不良地质灾害与桥涵结构选型关系的探讨

文/中国公路工程咨询集团有限公司 丁义馨交通运输部科学研究院 马新 闫瑾

不良地质灾害与桥涵结构选型关系的探讨

文/中国公路工程咨询集团有限公司 丁义馨
交通运输部科学研究院 马新 闫瑾

云南地处低纬高原，地理位置特殊，地形地貌起伏大，地质构造复杂，给设计带来了空前的难度。本文以云南昭通至四川乐山高速公路项目（简称“昭乐高速公路”）串丝至佛耳岩段为依托，探讨不良地质灾害地区的桥梁选型选址问题。

项目特点

昭乐高速公路串丝至佛耳岩段，起于昭通市盐津县串丝乡，与银（川）昆（明）高速公路在串丝服务区南相接，路线终点位于云南省绥江县佛耳岩，与四川成（都）丽（江）高速公路屏山新市至金阳段高速公路新市支线跨金沙江特大桥云南岸相接。

该项目的最大特点是桥隧比高、地质条件复杂：全线桥隧比高达85%，桥涵结构物主要为跨越河流、道路、横向陡坡、山间凹地、沟谷（尤其是呈“U”形、“V”形、“W”形的丘峦沟谷）而设，相对于线位高程，许多沟谷深度约达50m至60m；全线桥梁桥位处地质条件一般，孔跨布置及标高基本不受洪水位控制；部分桥梁场地狭窄险峻，交通运输条件不便，施工组织困难大。

全线桥隧交替相连，高墩桥梁多。大桥及中桥的桥型选择、桥长拟定及孔跨布置，主要根据桥位处路线走向、地形地质、河（沟）床特征、施工和养护条件，桥梁、涵洞设计遵循按照“技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理”的公路设计基本原则，充分吸收符合山区桥梁建设的新理论、新材料、新工艺。

全线桥梁多为峡谷桥梁、纵横向地势陡峭，桥墩难以立足，同时桥墩施工工作面开挖会带来大规模滑塌；地势平缓区多为崩坡堆积体，易坍塌，墩台工程安全性受影响；两侧峡谷多危岩落石，有掉落危险，因此，该项目的桥梁设计，地质因素为其中较大的控制因素，局部情况下会影响桥梁方案的选择。

不良地质灾害对桥梁选型的影响

在设计该项目桥梁方案时，除了常规的桥梁布设控制因素以外，还需要充分考虑桥涵构造物可能引发的不良地质问题，以及工程地质次生灾害对工程安全的影响，采用合理的桥梁结构形式、综合防护支挡措施，降低工程安全风险，保证施工期间及后期运营的工程安全。因此，需要明确各种不良地质灾害对桥梁结构安全的影响。

滑坡

滑坡对道路安全有较大影响，因此，路线线位选择时应避让滑坡，尽量沿滑坡后缘地带经过，减少对桥梁的影响。

崩坡堆积体

路线沿线分布有较多崩坡堆积体，公路切坡后坡体上的崩坡堆积体受到扰动且形成临空面，容易在暴雨等不利因素的影响下发生滑动变形，对公路未来运营有安全隐患。对该类型路段的桥梁，首先要避免对原地表过度开挖，以减少对崩坡积体的扰动，避免诱发其滑动，应适当延长桥梁长度，降低桥台高度，采用柱式台，在满足冻深、冲刷等要求下降低承台、系梁的埋置深度，采用桩基础，以减少对原地表的开挖；其次，要加强地质调查和工点勘测工作，探明崩坡堆积体范围、厚度，设计时应重视基础设计，加长桩长，保证桩基进入稳定岩层一定深度。

危岩落石

路线范围内有多处危岩段落，现状整体处于欠稳定-基本稳定状态，危岩体在地震、自重、后壁静水压力的作用下可能发生倾倒、坠落、掉块等破坏，现场踏勘发现，危岩段落地表有大小不一的落石存在，也证明了其危害性。由于危岩段落多属于横向山体陡峭路段，需设置桥梁通过。经过对区域内现有高速公路的调查了解，运营期间危岩落石砸断桥梁时有发生。故在桥梁方案和结构形式上做出针对性方案，以减少对其的危害。首先，通过路线平面调整，加大桥梁与危岩横向间距；其次，上部结构形式推荐采用简支体系，便于后期换梁、维修；再次，结合防护设计，根据地形对桥梁通过段设置拦石墙及被动防护网等措施，以降低或减少危害。

顺向坡

区域内顺向坡的岩性以砂岩、泥岩、页岩为主，互层及差异性风化，在开挖后形成临空面，有上路堑整体滑动的危险。对深入顺层挖方路堑段的桥梁有一定危害，在设计时需结合路基防护统一考虑，放缓边坡坡率，对桥头段设置上支挡及加固措施。

断层

当路线经过断层为非活动断层带时候，断层带岩层一般风化较为严重，岩体较为破碎，同时地下水发育，此种状况应避免设置墩台，尽量将桥台布置与断层同一盘，首选下盘，当路线走向无法避让断层时，采取大跨径跨越方式，同时采用结构简支体系，这样处理断层对桥梁结构安全影响基本较小。

不良地质区域桥梁设计方案对策

在充分明确各种不良地质灾害对桥梁工程安全危害之后，应根据其具体特点有针对性地选择合理、有效、经济的处理措施，综合采用加大跨径、合理选择桥台形式、上部结构形式、增加支挡设施等措施方式予以处理。

首先，桥梁的方案布设一定要结合路线走向，地质条件、地形条件综合选择，对于跨断层带及危岩区的桥梁，首选结构简支体系，由于该类体系属于静定结构体系，吸收桥墩变形能力较大，不会引起次内力，后期养护方便，若发生落石砸坏上部结构，更换上部梁体较连续体系结构方便。在此项目中，干溪沟大桥桥头在隧道施工中，发生地表开裂情况，该桥采用了简支体系。对于位于崩坡堆积体范围内的桥梁，桥墩首选实体墩，以提供较强的抗撞击能力，保证落石击中下桥梁的安全；桥台尽量选用坐板台，加大抗滑移能力。

其次，针对不同的地质灾害类型，细化结构设计，位于崩坡堆积体的桥台，填高按不高于6m控制，避免使用柱式台，但是对于位于填方区的桥台可采用柱式台，结合该项目经验，对于横向地形高差大的桥台，推荐使用扶壁式桥台，可以有效适应地形高差。

在进行桥墩设计时候，需根据横向地势的高差，合理设计系梁。位于上坡上的墩台，不宜采用肋板式台，为减少开挖系梁、承台适当抬高脱空部分应加强，桩到基岩边的净距大于桩基直径，柱高按基岩边的净距大于桩基直径处计算。

桥梁下部结构在桥墩高度小于30m时可采用圆柱墩，圆柱式桥墩的桩柱结合部当桥墩大于5m时设置底系梁，水中桥墩系梁底面一般宜设在低水位以下50cm处，岸上系梁顶面宜位于地表面附近处，以方便施工。

对于横向地面高差较大的桥墩，不设置桩顶系梁，左右墩顶标高分开独立确定，按照高处桩顶，直接设置墩柱系梁(见图1)。

图1 横向地面高差较大的桥墩设置图

再次，需要加强桥墩、桥台基础设计，摩擦桩一般可不采用通长配筋，主筋的截断位置可根据实际情况具体确定；但位于崩坡堆积体处的桥梁若采用摩擦桩应选用通长配筋，提高桩基强度，桩身长度应穿过液化土层和软弱土层，进入稳定层的深度不应小于4倍桩基直径。

最后，加强与路基专业的设计沟通，在通过地势陡峭、不稳定区域的桥梁。首先进行清表，采用锚杆框架梁、锚索框架梁、抗滑桩、护面墙等支挡方式，桥梁施工先稳定边坡后。基坑开挖的坡率需由路基专业确定，特殊情况下需进行工点验算。该项目在设计过程中，全过程与路基专业配合，对全线不良地质设置桥梁段落，均进行了加固。