浅谈贵州山区桥梁基础的设计与研究

陈冲彦 陈夏雨

【摘要】针对贵州山区桥梁经常需要在横坡较陡峭的山坡上设立墩台的情况，具体介绍了如何有效避让不利的地理條件以及山区桥梁桩基设计的解决方案及在设计时需要加以慎重计算及考虑的事项。

【关键词】贵州山区桥梁；陡峭横坡；桩基础设计

随着我国西部大开发战略实施的推进，贵州作为西部落后地区，加快市政工程的建设步伐改变当前交通落后面貌会是一项非常迫切的重要任务。贵州山区公路地形地质及基础条件复杂， 尤其是近几年周围区县在建的滨江大道，沿河而建，横坡很陡，在山坡上设置墩台基础是桥梁设计的一大难题。

1、桥梁墩台及基础型式的选择

贵州山区滨江大道上一般地质复杂，大多数路桥修建区域地面高差较大，变化频繁，横坡陡峭，不良地质主要有岩溶、松散堆积体、不稳定斜坡等。凯里滨江大道所处地理位置除了不良地质外还需考虑已建成珠六线铁路工程。因此线路布设时平纵横三方面都受到约束，且平曲线多、半径小、纵坡大。在初步设计时因未充分考虑到江边冲刷的问题，设计的主梁为30米现浇钢筋混凝土主梁，基础为墩柱桩基基础，采用满堂支架现浇法施工。因施工周期较长，发现靠近滨河大道的起点段虽地质情况较好，基岩埋深较浅，但横坡陡峭，局部地段成悬崖状，支架搭设存在严重的问题，处理地基与支架搭设费用严重超支。

设计中主要考虑的基础形式有两种，扩大基础和桩基础。一般地质情况较好的地段采用扩大基础较多，但采用扩大基础缺点有开挖面积大，地面纵横断面较陡，若采用扩大基础，不仅需考虑大开挖面对珠六线铁路边坡的影响，且两侧基础埋深相差较大，易引起基地应力不均匀，因此从结构安全性及施工难易程度、环保多方面综合考虑，全线均采用桩基础。

2、桩基础的形式

贵州地区桥梁的桩基础形式大多数采用端承桩，较少见摩擦桩，尤其是凯里及遵义地区。凯里及遵义地区地质较中分化岩层夹软弱层或溶槽较多，且中分化埋深较浅。但贵州山区桥梁工程所处地地形一般高低起伏，地质分布严重不均匀，这就决定了贵州山区桥梁基础还具有以下特点：

1）同一承台下各桩基不等长。

贵州地区桥梁很多情况下由于基础所处岩层高低起伏较大，或者地基开挖后与地勘资料有很大差异，局部易出现溶洞、溶槽或软弱夹层，需将桩基进行加深处理。且因地质的特殊性，贵州桥梁桩基一般采用机械成孔桩，且成孔后需及时浇筑，否则易出现塌孔或垮孔现象，因此经常会出现较早时间浇筑的桩基与出现特殊地质加深处理的桩基桩长相差较大的情况。最为明显的是位于贵州省贵阳市南明区龙洞堡片区的鱼梁河大桥，1号墩处同一个承台下6根桩，最长的桩基38米，最短的桩基9米，桩长相差高达4倍。《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2207）5.1.5条规定：在同一桩基中，除特殊设计外，不宜同时采用摩擦桩和端承桩；不宜采用直径不同、材料不同和桩端深度相差过大的桩。因规范未明确“相差过大”的范围，故在不得不采用同一承台下不等长桩时应仔细校核计算，进行技术和经济上的全面比较，确保安全、合理、经济，权衡利弊，慎重选择。

2）高桩承台。

高桩承台的承台底位于地面或冲刷线以上。当桩基不可避免位于山上，且横断面如图所示，部分桩身裸露在地面以上可节约桥墩的圬工数量，减少水下作业，施工较为方便。但是因为桩身外露部位没有土的弹性抗力作用，桩身内力和位移较大，稳定性相对低桩承台较差。《高桩承台的稳定性分析》乐云详等（桥梁建设第1期）分析了高桩承台的稳定性，根据其分析高桩承台受力复杂，在通常的设计工作中仅按梁系或撑杆加系杆近似分析，不能真实的反应结构的受力情况，其稳定性在实际的设计和施工中需谨慎加以考虑。

3）半依半支承台。

如下图所示，桩基承台板的一部分置于基岩上，另一部分支承于桩基上。从受力角度而言这是一种很不利的桩基形式。这种桩基形式在凯里及镇远地区在建的两条滨河大道上尤为常见，因常年江水冲刷靠近江边的横断面陡峭，几成悬崖状，靠近内侧为陡峭山体，从山体稳定性及环保角度不具备开挖条件，因此必须采用此种基础形式。其承台板与岩石的接触处，如何处理很难把握。若采用铰链接，会使连接的构造复杂，且连接处的防水处理也比较困难；若采用刚性连接，则承台板和岩石之间形成刚性连接，约束了承台板的转动，对承台板受力不利。总之这种结构体系的受力不很明确，计算存在很大的困难。在采用这种桩基时需特别注意桩基截面不宜太小，桩基不宜太长，尽可能的降低桩与岩石地基的刚度差值。

4）同一桩号半扩大基础、半承台桩基础。这种基础形式如下图所示：

这种同一桩号处一半是扩大基础，一半是承台桩基础在沿江而建的桥梁处较为常见。这种情况与半依半支承台地层走向类似，因右侧不具备大开挖条件，未设置承台，扩大基础置于埋置较浅的基岩上，右侧设置桩基。此类基础形式受力更为不利，承台受力呈45°较扩散，部分应力会作用于相邻桩基中部，导致桩基的受力形式发生很大变化，受力比半依半支承台桩基形式更差，在设计中更加需要加以避免。

3、设计注意事项

（1）针对贵州地区特殊地质较多的情况，山区桥梁对地勘应该提出更高的要求，除了通常桥梁的地勘要求外，桩基直径较大的需增设钻孔，且需提供完整的横断面图以及岩石的节理走向及稳定程度。在设计时结合山坡的坡度、水文等情况对桩基的设计加以控制。

（2）对于整幅横断面较宽的桥梁，考虑基础左右幅分开做，避免左右幅基础互相干扰，避免因两侧高差过大，一侧大开挖导致另外一侧基础落空，这在设计中需加以避免。

（3）同一截面处要整体考虑，左右幅墩柱高差较大的桥墩，应保证相同高程处墩柱截面尺寸一致，其余部分加大截面尺寸，尽量平衡墩柱刚度差别大带来的上部结构变形不协调的影响。对于一联或一个横断面既有扩大基础又有桩基础的，扩大基础必须置于中分化以上的基岩上，以控制墩台的不均匀沉降。

参考文献：

[1]. 《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2207）；

[2].《山区桥梁基础的设计与研究》（王航.《中外公路》第28卷26期 2008年12月）；

[3]《桥梁工程》，高杰，科学出版社，2004

[4].《高桩承台的稳定性分析》（乐云详等（桥梁建设第1 期））；

[5] 罗卫东.浅谈道路的竖曲线设计.中国市政工程.2000，10～17。

作者简介：1.陈夏雨（1986.02-），女，山西吕梁人，硕士，助理工程师，主要从事桥梁专业的科研设计工作。2.陈冲彦（1980.01-），男，山西吕梁人，本科，工程师，主要从事道路专业的科研设计工作。