探讨工程地质信息在桥梁设计中的应用

车昕哲

（广东中天市政工程设计有限公司贵州分公司）

探讨工程地质信息在桥梁设计中的应用

车昕哲

（广东中天市政工程设计有限公司贵州分公司）

结合已有的工作经验来看，道路桥梁工程涉及到的施工范围较广，多数情况下需要跨越江河，施工地质条件大多比较恶劣，环境变化明显。本文结合具体工程案例，通过“工程地质信息在桥梁设计中的应用”课题的探究，分析到我国公路桥梁在设计方面的工程地质信息方面对桥梁安全性及耐久性的影响意义。

工程地质信息；桥梁设计；应用分析

引言

工程地质信息在桥梁设计中的应用属于一项系统化的工作，不能一蹴而就，需要从多方面进行完善，比如对设计的准备工作进行强化、提升设计人员质量意识、努力提升维护水平以及做好施工管理的强化工作等。

1　桥梁软弱地基的主要特征分析

①较高的孔隙比与天然含水量。软弱地基的孔隙比以及天然含水量相对较高，一般情况下软弱地基土体的天然孔隙比介于1～2之间，天然含水量也相对较高，例如较常见的淤泥以及淤泥质土的含水量均超过50%以上。②软弱地基土体的压缩性较高。软弱地基土体的压缩性较高，通常能达到0.5～1.05MPa左右，如果桥梁基础直接建设在这些软弱地基土体上，会造成桥梁主体结构严重的不均匀沉降，造成主体结构的开裂破坏。④软弱地基土体的透水性差。虽然一般软弱地基土体的含水量均相对较高，但是软弱地基土体的透水性却非常差，一般渗透系数都在1mm/d以下，所以如果软弱地基土体受到荷载作用后，由于孔隙水压较高，仍然难以实现压密固结。⑤软弱地基土体的抗剪强度非常低。软弱地基土体的无侧限抗剪强度一般在30kN/m2以下，抗剪性能非常低，不排水剪切试验条件下的内摩擦角接近为零，固结快剪试验条件下的内摩擦角在5～15°左右。⑤具有触变性。软弱地基土体大多呈絮凝状的结构性沉积物，如果遭受扰动破坏，结构强度会迅速降低，甚至是丧失，软弱地基的这一触变性导致地基在承受荷载尤其是振动荷载以后，很容易出现侧滑、沉降等问题。⑥流变性。软弱地基土体在荷载的持续作用下，变形会出现逐步增加的变化，造成这些软土地基的长期强度远远小于瞬时强度。

2　湿陷性黄土地基

湿陷性黄土即具有强烈的结构性欠压密土，黄土浸水后在土的自重或者外荷载的作用下会发生下沉的现象即为湿陷。黄土湿陷的现象是一个复杂的地质物理和化学过程，其湿陷机理比较公认的说法为黄土浸水后胶结物质发生的物理和化学反应，促使结构的强度降低。黄土湿陷条件是指黄土中存在的孔隙直径不小于周围颗粒直径的架空结构，与本身的孔隙比和含水率等土的物理性质有关。天然孔隙比越大或者天然含水率越小，其湿陷性越强。

湿陷性黄土地层易造成桥梁桩端地基的破坏、桩身失稳、桥墩不均匀沉降，对桥梁使用安全影响较大。因此，在山区湿陷性黄土地区进行桥梁设计时，桩基础设计应慎之又慎，应根据施工的具体场地、施工周期、专业管线、湿陷等级以及经济等要求做出合理的决策方案。

3　工程实例设计

3.1工程概况

某一桥梁中心桩号位于主线K8+988.38处，桥梁全长为331.68m，在上跨南内环东街路口处采用35m+50m+35m变截面预应力混凝土连续梁，其余采用3×35m（变接截面连续梁两侧各一联，共2联）等截面预应力混凝土连续梁，桥梁宽度23.5m，桥墩采用带横梁双立柱桥墩，基础均为承台配桩基，桥台采用桩接盖梁形式。

根据野外钻探揭露的地层情况结合区域地质资料总体研究，这次勘察深度范围内场地地基土成因类型及沉积时代自上而下依次为：第四系全新统人工堆积层（Q2ml4），第四系全系统冲洪积层（Q1al+pl4），第四系上更新统风积层（Qeol3）、第四系上更新统冲洪积层（Qal+pl3），第四系中更新统冲洪积层（Qal+pl2），本次勘察未揭穿。岩性以人工填土、粉土、湿陷性黄土、粉质粘土、圆砾、砾砂为主。本桥下部桥墩标准基础采用承台配桩基，桩基础均按摩擦桩设计，桩径1.5m。3×35m等截面预应力连续箱梁结构桥墩基础承台尺寸为10.3m（横桥向）×10.3m（纵桥向）×2.5m（度），承台下桩基为3排9根φ1.5m的桩基，采用钻孔灌注桩，桩间距为3.9m。标准跨桥墩布置图如图1所示。

3.2桩基基础设计

方案一：先采用素土挤密桩处理湿陷性黄土，处理完检验湿陷性完全消除后再施工桩基础。处理示意图如图2所示。方案二：工期紧时，采用不预先处理地基，设计可直接加长由于湿陷引起的桩长。

3.3经济比较

以单个承台下桩基造价进行比较。经计算素土挤密处理后桩长为55m（素土挤密桩处理长度10m），不处理直接加长桩长为75m。混凝土灌注桩综合单价1500元/m，素土挤密桩综合单价22元/m。

图1　标准跨桥墩布置图

图2　桥墩素土挤密桩平面布置图

方案一：9×55×1500+441×10×22=83.95万元。

方案二：9×75×1500=101.25万元。

3.4方案比选

相对而言，方案一造价相对低，但施工周期长，施工噪声大、振动大，在公路中运用相对多，市政工程由于各种市政管线的影响有时候受制约；方案二缩短施工周期，但造价大、桩长加长施工中易塌孔。

4　完善道路桥梁设计的措施

4.1对道路桥梁设计方案进行合理优化

在对设计方案进行综合比选的过程当中，需要将对道路桥梁主体结构的分析作为第一工作内容。根据道路桥梁工程项目在社会层面，经济层面，以及文化层面的不同要求，进行设计控制，以确保设计方案的合理性与经济性。根据所提供的多个备选方案，从施工技术的可行性，人员配置，操作便捷性，工期，施工工艺，以及经济性等多个方面入手，综合优选各方面条件最佳的施工方案，从而确保路桥项目施工的顺利开展以及其建设质量的理想与安全。结合我国实际情况来看，当前主要涉及到的桥梁结构形式有标准跨度以及大跨度两种类型，通过对造价、装配以及施工难度的对比，建议以标准跨度为首选结构设计方案。

4.2对道路桥梁设计阶段进行系统质量控制

道路桥梁施工作业的开展是以设计方案为依据所展开的，因此设计方案中的具体内容与参数都可能影响到桥梁结构的整体安全性。为了确保其质量理想，设计人员需要在展开对道路桥梁设计工作的过程当中，以设计方案符合现行设计标准与规范为首要关注内容，同时积极展开研究创新，确保设计方案的先进性。同时，在设计人员进行创新的过程中，可根据道路桥梁工程建设的实际情况，评估新型技术，新型工艺，以及新型设备的成熟度，将其与传统技术、工艺、设备相结合，在优化设计施工质量的同时，确保设计施工全程的安全性。

5　结束语

除此之外，笔者认为，还需要积极主动借鉴国外丰富的设计经验与成熟的设计成果，与国外公路桥梁设计优秀企业进行合作交流，学习他们先进的设计理念与设计技巧，并将其融入到我国公路桥梁设计过程中，取长补短，使我国公路桥梁设计更加优化，进一步使我国公路桥梁设计的安全性以及桥梁耐久性得到有效强化，最终为我国公路桥梁建设事业的发展起到推波助澜的作用。

[1]谭涛.关于公路桥梁设计中的安全性与耐久性的探讨[J].科技传播，2013，03：44～45.

[2]赵逵.桥梁设计中的安全性和耐久性研究[J].中国新技术新产品，2011，04：151～153.

[3]洪彭文.桥梁设计中的安全性和耐久性研究[J].价值工程，2011，34：69～ 72.

U442.5

A

1673-0038（2015）19-0230-02

2015-4-20