馬 勤

（蘇交科集團股份有限公司 南京市 210017）

山區(qū)高速公路橋梁橋臺選型探討

馬 勤

（蘇交科集團股份有限公司 南京市 210017）

結(jié)合具體工程實例，就山區(qū)高速公路橋梁橋臺選型進行探討。詳細分析了山區(qū)高速公路橋梁各種橋臺型式的特點及應用范圍，明確山區(qū)高速公路橋臺選型應堅持因地制宜、綜合設計、具體情況具體分析的原則，從更安全、更經(jīng)濟的角度出發(fā)，選擇合理的橋臺型式。

山區(qū)高速公路；橋臺選型；安全；經(jīng)濟；合理

山區(qū)高速公路橋梁，因受山區(qū)高速公路地形、地質(zhì)復雜，變化頻繁，橫坡陡、巖溶、滑坡、不穩(wěn)定斜坡、崩塌、陡岸、煤層等不良地質(zhì)現(xiàn)象普遍存在的影響，具有集彎橋、斜橋、高墩、大跨于一身的結(jié)構(gòu)特點。即在山區(qū)高速公路中，路線布設時平、縱、橫三個方面都受到約束，使得山區(qū)高速公路中彎坡橋多、高墩大跨橋多、墩臺形式多。在同一個項目中橋臺型式可能有多種，橋臺選型應堅持因地制宜、綜合設計、具體情況具體分析的原則，從更安全、更經(jīng)濟、更環(huán)保的角度出發(fā)，以使橋臺型式的設計更加安全經(jīng)濟合理。

1　橋臺型式的選擇

1.1項目概況

盤縣至興義高速公路是貴州省“678網(wǎng)”高速公路網(wǎng)規(guī)劃中七縱之一昭通至安龍高速的重要組成部分，是大西南南下出海的又一條大通道。項目起于水盤高速和滬昆高速交叉的海鋪互通，終于汕昆高速興義東互通，全線約88km。根據(jù)項目所處地形地貌及路線設計特點，該項目橋梁橋臺型式復雜多樣化。本文旨在通過兩所具有代表性的特大橋橋臺設計方案，探討山區(qū)高速公路橋梁橋臺選型的思路及方法。

1.2橋臺選型設計

1.2.1背武甲大橋橋臺選型

背武甲特大橋位于中低山地貌區(qū)，橋梁斜跨深切“V”型溝谷，盤縣岸橋臺位于背武甲村，興義岸橋臺位于中坡地村，橋梁斜跨背武甲溝谷，線路與溝谷交角為58°。上部采用30m、40m后張預應力混凝土T梁，先簡支后連續(xù)—剛構(gòu)。下部構(gòu)造采用雙柱式墩，鉆孔樁基礎和薄壁空心墩，承臺鉆孔樁基礎；盤縣側(cè)左線橋臺采用樁柱式臺；右線橋臺采用重力式U型臺樁基礎；興義側(cè)左、右線橋臺采用重力式U型臺擴大基礎。

背武甲大橋左右線興義側(cè)橋臺地質(zhì)為二疊系下統(tǒng)茅口組，巖性主要為淺海相灰?guī)r，灰黑色燧石灰?guī)r，夾薄層燧石，中～塊狀。項目采用了重力式U型橋臺擴大基礎，這種橋臺主要是靠自重來平衡臺后土壓力，橋臺本身多由石砌、片石混凝土等圬工材料建造，并用就地澆筑的方法施工。背武甲大橋興義側(cè)土層為全風化巖層，地基承載力fao=2000kPa。巖層性質(zhì)好，土層單一且地質(zhì)承載能力高。使用重力式U型橋臺擴大基礎，既滿足了承載力要求，又節(jié)約了工程造價。

背武甲大橋左線盤縣側(cè)橋臺地質(zhì)屬于二疊系龍?zhí)督M，一套海陸交替相含煤沉積，主要由灰?guī)r、灰黑色砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖及褐灰色砂巖、灰色泥頁巖組成，時含磷鐵礦，在區(qū)內(nèi)含煤主要有6層，單層厚度一般0.5～2.5m。背武甲大橋左線盤縣側(cè)橋臺采用了樁柱式橋臺。樁柱式橋臺主要承受橋跨結(jié)構(gòu)傳來的豎向力和水平力，各種土壤地基都適宜，但是對臺后填土高度有要求，一般填土高度大于5m就不再使用樁柱式橋臺。背武甲大橋左線盤縣側(cè)橋臺位于挖方段，存在多種土層且各土層承載能力相對較差，不適合使用重力式橋臺。采用樁柱式橋臺可以滿足地基承載力要求，也避免了大量的基礎開挖，減少了邊坡防護工程。右線盤縣側(cè)橋臺采用整體式橋臺，即重力式橋臺接樁基。盤縣右側(cè)橋臺處縱橫坡明顯陡于左線，土層中存在煤層，且第一孔存在下穿路。設計時，為了保護下穿路，考慮縱橫坡較陡的情況，采用了重力式橋臺接樁基的型式。這種橋臺具有整體性好，穩(wěn)定性高，施工相對簡單的優(yōu)點。因為縱坡較陡，該橋臺側(cè)墻垂直可以直接接路基擋墻，從而有效防止挖方滑坡。另這種橋臺可以直接接路肩墻或通過側(cè)墻避免臺前溜坡，不會對下穿路造成不利的影響。

1.2.2司家寨大橋橋臺選型

司家寨大橋位于貴州省盤縣大山鎮(zhèn)司家寨，橋梁處于大山互通范圍內(nèi)。橋址區(qū)地處構(gòu)造剝蝕中山區(qū)，地形起伏大，海拔高程1730～1820m，相對高差50～90m。構(gòu)造剝蝕作用強烈，山體走向受構(gòu)造和巖性控制，峰脊與溝谷相間出現(xiàn)，溝深坡陡，植被發(fā)育一般，是較為典型的高原山地景觀。盤縣岸橋臺位于斜坡中上部，興義岸橋臺位于半山緩斜坡地帶。兩岸橋臺位置斜坡坡度均較緩，坡度8°～26°。上部構(gòu)造為40m后張預應力混凝土T梁，先簡支后連續(xù)—剛構(gòu)、簡支橋面連續(xù)。下部結(jié)構(gòu)橋墩采用雙柱式墩、空心墩，鉆孔樁基礎。起點側(cè)盤縣岸采用肋板式橋臺，終點側(cè)興義岸采用板凳式橋臺。

盤縣岸斜坡上部覆蓋層較薄，厚度一般0.7～3.8m，土層以下為厚度8～12m的全風化粉砂質(zhì)泥巖，中、上部植被發(fā)育較好，以喬木和灌木為主，斜坡下部主要為耕地，以農(nóng)作物為主。興義岸斜坡覆蓋層較厚，一般0.8～3.0m，下伏全風化粉砂質(zhì)泥巖，

2　山區(qū)高速公路常用橋臺類型、特點及應用

厚度8～12m，植被發(fā)育較差，多以地被植物為主。司家寨大橋起終點側(cè)橋臺所處縱橫坡坡度較平緩，且均處于填方路基段。橋位處存在煤層等不良地質(zhì)，地基承載能力弱，可以采用肋板臺、樁柱式臺和板凳臺。設計時根據(jù)填土高度起點側(cè)采用肋板式橋臺，終點側(cè)可以采用樁柱式臺或板凳臺，因考慮土層性質(zhì)，采用雙排樁橋臺的承載能力更強，穩(wěn)定性更好。因此終點側(cè)橋臺選用板凳臺能有效地抵抗臺后填土造成的土壓力，預防橋臺滑移，提高橋臺的整體穩(wěn)定性。

橋臺較常用的結(jié)構(gòu)型式有重力式橋臺、輕型橋臺、組合式橋臺和拱橋橋臺等。

以上兩個工程實例主要用到了重力式U臺擴大基礎，重力式U臺樁基礎、樁柱式橋臺、肋板臺、板凳臺等（見圖1）。每種橋臺都有自己的優(yōu)點、缺點和適用范圍，在具體橋臺選型時，要根據(jù)橋臺所處地形、地質(zhì)、地貌、縱橫坡、填土高度等情況來選擇適合的橋臺型式。

2.1重力式U形橋臺擴大基礎

重力式U型橋臺主要由臺帽、臺身和剛性基礎三部分組成，見圖1（a）。這種橋臺主要依靠橋臺自重來平衡臺后的土壓力，并支承上部結(jié)構(gòu)的主梁。用于填土高度在8～10m以下或者跨度稍大的橋梁。具有施工簡單，取材方便的優(yōu)點。缺點是橋臺體積和自重較大，增加了對地基承載力的要求。在土層不好，地基承載力不足，土層變化較大的地方不宜使用。當橋臺處于橫坡較陡的地方時，也不宜采用U型橋臺擴大基礎的型式，因為采用此種橋臺會造成橋梁一側(cè)開挖較大，形成較高邊坡，增加額外的無法預估的防護工程。在縱坡較陡的地方同樣也不宜用U型橋臺擴大基礎的型式，因為這種橋臺在設計時要考慮橋臺的安全距離，基礎不能托空等因素。在縱坡較陡的情況下，設計時往往為了保證橋臺的安全距離，防止基礎托空，將基礎埋置的很深，從而增大了橋臺的設計高度。這必然會導致橋臺開挖量增加，邊坡防護增高，施工難度增大，臺背填土難以實現(xiàn)等一系列問題。

2.2重力式U臺樁基礎

重力式U臺樁基礎，是重力式U臺和樁基的結(jié)合，見圖1（b）。和重力式U臺擴大基礎一樣，這種橋臺主要靠U臺自重來平衡臺后土壓力。不同之處在于，這種橋臺采用U臺與樁基礎之間設置承臺的形式，具有整體性好，剛度大，抗傾覆能力強的優(yōu)點。同時，因為橋臺采用承臺接樁基礎的形式，設計時只要確保承臺底面埋入地面以下，就可以避免采用擴大基礎時，為確?；茁裰玫陌踩嚯x而對山體進行大量開挖。但因為這種橋臺的臺身仍然采用圬工材料，因此其臺身自重仍然比較大，對地質(zhì)條件要求也相對較高。故在地質(zhì)條件較好，橋梁縱橫坡較陡的地方可以采用這種橋臺型式。重力式U臺樁基礎設計的難點是重力式U臺身與承臺之間的聯(lián)系。設計時可以將橋臺臺身與承臺連接的1m范圍高的側(cè)墻及前墻用混凝土澆筑，承臺與過渡部分之間用鋼筋錨固，并將錨固鋼筋與承臺鋼筋焊接?；炷翝沧⒔Y(jié)束后在過渡段混凝土頂面插放“石筍”，橋臺臺身采用片石混凝土材料以確保重力式U臺與承臺間的有效連接。此外，重力式U臺擴大基礎和重力式U臺接樁基礎兩種橋臺其上部都是采用重力式U臺，橋臺的兩個側(cè)墻之間填土容易積水，結(jié)冰后凍脹，使側(cè)墻產(chǎn)生裂縫。所以在使用重力式U型臺時，宜用滲水性較好的土夯填，并做好后臺排水措施。

工程中，我們還會用到一種改進的整體式橋臺—一字型橋臺。這種橋臺臺身與樁基礎之間仍然采用承臺連接，前墻進行優(yōu)化。前墻垂直設計并采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以減少圬工體積，從而降低橋臺臺身重量。一字型橋臺具有重力式U臺樁基礎的優(yōu)點，解決了承臺與圬工臺身之間的銜接問題，克服了臺身自重大的缺點。故這種橋臺在地基承載能力較弱，橋位處縱橫坡較大，不宜設置前臺溜坡的情況下均可使用。

2.3輕型橋臺

輕型橋臺主要包括柱式橋臺、肋板臺和薄壁臺，見圖1（e）、圖1（c），其中薄壁輕型橋臺常用的有懸臂式、扶壁式、撐墻式及箱式等。輕型橋臺均由鋼筋混凝土材料建筑，其主要特點是利用結(jié)構(gòu)自身的抗彎能力來減少圬工量，使橋臺重量輕型化。鋼筋混凝土薄壁橋臺是由扶壁式擋墻和兩側(cè)的薄壁側(cè)墻構(gòu)成，因此具有擋土功能，同時因自重減輕而減少了對地基的壓力，故適用于軟弱地基，但具有構(gòu)造和施工較復雜，鋼筋用量多的缺點。柱式橋臺和肋板式橋臺屬于埋置式輕型橋臺，主要由臺帽、鋼筋混凝土臺身、樁基組成。鋼筋混凝土臺身與樁基礎之間采用承臺連接。肋板式橋臺臺身采用鋼筋混凝土代替圬工材料，橋臺自重小，可以用在填土高度大，地基承載力不好的土層，而柱式橋臺適用于填土不高的各種土層。埋置式橋臺將臺身埋在錐坡中，只露出臺帽在外以安置支座及上部結(jié)構(gòu)。這樣橋臺所受的土壓力大為減少，橋臺的體積也就相應的減少。受力特征上，豎向力由樁基承受，臺后土壓力一部分由樁基承受，另一部分由臺前溜坡抵消。也正是柱式橋臺和肋板式橋臺設置了臺前溜坡，會出現(xiàn)壓縮河道，侵占路基等情況。尤其是在小跨徑橋梁中，為了避免臺前溜坡侵入河道或路基范圍，往往會加大橋梁跨徑，使得橋梁設計不太合理。肋板式橋臺和柱式橋臺都可以用在山區(qū)高速公路橋梁中，但是對河道和路基范圍有要求的橋梁，一般不采用。

2.4組合式橋臺

組合式橋臺是為了使橋臺輕型化，橋臺本身主要承受橋跨結(jié)構(gòu)傳來的豎向力和水平力，而臺后的土壓力由其他結(jié)構(gòu)來承受的橋臺型式。常見的組合式橋臺有過梁式、加筋土組合橋臺、橋臺與擋土墻組合和框架式組合橋臺等形式。橋臺與擋土墻組合橋臺由輕型橋臺支承上部結(jié)構(gòu)，臺后設擋墻承受土壓力。這種橋臺的臺身與擋墻分離，上端做伸縮縫，具有受力明確，節(jié)省造價的優(yōu)點。設計該種橋臺時應考慮兩個設計要點：一是重力式擋墻的設計，一是兩種不同結(jié)構(gòu)形式的基礎之間的分離式處理。對于擋土墻的設計，需要進行抗傾覆和抗滑移性能驗算，可以通過重力式擋土墻的土壓力理論對擋土墻受力進行合理分析，從而設計出既經(jīng)濟合理又安全可靠的擋土墻。對于兩種不同結(jié)構(gòu)形式的基礎之間的分離式處理，在設計階段就應該考慮相應的施工順序組織來確保分離式結(jié)構(gòu)的安全可靠。因此除了在橋面分離部位設置伸縮縫外，還可以在下部結(jié)構(gòu)施工順序上加以控制?？上仁┕蚺_后施工擋墻，待擋墻施工完成現(xiàn)有基坑回填壓實后再進行輕型橋臺樁基的施工。采用瀝青瑪蹄脂填料填塞臺后擋墻與橋臺蓋梁之間的間隙，在擋墻頂部與路基銜接段設置搭板。組合式橋臺可以用在各種山區(qū)高速公路橋梁中，設計時可以根據(jù)橋臺位置處的具體情況選擇合理的橋臺組合型式。

3　橋臺型式選擇的原則及選型思路

3.1橋臺型式選擇的原則

綜上所述，山區(qū)高速公路橋梁橋臺受山區(qū)地形地貌、路線設計及縱橫坡的影響，其型式是復雜多樣化的，設計時要根據(jù)具體情況具體對待的原則，選擇合適的橋臺型式，使橋梁方案更加合理化。

3.2橋臺選型思路

在設計之初，橋臺設計選型首先要對橋梁地勘資料有準確的把握，掌握第一手地勘材料。并結(jié)合地形與橋梁平面的線位走向以及橋梁的橫斷面、縱斷面坡度，根據(jù)橋臺位置處地形、地貌、地質(zhì)情況，擬定幾個可行的橋臺型式方案。最后再綜合各種橋臺型式的利弊及項目需要、經(jīng)濟指數(shù)確定最終的橋臺型式。一般來說，在工程地質(zhì)情況好，土層變化不大，地基承載力高，橋臺處縱橫坡平緩的情況下，可以采用重力式U型橋臺擴大基礎的型式。在縱橫坡較陡的橋臺處，橋臺型式宜采用樁柱式橋臺、U型臺加樁基礎型式及樁柱式橋臺結(jié)合擋土墻的型式、一字型橋臺等型式。需要注意的是這幾種橋臺型式均采用樁基樁，在進行樁基施工時需要注意對巖層進行判斷，樁基礎必須嵌入弱風化基巖層，且保證嵌巖深度，陡險處更應根據(jù)具體情況加大基礎埋深或嵌巖深度。

4　設計體會

一般平原區(qū)的橋臺型式基本上都適用于山區(qū)高速公路橋梁，只是由于山區(qū)高速公路橋梁受地形地質(zhì)及路線的影響，結(jié)構(gòu)形式復雜多樣化，橋臺型式也具有多樣化的特點。在對橋臺選型時，除了要考慮橋臺的填土高度，地基承載力的情況，還應綜合考慮橋梁縱坡、橫坡的影響。要保證橋臺基礎的安全距離及嵌巖深度，避免出現(xiàn)過高的邊坡防護，基礎大開挖、基礎脫空等問題出現(xiàn)。在山嶺重丘區(qū)高速公路的橋臺型式建議多采用重力式U臺加樁基或者一字型橋臺的型式，也可以結(jié)合具體情況進行多種型式的組合，以獲得更經(jīng)濟、更耐久、更安全的橋臺型式。在具體設計時，橋臺型式的選擇，要根據(jù)具體情況具體對待的原則，從更加安全、更加經(jīng)濟、更加環(huán)保的角度出發(fā)，選擇合理的橋臺型式，使得橋梁方案更加合理化。

［1］ 廖朝華，等.公路橋涵設計手冊——墩臺與基礎［M］.2版.北京：人民交通出版社，2013.

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［6］ 中華人民共和國交通部.JTG D63-2007公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2007.

Discussion on Model Selection of Expressway Bridge Abutment in Mountainous Area

MA Qin

（JSTI GROUP，Nanjing 210017，China）

In combination with specific engineering project，the discussion on model selection of expressway bridge abutment in mountainous area is made.The features and application ranges of various kinds of bridge abutment types of expressway bridge in mountainous area are analyzed in detail，and adjustment measures to local conditions and comprehensive design for model selection of expressway bridge abutment in mountainous area are determined.Based on the principle of concrete analysis of concrete conditions，reasonable types of bridge abutment are selected from the safer and more economic viewpoint.

Expressway in mountainous area；Selection of bridge abutment；Safety；Economic；Reasonable

U443.21

B

1673-6052（2016）09-0014-05

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.09.004