公路桥梁方案与路基方案的分析与比选

王晋斌

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）

1 概述

某路基宽度为26 m的双向四车道高速公路，在K21+100—K23+668段地处山区，地貌单元内地形起伏变化较大，沟壑纵横，初步设计阶段该路段内设置3座桥梁跨越深沟，分别为K21+455一号中桥：3-25 m连续箱梁桥，桥位处最大填土高度22.9 m，桥位处设计流量为12 m3/s，桥梁设置由地形控制；K22+350一号大桥：6-25 m连续箱梁桥，桥位处最大填土高度30.2 m，桥位处设计流量为9.8 m3/s，桥梁设置由地形控制；K22+613二号大桥：6-25 m连续箱梁桥，桥位处最大填土高度29.6 m，桥位处设计流量为8.7 m3/s，桥梁设置由地形控制。

施工图设计过程中，此合同段内箱梁考虑集中预制，预制梁场设在K18+615处路基左侧，上述3座桥梁，箱梁运距较长，同时原设计运输便道内新建一座超限检测站，通过难度较大，且此3座桥梁桥下施工作业面狭窄，吊装无法展开。若利用架桥机架设，必须等路基土石方工程完成后才能进行，工期延长，业主方对工期又提出了严格要求。

为方便施工，缩短工期，经现场调查并进行地质钻探后，通过调整K21+100—K23+677段路基纵坡，降低桥位处的填土高度，优化取消该路段3座桥梁，设置涵洞后改为路基形式通过，并经过验算保证去桥后路基稳定性满足设计规范要求。

2 桥梁改路基后稳定性计算

通过调整局部路段纵坡，K21+455一号中桥最大填方中心高由原22.9 m降至22.4 m（K21+445处），最大边坡处填高29.34 m（K21+460处），去桥后在K21+445处设置1-4×3.5 m钢波纹板通道兼排水。

K22+350一号大桥降坡后最大填方中心高由原设计30.2 m降至22.89 m（K22+330处），最大边坡填高26.4 m（K22+350处），去桥后在K22+310处设置1-4×4 m钢筋混凝土盖板通道兼排水。

K22+613二号大桥降坡后最大填方中心高由29.6 m降至21.35 m（K22+603处），最大边坡填高25.26 m（K22+613处），去桥后在K22+620处设置1-4×4 m钢筋混凝土拱通道兼排水。

现选取K22+350一号大桥做稳定性分析计算。

2.1 调坡后工程概况

一号大桥原设计大桥范围为K22+275—K22+425段，此路段位于半山腰和沟中，属纵、横向陡坡路段，降坡后最大填方中心高由30.2 m降至22.89 m（K22+330），最大边坡填高26.4 m（K22+350），地表0～10 m厚为Q2黄土，下为强风化泥岩与砂岩互层，K22+538处岩层产状290°∠5°，视倾角2.0°。

2.2 高路堤稳定性计算

选用最不利横断K22+357处横断面作为路堤堤身稳定性的典型计算断面；选用K22+350处横断面作为路堤沿斜坡地基稳定性的典型计算断面。利用理正岩土计算软件，采用简化Bishop法和不平衡推力法进行分析计算。根据《公路路基设计规范》表3.6.11高路堤与陡坡路堤稳定安全系数表中规定[1]，路堤堤身稳定性、路堤和地基的整体稳定性采用简化Bishop法，正常工况下安全系数取1.35，非正常工况I取1.25；路堤沿斜坡地基的稳定性采用不平衡推力法，正常工况下安全系数取1.30，非正常工况I取1.20。

2.2.1 路堤堤身稳定性验算

路基段设计方案：填方边坡0～8 m，坡率采用1∶1.5；8～20 m，坡率采用1∶1.75；大于20 m时每10 m设一级2 m宽平台，坡率采用1∶2.0。

根据一号大桥地质钻孔的试验资料及类似填料的经验参数，采用简化Bishop法搜索最危险滑动面，计算安全系数。计算简图见图1，计算结果见表1。

图1 堤身稳定性验算计算简图

表1 路堤堤身稳定性计算结果汇总表

2.2.2 路堤沿斜坡地基稳定性验算

根据类似填料的经验参数，采用不平衡推力法，分别计算不同工况下的剩余下滑力，若剩余下滑力小于0，则边坡稳定安全系数大于1.30（1.20）。计算简图见图2，计算结果见表2。

图2 路堤沿斜坡3稳定性验算简图

表2 路堤沿斜坡地基稳定性计算结果汇总表

验算结果表明，二号大桥桥改路堤后，如果填料的快剪力学性质可以满足计算所取用的参数，稳定性可以满足规范要求。

2.3 工程措施

a）通过选取典型断面和经验参数对桥改路后的路堤进行稳定性验算，填料正常工况：γ=18.6 kN/m3、C=35 kPa、φ=23°；非正常工况I：γ=19.8 kN/m3、C=30 kPa、φ=21°。滑动面正常工况：γ=18.6 kN/m3、C=12 kPa、φ=20°；非正常工况I：γ=19.8 kN/m3、C=10 kPa、φ=19°。路堤的稳定性均满足规范要求。

b）路基位于沟谷纵横向陡坡路段，由于该段高填路基局部地表覆盖1.0 m厚Q2dl土层,为了保证路基的稳定性，需将该覆盖层清除后碾压密实，然后再开挖台阶填筑路基。

c）地面横坡陡为1∶5时，原地面开挖2～4 m宽的台阶，台阶底应有4%向内倾斜的坡度，其中K22+350—K22+390段陡坡开挖4 m宽台阶，其他段落开挖2 m台阶。

d）对地表为黄土的路堤清表后进行强夯，为保证路基压实度及减少工后沉降，对于填土高度大于20 m的路基范围，每填筑6 m强夯一次[2]，同时要求高填土范围内的压实度在规范要求的基础上增加1%。

e）在K22+350—K22+390段右侧坡脚设3 m高M7.5水泥砂浆砌MU30片石护脚；路堤坡面采用拱形骨架+植草防护；路堑坡面采用2 m护面墙+植草防护。

f）需增加平台排水沟、填方路基边坡急流槽、边沟急流槽、拦水带、边沟、盲沟及过水槽等相应的排水设计。

3 路基与桥梁费用对比分析

改路基后造价对比见表3。由表3可以看出，采用路基方案比采用桥梁方案的建安费节省约1 578万元，路基方案需增加永久占地约23亩以及拆迁一些附属的建筑物，但可以大大加快施工进度，减短施工周期。综合比选，采用路基方案优于桥梁方案。

表3 桥梁与路基费用对比表

4 结语

通过本文在设计过程中的以路基替代桥梁为例，对采用路基方案后的最不利断面进行了计算与分析，并通过一定的工程措施保证了高填路基的稳定性。综合考虑多种因素，采用路基方案更为合理。通过本文的对比可知，在地基相对稳定及不占用基本农田的情况下，公路建设过程中采用路基方案会更具优势并节约造价。