淺議橋梁墩柱位于復(fù)雜地形條件下的防護(hù)

趙 琳

(中鐵十一局集團(tuán)第五工程有限公司 重慶 400037 )

淺議橋梁墩柱位于復(fù)雜地形條件下的防護(hù)

趙 琳

(中鐵十一局集團(tuán)第五工程有限公司 重慶 400037 )

高速公路向山嶺地區(qū)延伸是社會(huì)發(fā)展的趨勢，將橋梁墩柱設(shè)置在地形陡峭的坡面或者坡面有其他荷載的情況時(shí)有發(fā)生，故需對墩柱進(jìn)行防護(hù)，本文結(jié)合江羅高速大圍高架橋2#墩為實(shí)例，簡要分析山嶺地區(qū)橋梁墩柱防護(hù)形式。

山區(qū);坡面;墩柱;防護(hù)

1 引言

我國第一條高速公路——滬嘉高速公路于1988年底通車[1]以后，至今已形成“五縱七橫”的高速公路網(wǎng)[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從2011年至2016年，年均新增高速公路里程超過9000公里，截止到2016年底，我國內(nèi)地高速公路里程超過13萬公里[3]。在高速公路建設(shè)過程中，不可避免地遇到山嶺地區(qū)，較多橋梁墩柱位于山嶺陡坡，可能存在坡面不穩(wěn)定或者坡面上面有其他荷載的情況，為保證橋梁結(jié)構(gòu)安全，需對橋梁墩柱加以防護(hù)，防護(hù)方式一般采用主動(dòng)加固、減緩坡度、坡頂卸載、坡腳擋護(hù)以及坡面防水等，本文以江羅高速大圍高架橋2#墩柱為例，淺析山區(qū)橋梁墩柱防護(hù)選擇形式。

2 工程概況

大圍高架橋橋位跨越丘陵間洼地，地形起伏較大，兩端橋臺(tái)位于低緩斜坡坡中和洼地交接位置，洼地分布農(nóng)田、民居、魚塘等，丘陵坡地密布大量桔樹。全橋跨徑組合為20×40 m，橋長807.54 m，上部采用預(yù)應(yīng)力砼先簡支后連續(xù)(剛構(gòu))40 mT梁方案，下部結(jié)構(gòu)采用獨(dú)柱薄壁墩和箱形墩，墩高范圍為3.2-53.3 m，平均墩高約40.4 m。

橋位地勢陡峭，既有鄉(xiāng)道盤山而行，大圍高架1#—6#墩間線路與原有鄉(xiāng)道多次相交，該橋左2#墩承臺(tái)侵入鄉(xiāng)道5.7 m，將原有鄉(xiāng)道基本截?cái)啵瑸楸苊飧咚俟肪€路對鄉(xiāng)道的影響，結(jié)合現(xiàn)場地形，后將2#左右幅獨(dú)柱墩變更為三柱式門架墩。

2.1 地形地貌

山地丘陵屬粵云霧山脈部分。項(xiàng)目區(qū)附近最高峰大云霧山海拔1139.9 m，更多的為丘陵(低于500 m)。由于受地殼構(gòu)造的影響，山體展布多呈北東—南西走向。地表侵蝕切割強(qiáng)烈，地形相對起伏大，地勢較為陡峻。

2.2 氣象、水文

路線走廊帶屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，分別為武夷南嶺山地過濕區(qū)及華南沿海臺(tái)風(fēng)區(qū)(Ⅳ6-7)，處于赤道低氣壓帶和副熱帶高氣壓帶之間，氣候溫和濕潤，雨量充沛，無霜期長。年平均氣溫22.0-24.4 ℃，年平均降雨量1380-1517 mm，多集中于夏秋季，年平均相對濕度80%-80.7%。春旱、秋末的寒露風(fēng)和局部的洪澇是主要自然災(zāi)害。

2.3 地層巖性

項(xiàng)目區(qū)地處粵西隆起區(qū)，地層區(qū)劃屬于云開地層分區(qū)。項(xiàng)目出露的地層是震旦系，下統(tǒng)托洞組(Z1t)地層分布于中部，主要組成巖性為變質(zhì)砂巖、變質(zhì)長石石英砂巖、變質(zhì)粉砂巖與粉砂質(zhì)千枚巖、絹云母千枚巖、云母石英片巖、云母片巖，夾硅質(zhì)巖和石煤。

3 設(shè)計(jì)情況

2#墩柱因變更為門架墩后，墩柱由以前的2個(gè)獨(dú)柱方墩變更為3個(gè)圓柱墩，墩徑為220 cm，其中2-A墩位于陡坡上，且墩上、下均為既有鄉(xiāng)道，需對墩柱進(jìn)行防護(hù)，2#墩柱防護(hù)平面圖如圖1所示。

圖1 2#墩柱防護(hù)平面圖

3.1 原設(shè)計(jì)防護(hù)思路

坡面地勢峻峭，以全-強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖為主，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，容易產(chǎn)生病害。原設(shè)計(jì)思路考慮坡腳增設(shè)護(hù)面墻封閉坡面。其防護(hù)斷面圖如圖2所示。

圖2 2#墩柱防護(hù)斷面圖

3.2 方案效果

方案實(shí)施約一年后，因暴雨連連，雨水滲透入坡面，導(dǎo)致坡面整體滑移，護(hù)面墻破裂，對墩柱有側(cè)向推移的趨勢，如圖3和圖4所示。

圖3 防護(hù)面破壞現(xiàn)場照片(坡面開裂)

圖4 防護(hù)面破壞現(xiàn)場照片(頂面開裂)

4 災(zāi)害發(fā)生原因分析

本文涉及的防護(hù)邊坡路段，地形地貌主要為丘陵，間夾山間洼地。坡地覆蓋層主要為殘坡積粉質(zhì)粘土，山間洼地可見沖積相黃色粉質(zhì)粘土?；鶐r以灰色片麻巖、片巖及變質(zhì)砂巖為主。邊坡經(jīng)過人工修整后，坡度56°，因連續(xù)降雨，坡積松散覆蓋層及以下的全～強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖被水浸潤后，土體自重和下滑力增大；強(qiáng)度明顯降低、抗滑力減小，在暴雨動(dòng)水壓力下、坡面滑力增大、抗滑力和抗剪力減小，且坡頂存在的行車動(dòng)載影響，從而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)[4]。

5 穩(wěn)定性分析

本次采用理正巖土軟件的邊坡穩(wěn)定分析模塊進(jìn)行模擬分析，模板為復(fù)雜土層邊坡計(jì)算模板，穩(wěn)定分析采用瑞典條分法計(jì)算，道路豎向荷載按50 kPa加載，極端工況按土質(zhì)均達(dá)到含水飽和的極端狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算[5]。模型如圖5所示，采用的計(jì)算參數(shù)見表1：

圖5 計(jì)算模型及模擬計(jì)算的滑動(dòng)面示意圖

表1 穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)表

參數(shù)土質(zhì)粉質(zhì)黏土全風(fēng)化變質(zhì)砂巖強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖干容重/(kN/m3)181922濕容重/(kN/m3)1919．423．4粘聚力/kPa182030內(nèi)摩擦角/°202530飽和粘聚力/kPa111319飽和內(nèi)摩擦角/°121619．5

根據(jù)以上參數(shù)模擬進(jìn)行計(jì)算得到安全系數(shù)值，如表2；模擬的滑動(dòng)面如圖5，與實(shí)際發(fā)生滑坡情況基本相吻合。

表2 原設(shè)計(jì)穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算結(jié)果表

工況要求安全系數(shù)計(jì)算安全系數(shù)值結(jié)論天然工況1．2—1．31．102基本穩(wěn)定狀態(tài)極端工況1．1—1．20．576不穩(wěn)定狀態(tài)

6 處治方案

經(jīng)現(xiàn)場探測，粉質(zhì)黏土層厚0.5—2 m，往下為全風(fēng)化變質(zhì)砂巖及強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖，因坡面上下均為既有鄉(xiāng)道，改建難度較大，不適合采用減緩坡度以及坡頂卸載方案，宜采用主動(dòng)加固現(xiàn)有坡面的方法[6-7]。為減少滑坡體對墩柱及樁基的側(cè)向推移，經(jīng)過多方探討，決定采用錨索格梁主動(dòng)防護(hù)方案，避免采用被動(dòng)防護(hù)時(shí)坡面?zhèn)髁τ绊憳蛄憾罩?。方案具體如下：清理滑動(dòng)面；削坡減緩坡度后，在坡面設(shè)置間距3×3 m錨索格梁，錨索長度20 m，錨固段長10 m；并在坡頂設(shè)置截水溝，避免地表水的沖刷，方案示意如圖6所示。

圖6 滑坡處理方式示意圖

同樣采用表1中數(shù)據(jù)，對擬采取的處理方案進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，結(jié)果如表3，為穩(wěn)定狀態(tài)[4]。

表3 處治后穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算結(jié)果表

工況要求安全系數(shù)計(jì)算安全系數(shù)值結(jié)論天然工況1．2—1．31．724穩(wěn)定狀態(tài)極端工況1．1—1．21．251穩(wěn)定狀態(tài)

7 結(jié)束語

本次治理結(jié)果令人滿意，坡體穩(wěn)定，無次生災(zāi)害發(fā)生。在山嶺地區(qū)，為保證橋梁建筑結(jié)構(gòu)安全，對陡坡坡面上或者跨線情況下的墩柱防護(hù)方式需因地制宜，如減緩坡度或者坡頂卸載成本較低、但對地形要求較高，周圍其他影響因素少；坡腳擋護(hù)屬被動(dòng)防護(hù)，需考慮擋護(hù)的穩(wěn)定性及坡面?zhèn)髁蛄航Y(jié)構(gòu)后期的安全影響；主動(dòng)加固處理范圍小，受其他影響因素干擾少，提高了坡面自穩(wěn)性，后期效果較為穩(wěn)定。本文處理方式可供類似工程借鑒。

[1] 史紅旗.淺析高速公路對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響[J].科技與企業(yè)，2014(2)：11-12.

[2] 胡曉.新形勢下高速公路建設(shè)籌融資的現(xiàn)實(shí)研究[J].財(cái)經(jīng)界(學(xué)術(shù)版)，2016(15)：143-144.

[3] 張寧寧.交通部：2016全國高速總里程已突破13萬[EB/OL].[2016-12-28].http://www.360che.com/news/161228/73297.html.

[4] 趙琳，秦柳江.紅層路塹邊坡滑坡成因分析及治理措施[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2012，9(5).

[5] 梁倩.臺(tái)背高填路基作用下軟弱夾層滑移對橋墩樁基礎(chǔ)力學(xué)特性影響分析及其工程技術(shù)研究[D].西安：長安大學(xué)，2016.

[6] 周建明.橋梁或高架渡槽下相鄰墩臺(tái)間新建鐵路路基的處理措施[J].鐵道建筑技術(shù)，2016，(2)：79-83.

[7] 趙立.臨近既有線框構(gòu)橋工作坑開挖防護(hù)及降水方案設(shè)計(jì)[J].鐵道建筑技術(shù)，2014，(增1)：70-76.

Protection analysis on bridge pier at complicated geology position

ZHAOLin

(The 5thEngineering Ltd. Of the 11thEngineering Bureau Of China Railway, Chongqing 400037,China)

Protection measures conducted for bridge piers at steep slope or under other loadings are seen as more important for constructors than ever, considering more and more highways are built in mountainous area with Chinese economy growing. This paper sets out to analyze protection method for those piers based on a practical construction——2# pier of dawei elevated road in Jiangluo highway.

mountainous area; slope;pier; protection

2017-02-17.

趙琳(1984-)，女，工程師，E-mail:19037852@qq.com.

2095-7386(2017)01-0101-03

10.3969/j.issn.2095-7386.2017.01.021

U 443

A