岱家灣大橋改高填方設(shè)計(jì)

1、岱家灣大橋改高填方設(shè)計(jì)第35卷,第5期2010年10月公路工程highwayengineeringvoi.35,no.50ct.2010岱家灣大橋改高填方設(shè)計(jì)鄭鳳曲,甘磊,王可君,于大濤(中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖北武漢430056)摘要高速公路設(shè)計(jì)將橋梁改成高填方,需注意高填方路堤的穩(wěn)定性,排水方案,施工難易程度及工程造價(jià).本文結(jié)合施工現(xiàn)場實(shí)際情況,通過岱家灣大橋改高填方設(shè)計(jì),據(jù)此啟發(fā)在高速公路設(shè)計(jì)中,可結(jié)合具體情況在部分路段采用高填方設(shè)計(jì)代替橋梁,起到消化廢方,降低工程造價(jià)的效果.關(guān)鍵詞高填方;穩(wěn)定性;工程造價(jià)中圖分類號(hào)u442.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼b文章編號(hào)16740610(2010

2、)05009805thedesignofthedaijiawanbridgechangetohighfillingzhengfengqu,ganlei,wangkejan,yudatao(ccccsecondhighwayconsultantsco.,ltd,wuhan,hubei430056,china)keywordshighfilling;stability;thecostofconstruction1工程概況及工程變更原因1.1原設(shè)計(jì)橋梁介紹及改路所在區(qū)域工程概況國家重點(diǎn)公路杭州至蘭州線重慶巫山至奉節(jié)段a8合同段原設(shè)計(jì)岱家灣橋梁橋址位于巫山縣兩坪鄉(xiāng)朝元村,溪溝村境內(nèi),為左右分離式橋(見

3、圖1圖4).后退方向接大風(fēng)口隧道出口,前進(jìn)方向接申家坡隧道進(jìn)口,橋址區(qū)屬構(gòu)造溶蝕,剝蝕灰?guī)r深切谷地斜坡地貌區(qū),地表為緩陡相間的折線型斜坡,總體坡向nww至n,斜坡上部延伸至渝巴公路,坡頂?shù)孛鏄?biāo)高在900m左右,坡麓溪溝地面標(biāo)高在400m左右,相對高差500in,切割深度大.原設(shè)計(jì)橋梁橋址處于區(qū)域斜坡的下部近坡麓地段,坡面植被不發(fā)育,生長少量灌木.橋址區(qū)發(fā)育兩條v型沖溝(總體流向分別為w,nnw,寬1530113)交匯于ykl7+640左右,而后向北流向溪溝,橋梁右線3次跨越?jīng)_溝,左線1次跨越?jīng)_溝,橋軸線經(jīng)過地段地面標(biāo)高在486550ill之間,相對高差64iti;東西兩端橋臺(tái)均位于沖溝岸坡之上

4、,右線東橋臺(tái)區(qū)(火燒庵端)斜坡坡向220,自然坡度約45.,西橋臺(tái)區(qū)(巫山端)斜坡坡向75.,自然坡度約55.;左線東橋臺(tái)區(qū)(火燒庵端)斜坡坡向355.,自然坡度約30.,西橋臺(tái)區(qū)(巫山端)斜坡坡向75.,自然坡度約40.線路右側(cè)山坡上分布較多居民點(diǎn).原設(shè)計(jì)橋梁橋址區(qū)大地構(gòu)造處于新華夏系第三隆起帶和第三沉降帶之結(jié)合部位,為四川沉降褶皺帶之川東褶皺帶的一部分.主要構(gòu)造形跡展布方向?yàn)楸睎|,北東東向,區(qū)域內(nèi)褶皺主要為巫山向斜,齊耀山背斜和巴務(wù)河向斜,齊耀山背斜兩側(cè)次級褶皺發(fā)育,呈左行雁行式排列.原設(shè)計(jì)橋梁右線平面位于r一4500的左偏圓曲線線上,縱面位于r=90989.4m的凹曲線上和縱坡為一2.3

5、%的直坡段上.橋梁全長274.08m,起止樁號(hào)為ykl7+442.96ykl7+717.04,上部構(gòu)造采用930in預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)t梁,先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)或連續(xù)剛構(gòu).全橋一聯(lián);下部構(gòu)造橋墩采用柱式墩配樁基礎(chǔ),橋臺(tái)采用u臺(tái)配擴(kuò)大基礎(chǔ).原設(shè)計(jì)橋梁左線平面位于r一3200的左偏圓曲線上,縱面位于r=58000m的凹曲線上和縱坡一2.5%的直坡段上.橋梁全長157.08m,橋梁起止樁號(hào)為zkl7+496.46zkl7+653.54上部構(gòu)造采圖1正面為路線反方向洞口為大風(fēng)口隧道收稿日期】20100317作者簡介鄭鳳曲(1980一),男,湖北潛江人,工程師,主要從事高速公路勘察設(shè)計(jì).第5期鄭鳳曲,等:岱家

6、灣大橋改高填方設(shè)計(jì)圖2a7標(biāo)大風(fēng)口隧道y線出口右側(cè)沖溝圖3a8標(biāo)申家坡隧道z線進(jìn)口左側(cè)沖溝圖4a8標(biāo)申家坡隧道進(jìn)口橋臺(tái)下方不穩(wěn)定陡坡用5x30m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)t梁,先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù),全橋一聯(lián);下部構(gòu)造橋墩采用樁柱式墩配樁基礎(chǔ),橋臺(tái)采用樁柱式臺(tái).1.2工程變更原因根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及結(jié)構(gòu)計(jì)算,原設(shè)計(jì)橋梁方案是合理的.由于大風(fēng)口隧道和申家坡隧道大量廢方存在環(huán)保及水土流失問題的隱患,且目前現(xiàn)場存在棄土與橋梁施工發(fā)生沖突,橋梁施工與棄土綜合組織較難;另外橋梁終點(diǎn)處橋臺(tái)落在申家坡進(jìn)口陡坡處,橋臺(tái)下方需要進(jìn)行治理,由于坡體太陡,高度近50in,防護(hù)施工相當(dāng)困難.從盡量較少工程施工難度,盡量避免今后運(yùn)營安全隱患

7、,盡量降低工程綜合造價(jià)及有利工程施工進(jìn)度各方面綜合考慮,提出將橋改為高填方的方案.經(jīng)研究,將該橋改為路基有如下優(yōu)勢或優(yōu)點(diǎn):可解決大量廢方問題及施工難度.改為路基后,該段能解決60萬廢方,另外可有效避免橋梁施工與棄土沖突問題.可將縱向沖溝兩側(cè)山體連接,反壓坡腳能提高對兩側(cè)山體穩(wěn)定性.能免去加固隧道進(jìn)口橋臺(tái)處陡坡治理及增強(qiáng)隧道仰坡整體穩(wěn)定.改為填方路基后,能起到對隧道處陡坡極好的反壓作用,另外從現(xiàn)場情況來看,洞口附近曾發(fā)生過坍塌,若改為填方路基,能有效起到提高隧道洞口處整個(gè)坡體的穩(wěn)定性.能有效加快施工進(jìn)度.初步估計(jì)此處做填方路基能將施工周期縮短至少5個(gè)月.可降低綜合工程造價(jià)約300萬元(含減少隧道

8、洞口橋臺(tái)處治理和棄土場相關(guān)費(fèi)用等).另外,將橋改為路基有2點(diǎn)不利因素或難度:其一,將橋改為路基后引起ykl7+665ykl7+705段路基穩(wěn)定問題,不過本次設(shè)計(jì)采用棄土反壓,解決了路基側(cè)向穩(wěn)定問題;其二,由于填方較高,路基完成后若直接鋪設(shè)路面,因沉降問題會(huì)使路面發(fā)生開裂破壞,因此需采取先鋪設(shè)臨時(shí)路面,待路基沉降達(dá)到規(guī)范要求后再鋪設(shè)永久性路面.2水文情況及改填方后的處理方案2.1水文資料將岱家灣橋改為路基,此處水文問題非常關(guān)鍵.岱家灣處原構(gòu)造物在a7合同段ykl7+284處設(shè)有24x3.5m涵洞,主要排出起點(diǎn)段大風(fēng)口隧道y線右側(cè)沖溝流水,根據(jù)調(diào)查及水文計(jì)算,此處匯水面積3.94km.,流量p1=

9、51m/s;橫向沖溝(申家坡隧道進(jìn)171處)匯水面積為5.8km,流量為81m/s,短時(shí)暴雨流量大.2.2改填方路基后水文解決方案對于申家坡隧道進(jìn)口處橫向沖溝,采用244.0箱涵進(jìn)行排水.鑒于沿路線縱向改溝涉及原設(shè)計(jì)橋梁后接路基部分,因而將研究范圍從橋梁起點(diǎn)向后擴(kuò)展到y(tǒng)kl7+300路基處.取消原設(shè)計(jì)大風(fēng)口隧道出口y線處24x3.5蓋板涵,直接在y線右側(cè)向下開挖底寬4m,高5m的改溝,改溝左側(cè)坡率設(shè)1:1,右側(cè)坡率設(shè)1:1.25,將原設(shè)計(jì)挖方邊坡向右擴(kuò)展,適當(dāng)調(diào)整邊坡坡率和防護(hù)形式,改溝排出沖溝水一直引人前方申家坡隧道進(jìn)口沖溝處棄土場上排水溝,流人棄土場外,從自然沖溝排走.改溝縱坡要求不小于2

10、%.3高填方路基穩(wěn)定性研究計(jì)算剖面的確定.選取典型剖面(ykl7+680)進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算,剖面模型見圖5.計(jì)算參數(shù)的確定.l00公路工程35卷圖5穩(wěn)定性計(jì)算剖面在相關(guān)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合鄰區(qū)經(jīng)驗(yàn)類比與建筑邊坡技術(shù)規(guī)范(gb503302002)邊坡力學(xué)參數(shù)中有關(guān)參數(shù)值的有關(guān)規(guī)定綜合確定其計(jì)算參數(shù)(見表1).計(jì)算工況的確定.考慮路基邊坡區(qū)域可能遇到的各類情況,特別是最危險(xiǎn)的情況,由于區(qū)內(nèi)基本地震烈度為6度,不考慮地震影響,故綜合確定計(jì)算工況:自重+暴雨.表1巖土體物理力學(xué)指標(biāo)安全系數(shù).路基治理的保護(hù)對象為高速公路,根據(jù)公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(jgtd302004)第7.2.2條第1款有關(guān)規(guī)定,計(jì)算時(shí)安

11、全系數(shù)在自重+暴雨下取1.30.穩(wěn)定性計(jì)算公式.采用圓弧滑動(dòng)法進(jìn)行計(jì)算.圓弧滑動(dòng)法宜采用瑞典條分法,其穩(wěn)定性系數(shù)通用計(jì)算公式為:k=?icil+(wco,gotfqsinotu)tantpiir.wsinotf+qz式中:為垂直荷載,包括土條自重和其上部的建筑荷載.其中,自重可將其分為兩部分,地下水位以上用濕容重計(jì)算,設(shè)為w1;地下水位以下用飽和容重計(jì)算,設(shè)為.其它垂直荷載,設(shè)為p.假設(shè)自重的作用線通過條塊寬度的中心線;q為水平荷載,包括水平孔隙水壓力和其它水平荷載,向剪切面的出口方向?yàn)檎?u為剪切面上的孔隙水壓力的合力,與剪切面正交;z為水平荷載q作用線距滑弧圓心.的垂距;c,為剪切面抗剪強(qiáng)

12、度(有效應(yīng)力指標(biāo));r滑弧半徑;li為土條底面長度;為土條底面傾角.穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果分析.經(jīng)計(jì)算改路后路堤穩(wěn)定性系數(shù)為1.531>1.30,路基安全,滿足規(guī)范要求.4路基沉降問題研究由于設(shè)計(jì)考慮清除地表碎石土層,清除表層土后,基底為各方面指標(biāo)較高的完整灰?guī)r,路基填筑廢方硬質(zhì)灰?guī)r.總體沉降可控制在設(shè)計(jì)要求允許內(nèi).5高填方路基設(shè)計(jì)5.1路基設(shè)計(jì)(見圖6)填方路基邊坡坡度是根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范,路基填料種類,邊坡高度和基底工程地質(zhì)條件,本段路基中心填高最高為47nl,根據(jù)路基填土高度分段:自上而下,第一級(08in)邊坡坡率為1:1.5,設(shè)2in平臺(tái),第二級(820n1)邊坡坡率為1:1.75,設(shè)2m平

13、臺(tái),第三級(>20m)邊坡坡率為1:2.0.坡腳與排水溝內(nèi)邊緣設(shè)寬2.0m的護(hù)坡道.5.2高填方路基填料高填方路基變形與路基自身的填料有很重要的關(guān)系.第5期鄭鳳曲,等:岱家灣大橋改高填方設(shè)計(jì)l0l級配碎石圖6斷面布置根據(jù)原設(shè)計(jì)資料及現(xiàn)場棄渣情況,a7標(biāo)大風(fēng)口隧道標(biāo),a8標(biāo)申家坡隧道,岱家灣邊坡開挖,高填方地表清除土石及部分便道廢方土石方共94萬方(天然方),其中灰?guī)r占56%,即52.6萬方.根據(jù)單軸抗壓強(qiáng)度檢測試驗(yàn),灰?guī)r抗壓強(qiáng)度95%大于35mpa,80%大于50mpa,局部達(dá)90mpa.其它為碎石土或和塊石土,碎塊石粒徑101200mm,稍密中密.填料能滿足高填方設(shè)計(jì)要求.5.3路基填

14、料及填筑高填方路基各層路基填料及其碾壓,夯實(shí)要求如下:距路基設(shè)計(jì)標(biāo)高以下08.0m層填筑隧道洞碴或碎石土分層碾壓,采用重型振動(dòng)壓路機(jī)分層碾壓填筑,最后用光輪壓路機(jī)靜壓;距路基設(shè)計(jì)標(biāo)高以下820m路堤填筑強(qiáng)度不小于30mpa隧道洞碴灰?guī)r并分層采用重型振動(dòng)壓路機(jī)分層碾壓,最后用光輪壓路機(jī)靜壓;距路基設(shè)計(jì)標(biāo)高以下2035m路堤填筑強(qiáng)度不小于35mpa隧道洞碴灰?guī)r并分層采用重型振動(dòng)壓路機(jī)分層碾壓,最后用光輪壓路機(jī)靜壓;距路基設(shè)計(jì)標(biāo)高35m以下路堤填筑強(qiáng)度不小于40mpa隧道洞碴灰?guī)r并分層采用重型振動(dòng)壓路機(jī)分層碾壓,最后用光輪壓路機(jī)靜壓;凡是填高大于20m的路基段,在距路基設(shè)計(jì)標(biāo)高8m以下路堤填筑采用重

15、型振動(dòng)壓路機(jī)分層碾壓后,用沖擊式壓路機(jī)增強(qiáng)補(bǔ)壓,每填高1.2m后沖擊一次.參照高填方路基工程布置橫斷面圖.分離路基中間帶填土,路基左側(cè)填平區(qū)域,路基右側(cè)填方邊坡上方棄土和路基下游坡腳反壓護(hù)坡道部分填料可填筑不合格填料,其壓實(shí)度要求同路基.填方邊坡外棄土場壓實(shí)度按一般棄土場規(guī)定進(jìn)行.6提供施工期間臨時(shí)排水參考根據(jù)詳勘調(diào)查和施工期間考察多次暴雨泄洪情況研究分析,推測在施工期間水流會(huì)對路基填筑造成一定影響,主要是水流過大將沖刷路基,造成沖刷的根本原因是受現(xiàn)場地形條件控制排水高差過大,流速將會(huì)很大,地表水會(huì)直接進(jìn)入路基施工區(qū)域,形成極為不利的隱患.需重視臨時(shí)排水問題.在原設(shè)計(jì)ykl7+284涵洞出口處

16、(即大風(fēng)口隧道出口附近)前方設(shè)一道36m高圍堰,圍堰方向與縱向沖溝垂直,對水流進(jìn)行封阻.在溝底設(shè)一道頂寬4m,底寬10m,高3.5m的梯形盲溝,溝底嵌入原地表0.5m,盲溝貫穿圍堰,通過控制標(biāo)高(標(biāo)高較好控制,現(xiàn)場原地表標(biāo)高逐漸降低)使水流順著盲溝排出.待路基填筑到本次設(shè)計(jì)改溝底面,開始按設(shè)計(jì)施工改溝工程,待改溝完成后再撤除圍堰.申家坡隧道進(jìn)口處橫向沖溝l臨時(shí)排水同上.102公路工程35卷7路堤穩(wěn)定性監(jiān)測設(shè)計(jì)路堤施工應(yīng)注意觀測路堤填筑過程中或以后的地基變形動(dòng)態(tài),對路堤施工實(shí)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控.明確觀測的路堤段落,觀測項(xiàng)目,觀測點(diǎn)的數(shù)量及位置等,確定穩(wěn)定性觀測控制標(biāo)準(zhǔn),說明施工中應(yīng)注意的事項(xiàng).致路基部分

17、摻有不合格填料.9其它建議考慮到高填方填料因可壓縮性從而引起路基的沉降問題,建議在本高填方路段先施工臨時(shí)路面:瀝青砼路面只施工5em厚中粒式瀝青砼ac一20c,待高填方路基沉降穩(wěn)定后重新鋪設(shè)瀝青砼面層.8施工順序l0綜合啟發(fā)按設(shè)計(jì)要求反開挖基底,清除地表覆蓋層不良土及基底換填.做好臨時(shí)排水措施,主要為盲溝施工和圍堰施工,在暴雨期間,控制水通過盲溝排泄.本條與第一條可同時(shí)進(jìn)行.嚴(yán)格按路基各層填料要求分層碾壓填筑路基,路基設(shè)計(jì)標(biāo)高30m以下要求填石.涵洞基礎(chǔ)以下要求填筑抗壓強(qiáng)度不小于40mpa硬質(zhì)灰?guī)r.按設(shè)計(jì)要求設(shè)高填方路堤觀測裝置,對路堤填筑過程中地基和路堤沉降變形實(shí)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控.路基分層碾壓填筑

18、后,再用沖擊式壓路機(jī)增強(qiáng)補(bǔ)壓(每填高1.2nl后沖擊一次).在隧道和邊坡開挖施工期間對于多余廢方先運(yùn)送到本次指定棄土場處.待填方路基完成后再將部分廢方棄至本次設(shè)計(jì)填平區(qū)域內(nèi),并按要求壓實(shí)填筑.涵洞基底路基施工完成后,方可進(jìn)行涵洞施工.岱家灣邊坡開挖不受本次改路施工順序影響,按高邊坡施工方式正常進(jìn)行,但需要先做坡頂截水溝,防護(hù)仍然采用開挖一級,及時(shí)防護(hù)一級的指導(dǎo)原則.與棄土場相接的填方邊坡路段,可分層相接,但棄土施工期間,與邊坡相接的棄土標(biāo)高不得高于已施工路基的標(biāo)高,避免棄土擠壓至路基部分,導(dǎo)對于山區(qū)高速公路設(shè)計(jì),在條件允許情況下,可適當(dāng)考慮高填方方案以消化廢方,降低工程造價(jià),尤其對于溝谷與路線

19、近于平行,溝谷兩側(cè)山體相離較近,采用高填方方案代替橋梁,更能有效增強(qiáng)兩側(cè)山體的整體穩(wěn)定性.值得注意的是高填方方案需采用較好的填料,同時(shí)適當(dāng)配合強(qiáng)夯,沖擊碾壓等施工工藝,另外要切實(shí)做好排水設(shè)計(jì).參考文獻(xiàn)1中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.國家重點(diǎn)公路杭州至蘭州線重慶巫山至奉節(jié)段施工圖文件a8合同段z.中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,2006.2jtgd602006,公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范s.3jtgd302004,公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范s.4jtgfio一2006,公路路基施工技術(shù)規(guī)范s.5鄭治,楊有輝.高填方路基沉降變形規(guī)律研究j.公路工程,2007,32(4):7275.6匡希龍,鄒德強(qiáng).基于龔帕斯曲線法的高填方路基工后沉降預(yù)測新思路j.公路工程,2008,33(1):127129.7方濤,熊壯.高填方路基填筑碾壓工藝控制的現(xiàn)場試驗(yàn)研究j.公路工程,2009,34(1):