大橋工程地質特征及設計方案

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摘要：欄桿村大橋是江玉高速上一座橋隧相連的橋梁，地質條件復雜。文章在考慮地形地貌、工程地質、水文地質和周邊的環境的基礎上，對橋梁設計方案進行了研究，選定了橋型、橋位及橋梁參數，并提出了施工工藝和參數，研究成果可為江玉高速項目提供技術支持，也可為類似工程提供參考。

關鍵詞：欄桿村大橋；地質特征；設計方案

欄桿村大橋位于江口縣民和鎮附近。橋梁左半幅起點樁號為ZK12+528.46，終點樁號為ZZ12+65.54，中心樁號為ZK12+595，全長127.08m；右半幅起點樁號為K12+540.96，終點樁號為K12+6661.04，中心樁號為K12+601，全長120.08m，交叉角度為90°。橋梁跨徑組成為左幅6m×20m、右幅6m×20m連續T梁。橋梁結構形式為裝配式預應力混凝土連續T梁，下部結構左幅0號臺采用U型臺、擴大基礎，6號臺采用柱式臺；右幅0號臺、6號臺采用坐板臺、擴大基礎。橋墩采用柱式墩、樁基礎。橋墩最大高度為32.5m。欄桿村大橋位于分離式路基上，平面位于直線段上，左幅縱面位于縱坡為1.08%的直線上，右幅縱面位于縱坡為1.1%的直線上。該橋在ZK12+617處有一條長流水小河，河寬約4m，水深約0.2m，河床為砂礫石，水流方向從路線右側至左側，施工時應采取相應措施避免水資源受污染。

1橋址區自然地理概況及地質評價

1.1地形地貌

橋址區屬構造侵蝕低山地貌單元，微地貌為河流深切溝谷，河流侵蝕劇烈，呈“V”形溝谷，河谷兩側相對高差較大，植被發育，斜坡坡度為25°～40°，局部為陡崖。橋位橫跨溝谷，地面標高介于564～595m，相對高差為30.1m。

1.2地層巖性

根據鉆探揭露及工程地質調繪，橋址區山體斜坡及坡腳覆蓋第四系全新統殘坡積層（Q4el+d1），沿河流現代河床分布第四系全新統沖洪積堆積（Q4al+pl），下伏基巖為寒武系下統杷榔組（∈1p），在揭示深度范圍內地層巖性由新至老分別為第四系全新統沖洪積堆積（Q4al+pl）、第四系全新統殘坡積層（Q4el+dl）、寒武系下統杷榔組（∈1p）：巖性為鈣質頁巖，產狀為30°∠9°。

1.3地質構造

工程區所在區域大地構造單元大多屬揚子準地臺（I）黔北臺?。↖1）中的遵義斷拱（I1A），處于黔北貴陽復雜構造變形區（I1A3）。區內地質構造復雜，褶皺和斷裂都較發育，橋址區附近發育的斷裂主要為f4。f4于路線K12+745附近與路線斜交，距離欄桿村大橋玉屏巖岸橋臺約80m，地形上表現為負地形，斷層西側巖性為寒武系下統杷榔組（∈lp）鈣質頁巖，東側巖性為寒武系下統清虛洞組（∈1q）灰巖。該斷層距離橋址區較遠，對橋梁影響較小。

1.4地表水與地下水

橋址區溝內溪水流向大致由南向北，在ZIK12+620處向北西轉向，流向變為北西向，水面寬度為3～8m，屬常年性流水，流量隨季節而變化，主要接受大氣降水補給，排泄以地表徑流及蒸發為主。1.5地質評價江口巖橋臺：左線橋臺處斜坡坡度為32°～35°，根據野外調查及鉆探揭露，橋臺處覆蓋層較薄，一般小于2m，下伏基巖為寒武系下統杷榔組鈣質頁巖，巖層產狀為30°∠9°，呈薄層狀，屬于斜向坡，斜坡穩定性較好：右線橋臺所處斜坡坡度為40°～45°，大多基巖出露，出露基巖同為薄層狀鈣質頁巖，巖層產狀與左線橋臺一致，斜坡穩定性較好。玉屏岸橋臺：橋臺處斜坡坡度較陡，一般大于55°，局部近乎直立，基巖裸露，出露基巖為寒武系下統杷榔組薄層狀鈣質頁巖，巖層產狀30°∠9°，屬斜向斜坡，節理裂隙較發育，無軟弱結構面發育，斜坡穩定性較好。兩岸橋臺所處山坡下伏基巖主要為強、中風化鈣質頁巖，據附近鈣質頁巖露頭量測，產狀為30°∠9°。路線走向約140°，巖層走向與路線走向夾角為20°，兩岸橋臺均屬斜向坡，巖質邊坡穩定性較好。據野外工程地質調繪，橋址區未見不良地質及特殊性巖土。

2設計依據和技術標準

設計依據主要包括該項目《勘察設計合同》《初步設計文件》和現行國家出臺的公路工程技術標準及相關規范。設計技術標準如下：道路等級為雙向四車道，高速公路；設計行車速度為80km/h；設計安全等級為一級；設計荷載為公路Ⅰ級；橋涵所處環境類別為Ⅰ類；該橋位于分離式路基上，橋梁左右幅寬度一致，半幅寬度為12.25m，橋寬組成為0.5m護欄+11.25m行車道+0.5m護欄；設計洪水頻率為1/100；地震動峰值加速度為0.05g，對應抗震設防等級為V級：設計基準期為100年。

3主要材料

（1）混凝土：上部結構混凝土采用C50混凝土；防撞護欄、橋頭搭板混凝土采用C30混凝土；下部結構混凝土采用C30混凝土；樁基采用C30混凝土。（2）鋼材：普通鋼筋采用HPB300和HRB400鋼筋；鋼筋焊接網采用帶肋鋼筋焊接網；鋼板采用《碳素結構鋼》（GB/T700—2006）中規定的Q235B鋼板。（3）預應力材料：①預應力鋼絞線采用抗拉強度標準值為1860MPa、公稱直徑為15.2mm的低松弛高強度鋼絞線；②預制T梁正彎矩鋼束采用15-5型、15-6型、15-10型及15-7型系列錯具及其配件，預應力管道采用圓形金屬波紋管，預制梁在墩頂處的負彎矩鋼束采用15-5型、15-3型錨具及其配件，管道采用圓形金屬波紋管。（4）支座、伸縮縫：該橋采用D80型模數式伸縮縫；橋臺采用GJZF4板式橡膠支座，橋墩采用GJZ板式橡膠支座。（5）橋面鋪裝：橋面鋪裝采用8cm厚的C50混凝土及10cm厚的瀝青混凝土。（6）其他用材：該項目所采用的水泥、細骨料、粗骨料、水等各材料的有關質量要求均按有關條文辦理。

4設計方案

4.1上部結構

上部結構采用20m裝配式預應力混凝土T形連續梁，為先簡支后連續結構體系，按A類預應力混凝土構件設計。

4.2下部結構

下部結構采用樁柱式橋墩，墩高小于15m，柱徑取1.2m，樁徑取1.3m，墩高不小于15m，柱徑取1.4m，樁徑取1.5m。根據地形特點，左幅0號臺采用U型橋臺、左幅6號臺采用柱式橋臺；右幅0號、6號橋臺采用坐板臺。

4.3附屬構造

（1）橋頭搭板：左幅0號臺采用8m長橋頭搭板，左幅6號橋臺、右幅0號、6號橋臺不設搭板。（2）伸縮縫：左右幅0、6號橋臺處均采用D80型模數式伸縮縫。（3）護欄：外側護欄采用SS級鋼筋混凝土墻式護欄，護欄應按路線實際線型放樣并設置。（4）橋面鋪裝：橋面鋪裝采用10cm厚的瀝青混凝土+8cm厚的C50混凝土現澆層。（5）橋面排水：為防止橋面滲水，在瀝青混凝土橋面鋪裝與混凝土現澆層頂面間設防水層，該橋采用豎向排水。

4.4設計參數

瀝青混凝土的重力密度為24.0kN/m3；混凝土的重力密度為26.0kN/m3，彈性模量為3.45×104MPa；預應力鋼筋的彈性模量為1.95×105MPa，松弛率為0.035，松弛系數為0.3；錨具變形、鋼筋回縮取6mm（一端）；管道摩擦系數為0.25；管道偏差系數為0.0015；支座不均勻沉降為5mm；豎向梯度溫度效應按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG3362—2018）中的相關規定取值。

4.5結構分析

（1）上部結構靜力分析。1片梁梁端支點最大反力（汽車荷載考慮沖擊系數）的分析結果如表1所示。（2）下部結構靜力分析。下部結構內力分析計算采用橋梁下部結構分析程序進行。各橋墩、臺所受的水平力按其剛度進行分配，基樁內力按“m”法進行計算。

5施工要點

有關橋梁的施工工藝、材料要求及質量標準，除按《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T3650—2020）有關規范處理外，還應特別注意以下事項。

5.1上部結構

（1）主梁預制。預制T梁在鋼束張拉完成后、各存梁期跨中上拱度計算值及二期恒載所產生的下撓值如表2所示。（2）預應力工藝。主梁預應力鋼束張拉，建議張拉順序為50%N2→100%N3→100%N2→100%N1。（3）預應力有效性檢測。建議依據《貴州省橋梁預應力工程控制要點與管理規定（試行）》對T梁鋼束錨下有效預應力檢測。由于預應力損失的影響因素較多，計算過程復雜，故建議通過現場試驗確定。

5.2下部及基礎施工

（1）基樁應嚴格按基樁坐標表中的坐標精確放樣。（2）鉆孔時應采用長度適應鉆孔地質條件的護筒。（3）孔徑與垂直度檢查合格后，進行清孔作業，清孔必須滿足設計及相關規范要求。（4）各基樁的泥漿池就地挖筑，施工過程中必須注意泥漿池對環境的影響。

6結論

（1）考慮地形地貌、工程地質、水文地質和周邊的環境的基礎，上部結構采用20m裝配式預應力混凝土T形連續梁，為先簡支后連續結構體系，按A類預應力混凝土構件設計。（2）中風化鈣質頁巖工程性能良好，厚度較大，是擬建橋梁良好的墩、臺持力層。建議橋臺以強-中風化鈣質頁巖作為基礎持力層。（3）由于鈣質頁巖抗風化能力差，遇水易崩解、軟化，橋臺施工時，容易產生小規模的巖體碎落及崩塌，故橋臺邊坡開挖時，應及時對邊坡進行防護，并做好截排水措施。

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作者：韓蘋 秦龍飛 傅鶴林 張蒙 李鮚 單位：中交四公局 中南大學