岩溶区中小跨径桥梁结构形式及存在问题分析

许国平

(1.广西大学土木建筑工程学院，广西　南宁　530004；2.广西交通投资集团有限公司，广西　南宁　530029)



岩溶区中小跨径桥梁结构形式及存在问题分析

许国平1，2

(1.广西大学土木建筑工程学院，广西南宁530004；2.广西交通投资集团有限公司，广西南宁530029)

摘要：文章通过对广西岩溶区中小跨径桥梁的调查统计，分析了岩溶区中小跨径桥梁的常见结构型式及主要病害形式，并从设计、勘察、施工、养护等方面阐述了岩溶区中小跨径桥梁建设主要存在的问题，为相关工程提供管控思路。

关键词：岩溶；中小跨径；桥梁结构；桩基；病害；问题

0引言

广西地区的地壳发展历史，从泥盆纪至二叠纪时代，沉积物大多以碳酸岩为主，且分布范围和厚度均比较大，是我国岩溶地貌集中发育最为强烈的地区[1]～[4]。广西处于亚热带季风区，常年气温较高，年均降雨量较大，是我国境内年平均降雨量的一倍多[5]。因此，也将广西区岩溶称为热带岩溶，其在地表和地下的发育规模都比较大，并形成了许多大流量的地下河。由于广西区岩溶情况复杂且无规律，给建筑工程的设计和施工带来了极大的困难，尤其是桥梁工程，在建设和使用过程中的稳定性受到严重威胁。

1广西岩溶地貌特征

在岩性、气候和地质构造等综合因素制控的条件下，同时受碳酸盐岩石可溶性、透水性及水流动性的制约，使得广西区内的岩溶分布呈现出一定的分带性[6]。根据岩溶特征可大致划分成四个岩溶地貌带，如图1所示。德保-大新以西及河池-都安为峰丛区，全州-宾阳及平果-龙州为峰林区，富川-贺县及象州-崇左为孤峰区，桂平、贵县及玉林一带为岩溶残丘区。由于灰岩的可溶性和透水性最好，遇水易形成岩溶，其在广西境内呈离散状分布，东北部、中部及南部分布较多，在河池-龙州以西、靖西-田阳的峰丛区有所出露，而在峰林区的桂林和柳州一带、永福-融水、隆安-平果、龙州-大新之间均有大面积出露，在孤峰区，如象州西南部一带也分布较广。

图1　广西岩溶地貌分布图

岩溶的大规模发育使得广西区岩溶水资源十分丰富，并汇集成很多地下河及大泉[5]。图2为广西境内岩溶水的分布图，可以看出枯水期平均流量>1 m3/s的地下河主要分布在广西西部及中部地区，且德保和都安一带较为集中；大流量下降泉主要集中于来宾以南的地区；平均流量为0.5～1 m3/s的上升、下降泉主要分布在广西西部，南丹、田林和大新以西均有零散分布。在广西西北和西南地区，每千平方米的范围分布的地下河达6～13条。

图2　广西岩溶水分布图

2中小跨径桥梁结构

针对广西区岩溶地貌的分布特点，为了掌握岩溶区中小跨径桥梁的结构形式和病害特征，对广西境内多条公路干线上的桥梁进行了调查，其中包括桂(林)-梧(州)高速公路、宜(州)-柳(州)一级公路、河池(水任)-南(宁)公路以及桂林国道过境高速，调查桥梁合计257座。统计结果如图3所示，上部结构采用的型式有预应力箱梁、斜腿刚构连续梁、预制空心板、预应力T梁、现浇连续板/梁、连续刚构等。从图3中可看出岩溶区中小跨径桥梁上部结构以空心板、箱梁及两者的组合型式为主，使用比例合计达88%。这表明，与非岩溶地区情况相比，地基存在岩溶时对中小跨径桥梁上部结构型式的选用影响不大，其型式仍然以常见的预制空心板和箱梁为主。

图3　上部结构型式柱状图

岩溶区中小跨径桥梁下部结构型式(基础、桥台和桥墩)的选择如图4所示，可以看出，基础主要采用的型式为扩大基础、桩基或桩基承台，分别占41%和58%的比例；桥台的选用以柱式桥台为主，占55%，其次为重力式U台，占40%，也有部分桥梁采用了肋式桥台，仅占5%；桥墩选用的型式则以柱式桥墩为主，使用比例达76%，另有22%的中小跨径桥梁采用了薄壁墩，其它桥墩型式仅占2%。这表明在岩溶条件下，桩基基础是中小跨径桥梁下部结构的首选型式。

(a)基础

(b)桥台

(c)桥墩

根据上述调查，在中小跨径桥梁结构型式的选择方面，地层存在岩溶时主要影响桥梁基础型式的选用，而在桥梁墩台和上部结构的选择上，当遇到岩溶发育规模较大或者岩溶条件恶劣而不适合修建桥梁时，通常在勘察设计阶段中就已经考虑改变线路避开岩溶区。因此，岩溶的存在对桥梁墩台和上部结构型式的选择影响较小，但是，岩溶不可避免地对基础产生不利影响，为了降低地基承载力的要求，以减少基础工程的受荷，设计中墩台和上部结构一般首选轻型构件。综上分析，认为在岩溶地区进行桥梁工程的建设，应重点关注桥梁基础，尤其是桩基基础的稳定性，其在建设过程中容易产生各类病害。

3主要病害及存在的问题

3.1主要病害形式

通过对岩溶区的中小跨径桥梁的调查统计，发现岩溶对桥梁造成的主要病害是引起基础变形破坏。表现在发生坍塌、沉陷、突涌水等导致地层围岩强度降低，承载力减弱，使得地基的稳定性显著下降，并进一步造成桥梁基础失稳，最终引发桥梁整体结构发生破坏。岩溶作用影响桥梁基础主要体现在以下几个方面：

(1)岩溶区地基承载力不足

岩溶空洞上覆地层强度低或者厚度较小时，在上部荷载的作用下，空洞顶板容易发生剪切破坏，并导致桥梁基础失稳，严重时引发上部结构发生剪切破坏。

(2)岩溶区地基沉降不均匀

当地层中存在溶洞、石芽、溶沟、溶槽等，使得地面表层的黏土厚度不均匀，在附加荷载的作用下，采用扩大基础等形式的桥梁将发生不均匀沉降。

(3)岩溶区基础塌陷

基础附近有溶沟、溶槽、空洞等时，较大的上部荷载可能使地层坍塌，并导致基础突然沉陷，使桥梁整体结构发生严重破坏。

(4)岩溶地下水突袭

在岩溶地层中进行钻孔时，可能突然发生大量涌水及涌泥灾害，地下水的涌出将使得周围岩土体的强度降低，严重影响到基础结构的稳定，同时还影响桥梁工程的正常施工。

3.2主要存在的问题

3.2.1勘察、设计中存在的问题

(1)设计理念问题。路线布设受传统技术和设计理念的制约，设计后出现较多的高边坡，同时也忽视了环保及美观等问题，在建桥修路的同时，仍出现大量的高填深挖现象，造成环境的破坏和水土的流失，并留下了严重的安全隐患。

(2)勘察不细致。由于勘察过程中对桥位所在的地形、地质和水文情况调查了解不充分、不全面，在桥梁孔跨布置时，存在桥位选择及孔跨布设等方面优化不足的现象，甚至出现技术和经济上不合理性的情况。

(3)结构型式单一。适应于各种复杂地形、地貌、地质水文条件的中等跨径桥梁结构方面的资料比较缺少，早期修建的结构形式单一，多采用简支体系，适用范围狭窄。调研中发现，有些项目周期短，时间要求紧，在结构设计时仅考虑了桥梁通航净空的要求，没有考虑地面纵横坡度、地质水文条件、施工工艺等不同方面的差异，导致桥梁与环境不协调。

3.2.2施工中存在的问题

桥梁在岩溶区施工时容易出现问题的主要是桩基的钻孔灌桩作业。在钻孔灌桩过程中，由于施工不规范或者地勘资料不准确，钻、挖成孔时容易出现坍孔、卡钻等现象，致使进度缓慢，严重时还会出现安全事故和经济损失。岩溶区桩基作业时常见的钻、挖成孔事故及产生原因有：

(1)坍孔。当钻孔穿越岩溶空洞的顶板厚度较小，或上部振动荷载较大时容易发生坍孔。

(2)斜孔。当岩层面较为陡斜，并且含有空洞、溶沟及溶槽的情况下，钻孔至倾斜面时钻头容易向岩层临空面一侧偏离，导致钻孔效果达不到设计的要求。

(3)弯孔。当岩溶空洞成竖向多层分布时，钻孔同时穿越多层岩溶时，可能发生沿岩层倾向弯曲的现象。

(4)漏浆。当钻入的岩溶空洞规模较大或钻入未探明的地下暗河时，可能产生大量的漏浆。

(5)卡钻。当钻入岩溶空洞顶板后，如果溶洞顶板厚度不均匀，钻头容易偏向较顶板厚度较小的一侧，导致提钻时钻头卡在岩层中。

(6)混凝土流失。成孔以后灌注混凝土时，如果地层中空洞相互连通且规模较大，则将流失大量的混凝土，并发生桩孔难以灌满的情况。

3.2.3养护管理中存在的问题

在养护管理方面，目前岩溶区中小跨径桥梁存在的问题，也是我国公路桥梁中普遍存在的问题，主要为桥面铺装开裂、破损，栏杆粉刷层严重脱落露筋，人行道损坏，泄水孔及伸缩缝堵塞，桥梁无限载标志等。另外，由于铺设电力、自来水、通讯等管道增加了桥梁的荷载，加之近年来交通量的迅猛发展，货车载重量的日益增加，使得桥梁在不同程度上受到损伤，大大缩短了桥梁的使用寿命。产生以上问题的主要原因有：

(1)重建轻养。桥梁工程普遍存在重建轻养的现象，而要扭转这个被动局面，需要推行预防性养护理念，不能等到桥梁出现事故后才去养护，这将极可能诱发一些设计施工不足产生的事故。

(2)缺少相关养护规范。在桥梁养护的具体措施方面，缺少可行的标准规范，目前还停留在依靠管理单位自身认识水平和管理水平来进行养护的低级阶段。因此，急需编制桥梁养护相关的技术标准规范和建立相应的管理体制。另外，应将桥梁的养护经费纳入公路运营管理预算。

(3)养护管理和技术水平不成熟。养护工作人员缺乏一定的专业技术。各交通主管部门还需重视和加强岩溶区桥梁的养护，特别是岩溶分布复杂且规模较大的地区，应定期监测桥梁结构的受力情况，并根据实际情况制定适当的养护管理措施，同时积极组织桥梁的检修、加固及改造工作。

4结语

通过对广西岩溶区中小跨径桥梁的调查统计，发现岩溶主要对桥梁基础的选型有较大影响，其中

桩基基础应用最为广泛，上部结构的选型并不受岩溶的影响，但为了减小岩溶地层的受荷，上部结构一般首选轻型构件。同时调查还发现地基变形破坏是岩溶区中小跨径桥梁的主要病害形式，其中包括地基承载力不足、基础沉降不均匀、基础塌陷等不良现象。最后分别从设计、勘察、施工、养护等方面，阐述了岩溶区中小跨径桥梁主要存在的问题，为以后相关工程提供参考和管控思路。

参考文献

[1]陈天铎.广西岩溶地区概况及水文特征[J].水文，1984.4：51-58.

[2]张丽芬，曾夏生，姚运生，等.我国岩溶塌陷研究综述[J].中国地质灾害与防治学报，2007，18(3)：126-130.

[3]朱真.广西岩溶塌陷特征及防治对策[J].水文地质工程地质，2002.3：75-76.

[4]韩淑朋，严新泺.广西岩溶塌陷类型、影响因素、成因机制及其防治措施[J].资源调查与环境，2012，33(2)：130-135.

[5]李国芬.广西岩溶水文地质特征及其资源[J].中国岩溶，1996，15(3)：253-258.

[6]王映文.略论广西岩溶地貌[J].广西地质，1986.1：71-75.

Analysis on Structure Forms and Existing Problems of Small and Medium-span Bridges in Karst Area

XU Guo-ping1，2

(1.College of Civil Engineering and Architecture，Guangxi University，Nanning，Guangxi，530004；2.Guangxi Communications Investment Group Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530029)

Abstract：Through the survey and statistics on Guangxi small and medium-span bridges in karst areas，this article analyzed the common structure types and main disease forms of small and medium-span bridges in karst areas，and described the main problems existing in the construction of small and medium-span bridges in karst areas from the aspects of design，survey，construction，and maintenance，etc.，thereby providing the management and control ideas for relevant projects.

Keywords：Karst；Small and medium span；Bridge structure；Pile foundation；Disease；Problem

收稿日期：2015-12-11

文章编号：1673-4874(2016)01-0048-04

中图分类号：U445

文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.01.011

作者简介

许国平(1980—)，在读工程硕士，高级工程师，主要从事公路工程建设管理工作。