石漠化山区公路构造物设计及实施研究

蒙政豪

(河池市公路管理处，广西 河池 547000)

0 引言

石漠化是指在亚热带湿润地区喀斯特极其发育的自然环境背景下，受人为活动干扰和破坏，形成侵蚀和基面裸露的荒漠化地表，广西90%的土地属于石漠化土地，其中80%的贫困人口居住在石漠化区。广西的河池市及百色市是石漠化重点灾害地区，同时这两市也是广西深度贫困地区。随着扶贫攻坚不断深入，要致富先修路，近年来及今后有大量的农村路网工程在该地区实施。本文结合河池市都安地苏至大化雅龙县际三级公路实施经验，介绍石漠化山区公路构造物设计及实施方法。

1 石漠化基本特点

石漠化是一种荒漠化生态现象，根据其基岩的情况，分为6个级别和不同的评价，如下页表1所示。在石漠化山区修建路桥时，在同一桥面下，相邻桥墩的高度差不同，导致支承受力点产生偏心距。山区石漠化公路的另一个特点是平面曲线的半径小而呈现大量弯面。由此，小半径路面下设计排水是难题，且路面的现浇结构极容易出现变形，不能很好把控其横向稳定性。此外，路桥过渡段由于受地形的影响，上部结构会对下部结构产生下沉力，在施工设计时，要对地基做支撑性的技术改善方案，因此对路涵进出口的处理也是石漠化山区公路设计的重点。

表1 石漠化因素特征评价汇总分析表

2 石漠化山区公路构造物设计

受石漠化山区水平和垂直截面的局限，其设置公路构造物时应有别于平原公路建设，例如，平面曲线R直径设置，其涉及道路纵向坡度、地面的起伏和横坡(changeful)等，这些因素很可能导致设计的偏差。

2.1 重视桥台锥坡设计

从图1分析可知，由于勘测桥台锥形倾斜度不精确，其平、立面所示锥体倾斜设计的重要性经常被忽略，致使桥台圆锥形倾斜在高速公路使用初期发生崩溃现象屡见不鲜。究其原因，首先是设计桥台锥体倾斜度没有配备对应的结构图施工图，相应的工程学数量测量点不到位，当现场操作时出现隐患；其次是石漠化山路桥台锥体倾斜的不确定性所致，并且锥体倾斜填装的高度处于不平衡状态，锥体倾斜填充材料没有参照设计索引或者夯实。 所以，在桥梁的桥台锥坡设计时，锥体倾斜设计应给出对应的锥体倾斜范围和高度、维度和其他设计数据，确保工程学数据准确、不遗漏。另外，在建造过程中，不能使用机械夯实之处，需作人工木夯；桥台锥体倾斜和基础的锥体必须通过设置对应的标签汞修造。

桥台锥坡其上部8.0 m高度范围内边坡坡度采用1∶1.50，中间设置2.0 m宽平台，8.0 m以下部分锥坡坡度采用 1∶1.75。锥坡填料采用现场素填土分层填筑，每层压实厚度≤30 cm，锥坡坡面包括平台，采用30 cm厚等截面M7.5 浆砌片石防护[1，2]。其平、立面示意图见图 1。

图1 桥台锥坡形式示意图

2.2 注重桥梁整体结构设计的稳定性

由于公路桥梁轴线的高低变化，容易形成桥梁在相邻桥墩高差出现差异，有部分的桥墩出现高差，上文已提到的又如图1所示：典型的上部结构连续桥墩和上层建筑整合。通过计算表明，当桥墩高度>12 m时，桥墩梁的固结适于组合在一起。由于桥墩高度的增加，桥墩偏心压杆的稳定性越来越差，墩梁加固后，桥墩作为偏心压杆的两端受到抑制。

2.3 注重基础安全性设计

公路桥梁柱墩作为基础设置，当地质条件良好时，可适当设置扩建地基。但针对石漠化山区地势的不利因素，不能像平坡小墩基础一样处理。对于地面坡陡的(墩高差距大时)桥墩基础设置扩建，反而带来更多的隐患。 首先，设置基坑不可避免地引起地质的相互影响；其次，地表水将冲击回填地基土，由此出现裸露现象；此外，构造桥墩基础的边缘，虽然会扩大地基截面积，但对防冲刷的基础设置不利。当桥墩高度差较大时，应确保相同高度的桥墩截面尺寸一致，其余的增大截面尺寸，平衡墩刚度差大带来的影响变形。

2.4 小型构造物设计

石沙漠化山区高速公路阴沟和渠道等构造物设计时，由于出入口处横向倾斜坡度大，主要表现为排水困难，自然水流落差较大，并且存在出水渠道口高差等现象。因此，岩石沙漠化山区高速公路阴沟渠道作用应作功能性的划分：设置步踏或下水井作为排水构造为宜；岩石阴沟基础可以设置成台阶形式，渠道一般不设置台阶；阴沟出口必须加强硬底化处理，防止水浸蚀路基。

3 石漠化山区公路构造物实施重点

由于石漠化山区公路存在一定的特殊性，要出于安全、经济、美观、实用的原则进行建设，同时考虑经济合理、坚固耐用、因地制宜、施工方便等因素，合理确定涵洞和孔径的位置。施工方案必须科学、安全、可靠，保证施工结构和施工人员、机械的安全。

3.1 边坡与构造物

石漠化山地公路沿线溪流存在地面陡峭的横坡问题，形成高填方和深基坑开挖剖面。高填方深基坑段存在众多不利因素，如深基坑边坡稳定性问题，通过多级边坡开挖，原山体易受破坏，没有有效的处理方法。采取固定相位测量方法是在减少或不开挖边坡原则上，沿沙河桥横过，在路基一侧的外侧向下设短挡土墙，或做新的路基设计标高，设置约6 m矮挡土墙体结构等。石漠化山区公路河沿线，应尽量减少开挖和填土形式的组合结构。

3.2 跨径与墩高

石沙漠化山区公路，特别是高等级高速公路，为了达到纵向过渡平稳，经常作高积土堤防的平堤段施工。 而堤防高度越高，路基击实越难，在这种情况下，不可避免地选择跨越桥梁。 在桥梁跨越间距选择时，选择小间距跨，结构施工便利，造价低，但下部墩柱的量大，成本一下子攀高，得不偿失。如上所述，长间距墩结构也存在不利因素。 研究证明，当桥墩高较跨间距差最小时，工程投入成本最低，结构最经济。 根据这项原则，总结得出墩高与跨径关系(见表2)。

表2 墩高与跨径关系表

3.3 净空与上部构造建筑高度

在平原公路上建构造物时，其净空和路基填土高度是矛盾的。 由于公路用途作用的需要，公路建设时的净空有一定的要求，但路基填装的高度需要大量土方，增加了造价。相反，若减少路基高度，桥梁长度将极大地减短，有利于节省成本。如何平衡净空与路基高度，在施工现场需要作好决择，即在满足净空要求时，下调路基的高度，尽量减少桥梁上部结构的高度。 例如对于40 m跨径的T形梁(预制零件高度达2.40 m)和prefabricated槽梁(预制高度为1.60 m)，比较发现在同样净空的情况下，槽形梁桥梁长度缩短60 m，路基积土数量较少，比较结果见表3。

表3 桥梁上部构造建筑高度比较表

3.4 设计水位与路基高度

对公路形成水流冲击多在山河横跨河和沿路小河线。 因此有专家提出，下调设计水位的高度值，减少雨季的洪流落差冲击，石漠化山区公路的重点集中于公路基础上，适当减少安全储备是可行的。 所以，在十字架(沿)(小河)桥梁设计的河堤防，事先注意水文学数据的汇集，不但要了解最高水位，而且将收集水平面数据作多方法和公式的计算。 另一方面，在充分了解水位平面的情况下，作好跨接设计，适当地减少安全水位高度值，以实现经济性目标。

3.5 构造物布设

3.5.1 大中桥布设和调查

大中桥布设和调查的重点是桥台和墩基础。测绘程序与施工图纸设置的原理测量要求U形桥台侧壁必须测量到地面以上的设计标高，需要补充的是侧壁和墙面接地的位置问题，由于石漠化山区公路一般采用U形桥台，而侧墙和前壁往往有抬升斜坡，基础地线不再是路基边缘线的水平投影；基础地线延伸的目的是为了保证桥台的基础足够深。为避免基础的破坏及导致遭受水灾和涝渍，这方面的问题是施工要注意的地方。

3.5.2 小桥涵洞布设

石漠化山区公路小桥涵布设重点是孔径问题，石山区为岩溶地质结构，同时消水能力较强，按有关要求做好钢筋盖板涵即可。

3.5.3 分离式护栏

主要有波形钢护栏和钢筋混凝土护栏，按照有关公路等级相关规划图纸标准实施。在经费有限的情况下，不能对全部隐患路段设置安全护栏时，有波形钢护栏和钢筋混凝土护栏混合设置时，对钢筋混土护栏设置更应讲究合理性和科学性，精细化实施管理：(1)下坡时，路线有左拐及右拐，在弯道路段应设置钢筋混凝土护栏；若右侧为下边坡时沿车行方向左拐务必将安全防护设置为钢筋混凝土护栏；若左侧为下边坡时沿车行方向右拐务必将安全防护设置为钢筋混凝土护栏。(2)若弯道外侧有民房在下边坡也要设置钢筋混凝土护栏。

3.5.4 挡土墙调查及设计重点

石漠化山区公路挡土墙的出现是不可避免的。由于石漠化山区公路不同于高速公路，可以打隧道架高桥，因此出现了大量的路基挡土墙。但在施工图设计中，大部分设计和现场地形有较大误差。设计图通常是通用图而且断面桩号20 m一个，而在石山区路段下边坡实际地形可能隔2～3 m就大不一样了，再加上施工图平曲线设计方面在高边坡石山区较难达到，在高边坡石山区对于线路走向要敢于针对实际地形条件做出变更优化。因此基本所有的挡土墙全部要重新现场设计。对一些弯道及平曲线有可能要精细修正，通常挡墙通用图均不能套用，山区边坡挡土墙基础通常要修改为台阶基础，而且是一层码一层，而不能像通用图一样开挖扩大式的基础，这不符合实际。应通过现场地形逐个设计，应用挡墙设计软件计算分析，依实际情况改为石质的计算。若挡墙基础依墙高改为C15片石混凝土需要埋钢筋，则按有关规范植入钢筋。

4 结语

上述石漠化山区公路构造物设计及实施应用于都安、大化、环江下南乡都属石漠化重点灾害防治地区，如都安地苏至大化雅龙三级公路改建工程、河池市国防公路建设项目，均已达到预期的效果，同时交通运输部充分肯定河池交通运输工作成绩，下一步河池市、百色市路网工程将有大量的新改建三级石漠化山区公路。