)樁號(hào)為K168+843.5，橋型方案為24孔30 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁+8孔25 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁，全長(zhǎng)927 m。橋梁右幅后8孔橋面寬度處于變化段(見(jiàn)圖1)。

圖1 橋梁結(jié)構(gòu)圖

2 工程地質(zhì)

1)地形、地貌。橋址位于保德縣窯瓦鄉(xiāng)首溝村南，地形起伏較大，地面標(biāo)高介于1029.60 m～1079.62 m之間，相對(duì)高差達(dá)50.02 m，該橋兩度跨越朱家川河，橋址所處河段的河底較寬闊，寬約 30.0 m ～50.0 m，深約 26.0 m;河底覆蓋有)卵石，基底為)灰?guī)r，河谷兩側(cè)分別分布有卵石、亞粘土，黃土卵石、亞粘土、礫巖，其下為)灰?guī)r、泥灰?guī)r。河底平常無(wú)水，僅在雨季能形成地表徑流，并有發(fā)生短暫洪水的可能。屬剝蝕地貌加河流階地地貌。

2)巖性特征。根據(jù)地調(diào)結(jié)果，橋址場(chǎng)地在K167+920～K168+060，長(zhǎng)140 m，和 K168+750～K168+850，長(zhǎng)100 m 地段，表部為(Qm3)馬蘭黃土，褐黃色，含氧化鐵，土質(zhì)疏松，垂直節(jié)理發(fā)育，大孔隙，濕陷土層厚度分別為3.50 m～20.50 m。根據(jù)該地段的鉆孔和探井所取土樣的土工試驗(yàn)結(jié)果，濕陷系數(shù)為0.022～0.086，自重濕陷系數(shù)0.015～0.023，按照GB 50025-2004濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，自重濕陷量計(jì)算值分別為77.4 mm和170.6 mm，該土層具有自重濕陷性;濕陷量計(jì)算值分別為375 mm和321.9 mm，濕陷等級(jí)為Ⅱ級(jí)(中等)。

圖2 柱式橋墩

圖3 T形薄壁墩

3)水文地質(zhì)條件?？辈炱陂g，各鉆孔在勘探深度范圍內(nèi)均未見(jiàn)到地下水。該橋所跨越的朱家川河在橋址所處河段平時(shí)無(wú)地表徑流，但汛期水面寬度可達(dá)百余米，水深2.5 m～5.7 m，流速5 m/s～7 m/s，每次洪水延期1 d～3 d;由于該河河水主要由大氣降水所致，周圍又無(wú)工廠對(duì)河水進(jìn)行污染，可不考慮地下水及河水對(duì)混凝土的腐蝕性。

4)地基穩(wěn)定性。橋址地層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，表部Qm3馬蘭黃土，土體較疏松，呈硬塑狀態(tài)，具自重濕陷性，其下為Ql2離石黃土、Nb2卵石、亞粘土、礫巖和OS2灰?guī)r及泥灰?guī)r。除Qm3馬蘭黃土，工程性質(zhì)較差，其余各巖土層工程性質(zhì)較好?？傮w評(píng)價(jià)，橋址地基穩(wěn)定性較好。

圖4 大跨徑門式墩

圖5 全幅雙柱大挑臂橋墩

3 橋墩類型選擇

1)柱式橋墩。柱式橋墩在山西省內(nèi)高速公路橋梁中是最為廣泛使用的一種橋墩類型。對(duì)于地形平緩、跨徑30 m以內(nèi)，橋梁高度在15 m以下的橋墩主要采用雙柱或三柱式橋墩。

柱式橋墩受力明確，所用鋼筋混凝土少，能減少自重，結(jié)構(gòu)輕盈、美觀，且施工方便、施工速度較快。本橋1號(hào)～4號(hào)墩均采用此種橋墩形式，蓋梁高1.5 m，柱徑1.6 m，樁徑 1.8 m(見(jiàn)圖2)。

2)T形薄壁墩。對(duì)于跨徑為30 m、依傍山體而建、橋梁高度在15 m以上的橋墩，橋墩主要采用T形薄壁墩。如采用柱式墩，由于墩高太高，存在剛度不足、后期耐久性差的缺點(diǎn)，且景觀效應(yīng)不好，容易產(chǎn)生柱林效應(yīng)。本橋10號(hào)～24號(hào)高墩等均采用T形薄壁墩，墩蓋梁高2.3 m，薄壁寬4.7 m，厚1.8 m。雖然由于修建承臺(tái)會(huì)造成一定程度的土石方開(kāi)挖，但是樁基受力明確，底部嵌入基巖，與承臺(tái)形成剛性體，再連接墩身與蓋梁，橋梁下部結(jié)構(gòu)總體受力較好。由于采用了嵌巖樁，表層黃土的濕陷性對(duì)承臺(tái)及基礎(chǔ)的影響可忽略不計(jì)。橋墩分幅設(shè)置，上部荷載相對(duì)全路幅設(shè)計(jì)較小，蓋梁尺寸亦相對(duì)較小，無(wú)需做預(yù)應(yīng)力蓋梁，同類型橋墩可以同步施工，施工速度較快(見(jiàn)圖3)。

3)大跨徑門式墩。首溝大橋在第八跨、第九跨處與岢(嵐)保(德)線交叉一次。原有岢保線在選線時(shí)，由于西南方向是朱家川河，東南方向是陡峭山體，線位只能夾于河岸與山體之間，沿河而建，路基寬度7 m。如果首溝大橋第八跨、第九跨采用T形薄壁墩，橋墩必然擠占岢保線。如果采用雙柱橋墩，也無(wú)法對(duì)原有岢保線進(jìn)行改線從橋下通過(guò)，亦無(wú)法布設(shè)。經(jīng)過(guò)實(shí)地多次踏勘，測(cè)繪，最終選用在高速公路設(shè)計(jì)中較少使用的大跨徑門式墩，墩間距18 m，完全滿足跨越需要，且到舊路基有一定富余安全距離。墩蓋梁采用變截面預(yù)應(yīng)力大蓋梁。由于采用預(yù)應(yīng)力鋼束，蓋梁高度最小處2.3 m，造型輕盈美觀。雖然大跨徑門式墩施工工藝較其他橋墩復(fù)雜，造價(jià)也相對(duì)較高，但是很好的解決了與地方道路的交叉問(wèn)題(見(jiàn)圖4)。

4)全幅雙柱大挑臂橋墩。本橋?qū)τ诘匦巫兓瘎×?，橋梁高度也較高的5號(hào)～7號(hào)，9號(hào)墩，為了減少開(kāi)挖量，橋墩主要采用全幅雙柱式大挑臂墩。墩蓋梁高2.7 m，每個(gè)墩長(zhǎng)2.7 m，厚1.8 m。由于岢保線與首溝大橋交匯處處于沿河彎道，與8號(hào)墩相鄰的5號(hào)～7號(hào)，9號(hào)墩采用全路幅雙柱式大挑臂墩，相較于T形薄壁墩的雙幅布設(shè)方式，能夠在水平方向較少視野遮擋，能夠更好的增加岢保線行車視距(見(jiàn)圖5)。

4 結(jié)語(yǔ)

從首溝大橋的橋墩選型不難看出，橋梁墩柱的選型，應(yīng)該與高速公路選線、布孔以及與地方道路、所跨越山谷河道交叉作為一個(gè)有機(jī)綜合整體來(lái)考慮。在選型的過(guò)程中，我們既要考慮經(jīng)濟(jì)、適用、安全和方便施工，又要兼顧地方道路的通行順暢與舒適;既要兼顧標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，又要在需要的時(shí)候不拘泥于此，另辟蹊徑。