山区公路陡坡桥梁设计和施工风险分析

满百礼

（中铁一局集团有限公司第三工程分公司，陕西宝鸡 721000）

高速公路中若是出现陡坡桥梁路段则需引起高度关注。设计者必须勘察陡坡路段的周边环境，并结合影响该路段的主要因素，制定出合适、科学的施工方案，选择合适的桥梁结构，找出项目工程中存在的风险，并提前做好防范；将桥梁方案、路基方案等进行对比，尽可能保障桥梁工程的安全性，合理控制成本。

1 陡坡桥梁方案设计控制因素

1.1 陡坡坡度

自然地面是长时间以来地表岩层受地质作用逐渐不再频繁变化、逐步保持稳定的结构。地面横坡坡度是正切值，是水平面和通过地表某处的切平面直角的角度值，能够体现该处的倾斜状况。通常情况下，地面横坡角度超过22°则就属于陡坡[1-2]，若是在陡坡工程中考虑到横坡角度，则可以划分成以下4类状况：

（1）22°＜横坡角度＜45°，则属于第一类别。同时该类别也会分为两种情况，当施工环境地质状况稳定，则可选择陡坡路基方案，只需进行挖方、填方等工作即可保障整个路基的稳定；但若是地质状况不稳定，则应选用桥梁方案。

（2）45°＜横坡角度＜53°，则属于第二类别。同样，假设地质状况稳定、坡度较大即可选用稳定性验算，即可选择桥梁方案；反之若是地质状况频繁波动，此时选择桥梁方案易爆发很多风险，选择隧道方案即可有效避免上述风险。

（3）53°＜横坡角度＜63°，则属于第三类别。这一类别由于施工难度很高、开挖易影响承台墩身结构的稳定，即便项目顺利结束，后期的维护、检修难度也极高，不管是从经济角度还是项目安全性能角度来看，桥梁方案均不是最佳方案，此时还是选择隧道方案比较适宜。

（4）横坡角度＞63°，则属于第四类别，该类别已经完全不适宜进行桥梁项目的施工，此时选择隧道方案或是选择避绕较为合适。

综上所述，桥梁方案是否合适整个项目工程主要取决于坡度大小。若是不考虑其他条件，要想选择桥梁方案，则需确保横坡角度在22°~53°范围内，但如果坡度＜22°，桥梁方案也可适用；反之如果坡度超出上限，则就不可选择桥梁方案。

1.2 陡坡地质条件

工程地质需综合考虑岩层属性、地质构造、水文分布、地震强度以及地质条件[3]。通常情况下，地质条件对桥梁项目的影响较小。然而相较于地势平缓地区，在陡坡部位如果地质条件不佳更易造成桥梁项目的施工难度上升。当陡坡段地形逐步趋于稳定后，则也表明该地段地质状况较好、覆土厚度较小。然而若是陡坡坡度提升、加之岩石自重、周边水文等影响，更易爆发地质灾害。因此，如果施工环境下的地质条件为以下三类，则不适宜于选择桥梁方案：

（1）陡坡段具备大面积滑坡，地下水含量高且位于地震频发区，极易出现滑坡滑动等灾害，此时若是选择桥梁方案，其桩基极易受滑坡影响，桩基位置出现偏移。

（2）若是位于地震频发区，陡坡路段存在大量危岩，极易出现坍塌等地质灾害，一旦地震爆发，将会出现危岩、坍塌体滚落等危险，此时若是选择桥梁方案极易出现梁体被砸坏等危险，严重影响过往车辆的安全。

（3）若是陡坡路段可能爆发泥石流，地下水分布密集、泥石流汇集能力强，则将严重影响梁体与墩身的稳定。所以，要想对陡坡路段选择桥梁方案必须综合研究上述各种状况，排查可能爆发的风险，评估所有风险出现的概率，严格保障整个工程的安全。若是评估风险爆发概率较高，则应放弃桥梁方案选择隧道方案。

1.3 陡坡施工条件

（1）陡坡桥梁一般位于地形较陡位其中难度系数极高。若是坡脚处桥梁施工难度最低，然而要想保证陡坡的稳定，在进行施工时，除了要保证岩体处于稳定，还需要降低坡脚开挖量。若是开挖坡面结构不够稳定，则需制定完善的防护方案。

（2）要想在半坡处进行施工需配备专门的施工平台与便道，尽量保留原坡面的完整性，在施工过程中对坡面展开防护。待施工结束需立即回填之前配备的平台与便道、夯实使其结构紧密。

（3）坡顶部位的施工难度系数是最高的，要想避免出现桩基某侧临空、降低其承载力状况，需建设防护墙进行防护、增强桩侧岩土层的厚度。在整个桥梁项目中应结合周边实际地形环境、桩基位置等内容，制定科学、可行的施工方案，保障边坡结构稳定、确保桩基承载力达到设计标准，配备防护设施加以巩固。

2 陡坡桥梁方案的选择

某项目穿越天井村，根据勘察资料，该处自然地形坡度为1:1.4，边坡处存在较明显的岩石裸露现象。线路小里程方向为大歇场隧道，大里程方向施工条件更佳，该处地形平缓，可作为互通的建设区域。由于现场地质条件总体较好，经多方商讨后最终采用陡坡桥方案，关于桥梁在本段的布置情况，见图1。

图1 天井村陡坡桥梁方案

新建天井村特大桥为典型的高架桥，建设在分离式路基段，全桥共跨越2条冲沟。结构方面，桥梁上部为装配式预应力混凝土T梁，下部以U台为主要结构，并配置适量承台分离式台，桥墩均采设置为柱式墩。现场纵横向地形偏陡，此条件下加大了施工难度，要求以科学的方法施作便道，遵循适度开挖的原则，避免过度开挖行为，否则易引发桥梁墩台失稳现象。经开挖后产生高边坡，为之采取防护措施以确保稳定性。本桥建设于省道S232上方，为给该线路的正常运行提供保障，施工现场做好防护，如增设围挡等，目的在于避免开挖碎石滚落，确保省道车辆的正常通行，以免发生安全事故。桥墩主要分布在陡坡地段，受此部分开挖作业的影响将产生高边坡，宜在该处设置护面墙，实现有效的防护。渗水、积水均会给正常施工造成不良影响，应当加强现场排水，根据实际情况设临时防排水设施。此外，K38+900~K39+050段施工条件特殊，其上方含大量发育危岩体，存在较高的掉落风险，为实现安全施工作业，需注重对该处的监测，根据监测结果分析其总体状况，基于实际情况采取科学的防护措施，全面避免危岩体掉落，以便给施工人员创造安全的作业环境。

3 陡坡桥梁主要风险及处理措施

3.1 不良地质引发陡坡垮塌的风险

对各种方案进行对比后，要想选用陡坡桥方案，应详细评估项目环境发生泥石流、岩石坍塌等危险的可能性，将所有风险尽可能规避，提前制定应对措施，例如滑坡防治措施、开挖泥石流槽、制定抗震措施等，尽量将地质灾害影响控制到最小，以此保障整个项目的顺利开展。然而，由于因地震、暴雨等因素引起的灾害影响程度或高或低、无法估计，设计者在进行路线设计时，需采取避绕。假设只有陡坡路线唯一选择，也必须提前制定防护措施，全面排查所有风险。

3.2 挖方边坡的防护提前进行

由于公路陡坡桥梁段一般处于山嘴部位，将受平纵面指标影响，需要进行挖方。因为坡度较大，挖方高度也就偏高，若是边坡坡率更陡，则易形成3~5级高边坡。按照地质状况，可在石质边坡安置较陡坡率，然而易出现岩石滑落等危险，因此需提前预留出3~5m的路线宽度给予岩石滑落空间，且需提前清理坡度表层的碎石，安防防护网、避免岩石砸到桥梁。除此之外，边坡排水设计也至关重要，应设计专门的坡顶截水沟，将水集中引入沟内，减小冲刷量，确保边坡结构稳定。

3.3 桩基的承载力保证

陡坡桥梁的结构通常是桩柱一体式，这种结构下桩基除了要承载来自侧面岩土体的负荷，还需要承载上部轴向、水平等部位的荷载。同时，由于陡坡的覆土相对较薄，桥梁桩基应选择嵌岩桩。在进行桩基设计时必须结构桩柱受力性能，选择合适的模型进行分析，以此保障设计的桩径桩长能够达到设计需求[4]。同时在对工作台、便道进行施工时应尽可能避免损坏原坡面，结合坡面原本的地质条件，提前制定坡面防护措施，避免出现边坡坍塌。待施工全部结束，需立即回填施工平台、便道，使其结构紧实。

4 结语

由于陡坡桥梁工程中往往存在不确定因素会因此出现地质灾害以及因承载力设计不当、施工失误以及桥梁陡坡挖方未按设计方案执行等出现运营风险，因此对于桥梁工程来说，必须在施工前详细勘测施工现场环境、地质状况，提前做好防范地质灾害的措施，保障整个工程的安全性能，促使施工的顺利开展。