中交一公局厦门工程有限公司 福建南安 362343
摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的科学技术的发展也有了很大的提高。文章结合重庆九龙坡至永川高速公路(成渝高速公路扩能)JY1合同段冒水湖大桥桥梁改路基优化设计实例，针对该工程的地形地质与水文条件，分析了桥梁改高填路基方案的可行性，并提出了具体的变更设计方案，为高速公路桥改路优化设计、施工提供经验借鉴。
关键词：高速公路；桥梁改路基；优化设计
引言
丘陵区高速公路设计中，路线在跨越自然沟谷时，一般认为当路基中心填方高度超过20m时，宜和桥梁做方案经济比选。但在项目设计阶段，由于设计周期短，地勘时间紧迫，对路线和方案论证不是非常充分，普遍认为桥梁跨越方案安全省事、节约用地，就直接选择桥梁方案。实际上，当地质情况较好时，虽填方高度超过20m，但整体地形较为宽缓，标段内路基和隧道弃方多，采取高填路基方案可能比桥梁方案更经济。重庆九(九龙坡)永(永川)高速公路JY1合同段在建设过程中，由于位于江津区双福新区，土地已规划完毕，附近无弃土场，而缙云山隧道的路基挖方废方较多，造成了施工弃土困难，费用虚高。经过对地质、水文、政府规划、地方交通以及工程质量、环保、经济等多方面因素分析和探讨，最终决定冒水湖大桥保留第一跨现浇箱梁上跨规划道路，其余14×30m先简支后连续T梁桥桥改路优化设计，以消化弃方，节约成本。
1工程概况及地质水文条件
1.1原设计工程概况
冒水湖大桥位于九永高速主线，桥平面位于缓和曲线Ｒ=5034.355m左偏圆曲线上，纵断面纵坡+0.8%，桥起讫里程桩号:ZK4+114.66～ZK4+587.74，中心桩号ZK4+352.7，桥梁全长473m。桥梁上部结构布置为1×40m连续箱梁(跨越规划道路)+14×30m先简支后连续T梁(跨越水库下游沟谷)，下部结构桥台采用重力式U型桥台，桥墩采用实体双柱式圆墩，桩基础、墩台径向布置。
1.2地形地质条件
桥位区属构造剥蚀丘陵浅丘地貌单元，线路区横跨乡村道路及农田，地形整体呈现宽缓的“U”形谷，两侧地形向中间倾斜，横向地形坡度为3°～8°，纵向地形坡度为10°～20°，地质主要为第四系全新统残坡积层粉质黏土、侏罗系中统沙溪庙组、新田沟组和中下统自流井组地层，主要岩性为泥岩及砂岩、页岩。粉质黏土，水田表面0.8～2.5m呈软塑状，下部及其他地段呈可塑状，总厚约0.5～6.1m。岩层呈单斜状产出，岩层产状91°(53°～55°)，中～厚层状构造，中风化层主要发育两组裂隙，裂隙结合程度一般，岩体较完整，无软弱夹层，属层状～块状结构岩体。
1.3水文条件
桥区位于冒水湖水库下游，水库为附近最大水体，距离桥位区约180m，水库水位四季较稳定，勘查时期水位366.5m，最高水位377.6m，坝顶高程为378m，受大气降雨补给，每年插秧季节放水用作农田灌溉，有专用泄洪通道。部分水流从桥下水沟流过，对桥梁影响小。
2优化设计的原因
冒水湖大桥路线从双福新区通过，上跨规划道路，小桩号方向与三界互通相接，大桩号方向接主线ZK4+630～ZK4+915段深挖路堑及缙云山隧道。按照原桥梁方案施工存在以下问题:(1)三界互通至隧道段废方量大，需大面积的临时用地作为弃土场堆放废方，根据设计弃土场规划实际调查，江津段3#、4#弃土场均已规划为康居开发用地无法使用，仅2#弃土场能容纳30万m3弃方。以致存在94.9万m3废方无法消化，弃土困难。(2)双福新区土地已规划完毕，附近无弃土场，临时征地困难，费用高。按临时用地6万元/亩折算，弃土场费用约为6元/m3，弃方70万m3×6元/m3=420万元。(3)江津区政府规划的公用弃土场离主线隧道口距离12.3km，运距长，机械需求量多，超运距费约为1元/km*m3，以此计算，超运距费=弃方70万m3×10元/m3=700万元。且公用弃土场正在使用，即将弃满。基于以上施工困难，该合同段提出将桥梁取消，改为路基方案通过，可很好地解决上述问题，经过多次研究和反复论证，监理、设计、业主等单位一致通过并推行此桥改路方案，最终确定了冒水湖大桥“桥改路”的优化设计。
3桥改路方案可行性分析
(1)路基方案可消耗70万m3的废方，减少临时用地，降低临时用地的征地难度及费用。(2)根据实地考察，冒水湖大桥桥改路符合当地政府规划，完全能够满足当地居民的交通需求。①避免影响双福新区的规划，将跨越冒水湖下游沟谷段改为路基，设置起点处跨规划道路桥梁(1×40m箱梁)，桥梁长56m。②路线于K4+505处设置(2×4×4)m钢筋混凝土拱涵排水，涵洞长136m，同时于K4+545处设置(1×4×4)m箱型人行通道供两侧居民通行。(3)冒水湖大桥桥下地形整体呈现宽缓的“U”形谷，原地貌相对平缓，两侧地形向中间倾斜，适宜填筑路基。路基填筑最大填土高度为29.07m，沉降问题为桥改路方案的控制因素。为防止高填方顶部差异沉降，可采取多种路基处理措施来降低，再加上铺筑路面前预留足够的沉降期，即可解决沉降的难题。(4)环保性:桥改路后能产生一定的环保效益，有利于节能减排理念的落实，减少了临时用地数量堆放弃土，保护了林地和耕地，节约了土地资源并保护了生态环境。(5)路基方案便于施工组织，降低施工难度。(6)弃方运距短，隧道洞渣利用率高，有利于提高隧道施工进度，减少隧道出渣设备的投入;机械费用低，可减少工程投资。综上所述，冒水湖大桥桥改路方案完全具备可行性。
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4桥改路变更方案
(1)路基方案将跨越冒水湖下游沟谷段改为路基，设置起点处跨规划道路桥梁(1×40m箱梁)，桥梁长56m，同时于K4+505处设置(2×4×4)m钢筋混凝土拱涵排水，涵洞长136m，于K4+545处设置(1×4×4)m箱型人行通道供两侧居民通行，填方量70.5万m3，挖方量0.32万m3，永久占地80.3亩，(2)填筑方式及防护形式:路基采用整体式土石混填。对横坡陡于1∶5的路段须挖台阶处治。边坡采用折线形，第1～3级边坡分别采用1∶1.5、1∶1.75、1∶2.0分别高度8m、10m、10m，边坡平台宽2.0m，第1～2级边坡采用浆砌拱形骨架防护，3级边坡左侧采用坡面码砌片石外侧浆砌拱形骨架防护(码砌厚度≥2m)，3级边坡右侧采用坡面码砌片石外侧实体坡面防护，阻挡水流对路基的影响，增加路基稳定性。(3)降低沉降措施沉降问题为桥改路方案的控制因素，为保证桥梁改为路基后其功能性和结构安全性，降低沉降，采取如下工程处理措施:①挖淤换填:当软基厚度≤3m时(地勘资料表明软基平均≤3m)，挖除路基基底范围内淤泥、软土或者强风化泥岩层，并用片石或挖方中硬质石料分层填筑。②抛石强夯:二级平台高度以下采用填石路堤，填石空隙内灌入石渣、石屑等，使空隙填满，并敲掉锐角突出部分、找平，保持碾压面平整、分层重夯。③高填路堤加固处理:路床顶面下铺三层双向钢塑土工格栅，并采用重锤补强，对现场不允许采用补强方式的高路堤，可采用冲击碾压补强。提高路基密实度和承载力，增强路床的整体性和均衡性。④铺筑路面前预留足够的沉降期。(4)排水系统 ①路基于K4+505处设置2×4×4m过水拱涵进行排水，排水通畅。②路线左侧平台上分别设置10道急流槽和10处集水井，路线左右侧设置70×70cmⅠ型排水沟，右侧排水沟下设80×80cm盲沟，拦截水流对路基的影响，汇集水流入涵洞排出路基外。
4 案例分析
4.1工程概况
吴家河 2 # 大桥位于达陕高速白沙互通中，为跨越吴家沟布设。由于所处路段为分离式路基，该桥分为左右线两座大桥，其中部分里程位于加减速车道变宽段上。右线桥起讫里程 为 YK34 + 438． 97 ～ YK34 + 654． 47，桥 梁 全 长215． 5 m，桥跨组成为 4 × 30 m + 3 × 30 m，第一联上部采用装配式预应力混凝土简支 T 梁，第二联上部采用预应力混凝土现浇连续箱梁。下部 0#桥台采用简易桥台，扩大基础;7 #桥台采用柱式桥台，钻孔灌注桩基础。左线桥起讫里程为ZK34 +451． 03 ～ ZK34 +636． 53，桥梁全长 185． 50 m，桥跨组成为 3 × 30 m + 3 × 30 m，第一联上部采用预应力混凝土现浇连续箱梁;第二联上部采用装配式预应力混凝土简支 T梁。下部 0 # 桥台采用柱式桥台，钻孔灌注桩基础;6 # 桥台采用简易桥台，扩大基础。左右线桥墩均采用柱式墩，钻孔灌注桩基础。桥位区地形呈宽阔“U”字形，起伏较大，北岸自然坡角为 20° ～30°，南岸自然坡度为 40° ～ 50°。两岸斜坡体均稳定，未见明显滑移现象。路线设计高距地面 10 ～31 m，桥址地质情况由上往下依次为 8 ～ 10 m 厚第四系亚粘土(Q el + dl4)、10 ～30 m 厚三叠系下统嘉陵江组(T 1j )强风化泥岩、弱风化泥岩。桥位区的大冲沟无地表水系。
4.2施工存在的问题及优化方案的提出
由于吴家河 2 # 大桥小桩号方向接白沙互通路堑挖方区，大桩号方向接吴家河隧道，按照原桥梁方案，施工单位提出存在以下问题。(1)吴家河隧道的施工便道设置在南侧岸坡上，桥梁桩基施工与吴家河隧道施工存在相互干扰问题，尤其是弃渣运输和材料运输，工期难以保证。(2)左线第一联和右线第二联上部均采用了预应力混凝土现浇连续箱梁，施工时需要搭设较高的满堂支架，而桥址区土层较厚，含水量较大，为保证桥梁施工质量和安全，需要对地基进行特殊处理，施工周期较长。(3)白沙互通均为路堑挖方，废方量较大，弃土困难。基于以上困难，施工单位提出了如果将桥梁取消，改为路基方案通过，可以很好地解决上述问题。经过多次研究和反复论证，最终确定了吴家河 2 # 大桥“桥改路”的优化设计思路。
4.3桥改路方案可行性分析
吴家河 2 # 大桥桥下吴家沟在路线区域内沟底平均纵坡仅为 8． 26%，远小于路基设计规范规定的陡坡路堤临界值1∶ 2． 5，故对于填筑路基而言，原地面相对平缓，适宜填筑路基。路线左侧沟底平均纵坡收敛较快，在拟填平区域内沟底纵坡为 30． 61%，利于收缩坡脚，且填平后施工中可作为施工临时场地，竣工后复耕利于当地民众耕种。路线右侧沟形较为宽阔，沟底平缓，纵坡约为 6． 25%，底宽约 30 ～70 m，可设置弃土场，对高路堤坡脚形成反压，增加路基稳定系数和安全储备。由于沟中心处路基中桩最大填土高度达 32． 76 m，沉降问题成为本优化方案的控制因素。但随着高路堤设计和施工技术的日趋成熟，沉降问题可通过地基处理、采取土石混填、铺设高强度土工格栅、超载预压、加强施工控制等多种工程措施来降低，再加上铺筑路面前预留足够的沉降期，该问题便可迎刃而解。
4.4桥改路优化设计方案
(1) 填筑方式及防护形式:路基采用整体式土石混填。边坡采用折线形，第 1 ～ 3 级坡率分别采用 1∶ 1． 5、1∶ 1． 75、1∶ 2． 0，分级高度为 8． 0 m 和 12． 0 m，边坡平台宽 4． 0 m;路线左侧沟谷填至与路基齐平，并设置向外 3% 横坡，路基右侧坡脚设置弃土场反压，增强路基稳定性;右侧第 1、2 级坡面采用拱形骨架植草防护。(2) 降低沉降措施:由于沟底地基土为含水量较高的亚粘土，对此范围内地基采用挤密碎石桩处治，桩顶填筑级配较好的片碎石，兼做盲沟。路床底及分级平台处铺设 3 层双向土工格栅，间距 1 m，并采用重锤补强，以降低路基不均匀沉降。(3)排水工程:路基左侧填平区域设置环形排水沟，路线右侧填方边坡平台上设置平台截水沟，YK34 +438． 466 填挖交界处设置1．5 m ×1．5 m 钢筋混凝土盖板涵以排除路基汇水。
结语
桥改路是公路建设中较为常见的一种设计变更。简化了施工，缩短了弃土运距，节省了工程投资，在保证公路工程施工质量的前提下，不仅提高了效率，而且还节约了临时用地，降低了临时用地的征地难度和费用，解决了周边没有弃土场的难题，因此，冒水湖大桥桥梁改路基的优化方案取得了良好的经济效益和社会效益.
参考文献：
［1］陆伟平．“桥改路”的技术比较及其他［J］．建材与装饰(上旬刊)，2011(6):398－399．
［2］郑熙，杜孟芸．高速公路桥梁改路基优化设计实例分析与评价［J］．公路交通技术，2015(4):18－21
论文作者:何鑫
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2019/1/9
标签：路基论文; 桥梁论文; 桥台论文; 方案论文; 隧道论文; 路堤论文; 地形论文; 《防护工程》2018年第29期论文;