复杂断裂带地质条件下山区高速公路桥梁施工与应用分析_杨培伟.pdf

建筑机械32近年来,高铁设计技术取得了新的突破,我国路网建设步入了新的阶段1-3。在高速公路的设计和修建方面,我国始终处于领先地位,不仅建设数量多,而且面对山地、高原等特殊地形地貌的施工难度也大4-5。在山地等特殊地形地貌进行高速公路建设由于其地形地质特殊,桥梁设计施工极为困难6-8。交通道路的建设成为当下发展的重点9-10。但是在高速公路的建设中,在丘陵、山地和高原等地形地势复杂的地区进行高速公路的桥梁建设仍然存在许多难题。因此,桥梁建设是决定高速公路建设成败的关键。文章首先对桥梁设计的基础理论进行详细阐复杂断裂带地质条件下山区高速公路桥梁施工与应用分析杨培伟，肖 为（中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430056）摘要随着我国交通运输业取得了巨大的飞跃,交通道路的建设成为当下发展的重点。但是在高速公路的建设中,在丘陵、山地和高原等地形地势复杂的地区进行高速公路的桥梁建设仍然存在许多难题。文章以深圳断裂带内的丘陵地区桥梁施工为背景,采用桥梁建设的理论与实践相结合,对山区高速公路桥梁建设进行了综合性分析,并对大桥桩基进行了计算分析,提出了桥面线形测量新技术并进行了应用。关键词山区；高速公路；桥梁设计中图分类号U445文献标识码B文章编号1001-554X（2023）02-0032-04DOI:10.14189/ki.cm1981.2023.02.025收稿日期 2022-09-06通讯地址 杨培伟，湖北省武汉市经济技术开发区创业路18号2 基础工程的分类及特点（1）浅基础的特点。如图1所示,浅基础是指在桥梁建设施工过程中不需要大型机器设备就能完成的施工情况。由于浅基础不需要使用大型的机器设备,资金耗费较少,所以常用于中小型桥梁工程。刚性基础地层较为坚硬,荷载力度大,柔性基础地层软弱,无法承载桩体和桥梁的重量,需要在其中安装受力钢筋增强其稳定性。二者适用条件不同,但在施工建设过程中各有优点,都具有较强的实用述,结合山区等特殊地形地质条件的实践经验,对建设过程中遇到的问题进行分析。1 桥梁基础设计重要性概述桥梁基础设计主要包括两个方面,科学合理的基础结构设计和切实可行的地质施工设计。由于山区地形、地质条件相较于平原地区来说极为复杂,因此在山区建设桥梁隧道工程具有很大的困难,特别是在桥梁设计方面带来巨大的考验。只有在桥梁工程设计时充分考虑到可能会发生的问题,既保证桥梁的安全性和实用性,又需要保证桥梁设计的前瞻性和环保性,才能使山区高速公路建设达到新的发展高度。交流园地EXCHANGE FORUM2023/02 总第564期 CONSTRUCTION MACHINERY33性。根据其自身特点,刚性基础在施工建设时作为基本的施工方式进行考虑,而柔性基础则常常应用于地面基础较为复杂,桥梁涵洞上部条件略高的施工情况。（2）深基础的特点。深基础是相对于浅基础的概念,是指在桥梁建设施工时具有高度稳定性和负重能力的建设方式,其包含沉箱、沉井基础等多种方式。其中,沉箱基础是指施工人员进入箱状施工空间内沉入地下进行挖土施工,在该空间内为保证相应的施工条件充入必要的空气；沉井基础是指通过打井挖土沉入地下达到既定设计的位置后,使用混凝土进行密封,为桥梁工程奠定基础。尽管以上两种施工方式都具有高度稳定性和负重能力,但是由于桩基础的方式成本更低、技术更为成熟、施工速度快,所以应用最为广泛。（3）桩基础的特点。桩基础是目前在高速公路桥梁建设中应用最为广泛的一种方式,是指根桩进行排列建设,在桩的顶部安装承台构成,多个承台连接而形成高路公路桥梁建设的基础。根据施工法的不同,桩基础可以分为挖孔、打入和钻孔灌注等方式。桩基础按受力特性可分为支承桩或嵌岩桩及摩擦桩。桩基础的设计原理是承台和根桩承受的力通过根桩的连接共同承受压力,并在地基形成受力的整体。因此,桩基础能够形成高强度的稳定能力和受力能力。3 复杂断裂带地质条件山区高速公路桥梁设计对于山区公路桥梁建设中的墩台,主要分为钻孔和明挖两种方式来进行基础设计和建设,在具体的施工过程中需要根据实际情况来选用钻孔或明挖的方式。钻孔方式适用于山区地理地形环境较差,桥梁设计时基础建设位置处于岩石,无法将基础进行深埋时,应用钻孔的方式能够最大程度扩大桥梁的基础,为后续建设提供更强的稳定性和安全性。但钻孔方式需要墩台四侧都进行钻孔将基础深埋,具有施工成本大、难度高的特点,而桩基础能够弥补这一不足,其成本较钻孔更为低廉,施工工艺简单。因此,在桥梁的具体设计施工时应综合考量山区地形地质因素和经济因素选取合适的设计方案。由于山区地形地质条件比较特殊,常出现滑坡、泥石流和土地湿陷等高发区域,因此在进行桥梁设计时应提前进行考察,尽量避免此类地质情况。明挖方式适用于在山区坡度小、基础岩层和土层稳定等地形地质情况较好的施工条件下,对地基采取明挖的方式用来扩大桥梁建设基础。明挖方式常应用于浅基础条件下,如一般的涵洞和隧道建设也常常采用此种方式进行施工。施工时要对地基进行确认其承载能力,在地基持力状况不足以支撑工程建设时,可对其进行夯实的方式进行加固,提高地基承重能力。如果地基的上层承载力不足,需在深部进行力的支撑,则需要利用桩基础的建设方式进行施工。桩基础的施工标准要求嵌岩深度为桩径的2.53倍,用以保证单个桩体的承载能力,特别是陡坡的设计需要对嵌岩深度进行更全面的考量,确保设计的合理性、实用性和可操作性。4 复杂断裂带地质条件山区高速公路桥梁应用分析4.1 桥梁基本情况本桥梁位于深圳断裂带内的丘陵地区,整体地势构造为东北方向和东西方向的断裂地带,整体地层包括填土、积层、花岗岩层等。本桥的桥梁主体分为两部分,底部为柱式墩台和钻孔桩深基础。地基层的土层性质为亚粘土层,岩层性质为砂岩,包括全风化、强风化、弱风化和微风化等部分。桥梁顶部为装配式预应力混凝土连续梁桥。4.2 大桥桩基计算分析在计算桥梁桩基时,需要进行综合全面的考量。一方面,桥梁位置处于图1 桥梁浅基础井点法布置接头胶管集水总管原地下水位降低后的地下水位抽水系统井点管过滤管基坑建筑机械34交流园地EXCHANGE FORUM表1 莲塘高架桥桩长计算列表墩号单桩承载力/kN计算桩长/m1号6520.63242号7076.26163号49989.00174号7097.41175号7443.45306号7504.3357号7237.62388号7856.04389号9412.173910号8934.463811号9500.623812号9500.623813号7091.522东北方向和东西方向的断裂地带,地形地质环境较为复杂,桥梁的桩基施工方式和数值设置应当结合建设区域的地质条件,考虑地质条件对桥梁桩基产生的影响。另一方面,桩基的长度具体取值时应当通过钻孔的方式进行,以确保取值的精准度。如图2所示,本桥位置的地层存在自北向东方向的复式褶皱,基岩为裂隙发育的石炭泥质粉砂岩和石英砂岩,属于石炭碎屑岩和花岗岩区,并且在3号桥墩位置处于地质断层。在进行钻孔施工时,由于弱风化岩层的岩芯出现块状的节理裂隙发育,承载力度不足以支撑桩体,而微风化岩层质地较硬,单轴抗压强度能够承载桩体和桥梁的重量,具有较强的承载能力,因此在计算桩长时应当将微风化岩层作为持力层,而不采用弱风化岩层。由图2可以看出,3号桥墩桩位的地层岩石性质与1号桥墩桩位的岩石性质不同。1号桥墩桩位的岩石性质为砂岩,3号桥墩桩位的岩石性质为恰黄岗岩,说明3号桥墩位恰好位于地质断层。此处桩基按照嵌入微风化岩层的方式,3号桥墩桩位的桩长和承载力如下所示 P=（c1 A+c2Uh）R=49989.0kN 5163.0kN由式中可以得出,桩基嵌入微风化岩层后桩长和承载力满足应用条件的计算结果。其余计算结果如表1所示。4.3 桥面线形测量的新技术实例要进行施工的三塔斜拉桥梁在某河道处,并在此之前进行过相关的实验。经过测量,两个主跨约为616m,双向6车道,桥面宽度为29.5m,该数据仅供参考,因测量会有误差。考虑到现实的多方面因素,本文中的测量仅提供一个跨上进行的数据和分析,可以分为以下工况:（1）工况1空载：顾名思义,桥面上无荷载；（2）工况2半载：桥面跨中央加载设计荷载的一半；（3）工况3满载：桥面跨中间都是设计荷载；（4）工况4空载：荷载离开后桥面无荷载。为了测量结果的准确性,采用了形变雷达干涉测量仪进行测量,让实验结果更加可靠。可以被测量的物体要想得到其精确的数据,就要在形变雷达干涉测量技术的桥线性测量干涉测量成像（image by interfereometric survey,IBIS）系统对目标物可以在距离较远、涉及范围较大的不间断的监测的基础上做好研究工作。IBIS系统包括多种型号,其中很重要的一种型号是IBIS-S系统。当今时代,人类技术的不断发展,一些楼层和高塔的高度已经超出了很多系统的监测范围,IBIS-S系统却适用于这些建筑的监测。经试验,我们得出它的最大监测距离、距离分辨率、最大采样频率分别是1km、0.5m、200Hz。而且对于视线上长度变化的测量十分精确,其中干涉法起到了十分重要的作用。形变雷达系统是一个很强大的系a 1号桥墩桩位处钻孔柱状图16016018018059.88760.08143.08140.4545.5552.6556.0744.4737.2732.97CZK1ZK6亚粘土强风化粉砂岩强风化粉砂岩弱风化粉砂岩弱风化粉砂岩微风化粉砂岩微风化粉砂岩35.8871508.5240015001700b 3号桥墩桩位处钻孔柱状图图2 桥墩桩位处钻孔柱状图2023/02 总第564期 CONSTRUCTION MACHINERY35设计之重,山区桥梁建设才能得以长远发展。参考文献1 李建军.山区高速公路桥梁的优化设 计J.中华建设,2021(04):94-95.2 张嵩.山区高速公路桥梁设计关键问 题探析J.黑龙江交通科技,2021,44(02):133-134.3 郝轩.山区高速公路桥梁设计要点分 析J.城市建筑,2020,17(23):150-151.4 丁菊.浅谈山区高速公路桥梁设计问 题J.建材与装饰,2020(16):284-287.5 金城.山区高速公路桥梁建设特点及 优化设计J.交通世界,2019(30):124-125.6 杨胜财.浅谈特殊地形条件下高速公 路常见问题及应对策略J.黑龙江 交通科技,2014,37(07):187.7 余荣斌,廖骏.特殊地形条件下高速 公路桥梁的基础设计方案分析J.交通世界,2016(29):80-81.8 艾钰环,丁明浩.特殊地形条件下高 速公路桥梁的基础设计方案研究J.交通建设与管理,2014(24):204-206.9 郑再超,张萌,杨茜茜.高速公路逃 缴通行费问题及治理方法研究综述 J.内蒙古公路与运输,2021(05):59-62.10 李楠.高速公路桥梁高墩施工常见 误区及质量控制对策J.山东农业 工程学院学报,2021,38(12):10-13.图3 GB-SAR 监测与沉降归算桥面dRhr图4 GB-SAR 跨中点的变形曲线0500250015003500100030002000400045000-100-500-300-700-200-600-400沉降/mm工况1工况2工况3时间/s图5 不同工况下 GB-SAR 测量的线型曲线 工况1 工况2 工况3 工况4沉降/mm00400200700600100500300-200-600-400-800桥长/m统,它的高分辨率不仅体现在时间上,在空间上也有很大作用。在这两个维度,通过对各种数据的分析,可以精确判断出线形和震动等特征。桥底下面是一个很好的监测点,这里环境影响小,操作更方便,几乎不会影响仪器摆放方向。中心到该单元的视线向长度（斜距）及该视线向上长度的微小变化 r（见图3）是测量过程中很重要的参数,这对于每一个单元的测量都是必不可少的。进行一些数学转换可以很容易地得到每个单元垂直方向的变化d,可以利用d=rR/h这个数学公式在测量出需要的数据之后进行带入换算,最后得出车辆的