山区桥梁承台悬空防护设计的探讨

2016-06-12曹建伟

工程与建设 2016年1期

关键词：悬空

曹建伟

(安徽宏泰交通工程设计研究院有限公司, 安徽合肥　230088)

山区桥梁承台悬空防护设计的探讨

曹建伟

(安徽宏泰交通工程设计研究院有限公司, 安徽合肥230088)

摘要：山区特定的地形地质条件，导致了山区桥梁不可避免地出现了斜陡坡上桥梁承台悬空的情形，因此会对桥梁基础安全带来安全隐患且景观效果也特别差。针对此类情形，该文提出了数种承台悬空防护的处理方案，并对各个方案进行了具体阐述，最后论文对其各防护方案的适用条件、施工便易性、经济性进行了比较、分析，提出了防护方案选取的原则和方法，为类似工程提供了一定的经验参考。

关键词：山区桥梁；悬空；防护设计

0引言

我国是一个多山的国家，山区面积较大，约占全国国土总面积的70%。我国山区主要分布在东北、西北、西南和东南等地区[1-2]。随着国民经济的发展，特别是在西部大开发战略的推动下，我国高速公路的建设中心也逐渐由东部往西部、平原往山区转移[3]。由于山区高速公路的地形地质复杂，经常地面起伏非常大，故修建桥梁基础时不可避免地需要在陡坡上修建承台结构。考虑到施工方便及减少承台、开挖导致的边坡防护，设计、施工时常常将承台抬高[4]，从而导致承台下悬空，桩基外露，一些特别陡的地形条件下外露基桩长度>10 m，承台悬空如图1所示。

图1　承台悬空示意图

为确保桥梁基础的安全，满足生态设计的需求，需要针对此类情形进行防护设计[5]，论文对承台悬空防护进行了研究，根据不同的地质、地形条件提出了几种比较合适可行承台悬空防护方案，并对各个防护适用的情况进行了归纳，最后对几个方案进行了比较分析。

1防护方案

1.1挡墙+回填碎石土方案

方案1：在承台悬空侧下方修建仰斜式挡墙(或其他型式的能在斜坡上稳定的挡墙)围住承台悬空的所有区域，并在悬空区域内回填压实的碎石土或浆砌片石等材料[1,6]，并以回填的材料顶面作为承台的施工工作面。既方便承台施工，也对承台下外露的桩基进行了防护，保证内外桩基刚度一致，也使承台受力合理，方案详见图2所示。

图2　挡墙土回填碎石土方案

1.2基桩外露+外露基桩增加防裂钢筋网方案

方案2：该方案按基桩外露高度不同又分为两种情形：基桩外露高度H<5 m时，基桩直径内外侧相同；H≥5 m时，内外侧基桩的刚度差值比较大，需要调整内外侧基桩的尺寸：外露的基桩直径比内侧的基桩直径一般需要提高一个级别，如内侧基桩直径为1.8 m，外侧基桩直径取为2.0 m。虽然调整了内外侧基桩的尺寸，但是很难保证内外侧基桩刚度一致，故仍存在受力不均匀的隐患[7]。

具体防护为：基桩外露高度H<2 m时，按常规经验，不做防护处理，基桩直接外露；基桩外露高度H>2 m时，在基桩出露部分混凝土内设置净2 cm保护层厚度的D6钢筋网，防止由于基桩保护层过厚，导致外露基桩混凝土开裂；并在所有暴露在空气中的基桩混凝土外侧涂防腐剂。

1.3注浆钢花管+挡墙+回填浆砌片石方案

方案3：在承台悬空侧下方修建混凝土挡墙围住悬空区域，挡墙基础设置Φ80×4注浆钢花管处理(钢花管处理深度根据地质条件确定，一般需打入岩层内，钢花管间距100 cm×100 cm，梅花形布置)提高地基承载力和挡墙抗滑能力[1,8]。考虑到减少回填材料对挡墙的侧向土压力[9]，在挡墙围起来的悬空区域内回填浆砌片石，回填的平台作为承台施工工作面，本方案属于方案1的另一种型式；其具体方案示意详见图3所示。

图3　注浆钢花管+挡墙+回填浆砌片石方案

1.4片石混凝土回填方案

方案4：对承台下山体覆盖层较薄的情形，可将承台空部分的地面挖成台阶状，台阶高一般可按3 m控制，台阶宽度可在3～5 m左右，然后在台阶上填片石混凝土至承台底标高，回填物最大高度控制在10 m左右，并以回填的片石混凝土作为承台施工平台。

2防护方案适用条件及比较

2.1各方案适用的条件

方案1采用挡墙+回填碎石土，其主要适用于原状边坡坡度<30°、山体覆盖层厚度较薄的地形，且地质条件较好的地段；当坡度>30°时，挡墙的基础埋设困难较大，挡墙基础不经特殊处理很难满足承载力、稳定性等方面的要求；故一般坡度很大一般不推荐采用该方案，此外由于挡墙基础需要一定承载力，如覆盖层较厚，或地基承载力<300 kPa时本方案也不适用。

方案2采用基桩外露+外露基桩增加防裂钢筋网，其适用于各种地形，尤其在悬崖等极陡地形条件中无法采用其他防护措施时；但是考虑到保护外露基桩不受人为、冲刷、滚石、落石破坏，在人较容易接触、河道附近、冲沟沟谷内以及可能受到滚石、落石影响的地形条件下本方案不适用。

方案3采用注浆钢花管+挡墙+回填浆砌片石，其是方案1的优化方案，本方案主要适用于因地质、地形条件的限制，方案1不能适用的情形，如：坡度在30°～60°之间的边坡、覆盖层厚度较厚(厚度不超过10 m的情况)、地基承载力较小的情形。考虑到钢花管的施工处理深度以及施工需要的工作面，对于边坡坡度>60°、覆盖层厚度>10 m的地形、地质条件，本方案不适用。

方案4采用片石混凝土回填，适用于各种地形，尤其在边坡较陡但基岩出露的地形、地质条件更为适用；由于其对地基承载力有一定要求，一般如开挖台阶后，地基承载力<400 kPa，慎用本方案。

2.2方案比较

根据各方案的适用情况、施工便易性、经济性，各方案特性比较详见表1所示。

表1　各方案特性比较表

从表1可以看出，虽然方案2基桩外露+外露基桩增加防裂钢筋网方案施工方便也最为省钱，但是其存在安全隐患、景观效果差，同时对下部结构受力有较大的不利影响[10]，故建议在一般情况下不应优先考虑该方案，其可作为在无可选择其他方案时选取该方案。

对于其余三个方案，应根据地形地质条件依次选择挡墙+回填碎石土方案、片石混凝土回填方案、注浆钢花管+挡墙+回填浆砌片石方案。在某些特殊的情况条件下，如天然边坡坡度>70°，覆盖层较厚，且地基承载力不大于400 kPa的地形地质条件下，采用挡墙+回填碎石土方案、片石混凝土回填方案、注浆钢花管+挡墙+回填浆砌片石方案均无法实施时，可采用基桩外露+外露基桩增加防裂钢筋网方案进行防护，但应确保外露的基桩不受冲刷、落石、滚石的影响[11]；如存在冲刷、落石、滚石影响应做好相应的防护措施，如在承台上方设置拦挡构造物将可能存在的落石、滚石隔离于桥梁的承台及基桩，确保承台、基桩安全；对于可能存在的冲刷，可通过在河流边缘靠桩附近修建防冲刷措施或将河道改移出基桩范围外以保证外露桩基的安全。

3施工注意事项

除基桩外露+外露基桩增加防裂钢筋网方案基本不需要对原状山体进行开挖外，其余防护方案均需对边坡进行开挖施工；由于该类防护一般均在较陡的边坡上，开挖施工可能导致原状边坡失稳，从而不但导致防护工程无法开展，而且会由于边坡的滑移剪切基桩，从而影响基桩的安全稳定。故在进行防护施工时应小心开挖，避免在雨季开挖施工面。此外施工时，注意对开挖面观测，防止防护开挖施工导致边坡坍塌影响桥梁基桩或承台的安全性。对于可能存在坍塌风险的开挖面应做好临时防护措施，确保填料回填前边坡的稳定；对于开挖的施工面应按设计要求及时回填到位，减少因开挖造成的临空面长时间存在而导致的边坡坍塌风险。

防护措施为附属设施，故建议在桩基成孔、浇注混凝土并接长至设计承台底标高且混凝土强度达到设计要求后，再进行防护施工。

对于挡墙+回填碎石土方案、注浆钢花管+挡墙+回填浆砌片石方案，施工时应对回填物分层压实或填筑，夯实应采用小型机械或人工夯实，尽司能不采用大型机械压实，并确保回填物密实；桩间填料回填时应对称回填，不可因为施工方便单向回填而导致回填物测压桩基，对桩基造成不利影响；回填填料时应密切观测外围挡墙的受力，并观测拦墙是否存在位移，如挡墙发生侧向滑动应立即停止施工，并对挡墙基础加固处理后再做回填施工。

基桩外露+外露基桩增加防裂钢筋网方案施工时应确保保护层厚度满足设计要求，且增加的防裂钢筋网应伸入实际地面线以下至少50 cm，防止交界面保护层厚度不够而导致混凝土开裂。

4结束语

本文针对山区特定的地形地质条件，导致的山区桥梁出现的斜陡坡上桥梁承台悬空的情况，提出了数种承台悬空防护处理方案，对各个方案进行了具体阐述，并对其适用条件、施工便易性以及经济性进行了比较、分析，并据此分析了方案选择的原则，最后对防护施工中应注意的事项进行了说明，对同类项目的设计、施工具有一定的指导意义。

〔参考文献〕

[1]JTG/T F50-2011,公路桥涵施工技术规范[S].

[2]JTG D30-2015,公路路基设计规范[S].

[3]JTG D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[4]冯冰华.大体积悬空承台施工技术[J].国防交通工程与技术,2010(4):46-48.

[5]吴潇潇.山区桥梁桥台方案变更设计探讨[J].交通标准化,2008(4):131-134.

[6]李旭光,叶尚其,邬贵全.滑坡地区桥梁病害原因分析与对策研究[J].西南公路, 2006(3):38-45.

[7]唐志,龙万学.贵州山区高速公路复杂地质条件桥梁基础设计[J].中外公路, 2014,34(5):138-142.

[8]殷坤宇.山区陡坡桥梁桩基施工标准化技术研究[D].西安:长安大学，2012.

[9]张永杰,李侑军.高陡斜坡作用下群桩基础设计计算方法[J].中国公路学报, 2014,27(10)：84-92.

[10]李东文.京沪高速铁路济南黄河大桥下部结构施工技术[D].成都:西南交通大学,2005.

[11]杨承刚.浅谈宜万铁路山区桥梁基础设计[J].科技信息, 2008(27)：312-313.