市政桥梁改路基的优化设计分析

尹汝琨,张久林

(中交一公局第四工程有限公司,广西 南宁 530033)

0 引言

市政道路的建设任务日益繁重,各级部门对建设管理日益精细化。由于地方财政处于紧缩状态,对工程项目成本控制的严格程度与日俱增,成为项目参与各方的挑战。因此成本控制成为设计行业的参与者需要深入思考的问题。从业人员需要摆脱思维惯性、设计惯例,大胆探索,寻求解决工程设计多种方案的新思路。

市政桥梁的设计,需要路基、路线岗位的人员同步展开,设计人员对方案的比选,需要有路线、桥梁、路基多专业综合知识素养[1],才能做到有的放矢、立竿见影。本文结合昆明市小哨国际新城路网项目的设计优化工作,针对市政桥梁下穿铁路项目的路线,进行了纵断面调整,同时分析了桥梁减跨后桥改路基方案的可行性和经济效益的对比,为后续其他市政项目桥梁布跨方面的设计优化比选提供方案借鉴。

1 工程概况及地质水文条件

1.1 原设计工程概况

昆明市小哨国际新城路网项目起于空港大道,止于国道G320,由西向东经过山体、水库、山体、贵昆铁路。道路等级为城市主干路,双向六车道,设计时速为50 km,里程为2 625.376 m。目标结构物“下穿贵昆铁路大桥”位于道路桩号K2+190.18处。

该项目的建设可以大力推进滇中新区的发展进度,进一步完善滇中交通运输网络,增强片区对整体的辐射能力,提升新区的建设品位及城市形象。

下穿贵昆铁路大桥分隔成左、中、右三幅,左右两幅桥梁宽13.1 m,中幅宽16.1 m,各幅间设8.85 m分隔带,桥梁总宽60 m。左幅及中幅桥梁总长459.08 m,右幅桥梁总长339.08 m。如图1～3所示。

图1 左幅第1～2联原方案桥型立面图(cm)

图2 左幅第3～5联原方案桥型立面图(cm)

图3 原方案桥梁下穿铁路的横断面位置图(cm)

左幅全桥共5联:4×30 m+涉铁3×30 m+3×30 m+3×30 m+2×30 m;上部采用预应力混凝土(后张)简支小箱梁,桥面连续;下部结构0号、15号桥台采用座板台,桥墩采用柱式墩,基础采用承台桩基础;

中幅全桥共5联:4×30 m+涉铁3×30 m+3×30 m+3×30 m+2×30 m;上部采用预应力混凝土(后张)简支小箱梁,桥面连续;下部结构0号、15号桥台采用座板台,桥墩采用柱式墩,基础采用承台桩基础;

右幅全桥共4联:涉铁3×30 m+3×30 m+3×30 m+2×30 m;上部采用预应力混凝土(后张)简支小箱梁,桥面连续;11号桥台采用座板台,桥墩采用柱式墩,基础采用承台桩基础。

1.2 地形地质条件

测区属云南高原中部,嵩明盆地西南缘,属构造溶蚀、侵蚀丘陵地貌。工程区位于八家村水库西南侧树枝状分叉口西南岸,地形西高东低;地形起伏不大,地面高程为1 960～2 000 m,相对高差约40 m,自然横坡为5°～45°,局部较陡。西侧丘坡上覆土层较厚,基岩局部裸露,地表多被垦为旱地;东侧为八家村水库,沟槽等低洼地带覆土较厚。

1.3 水文条件

工程区属金沙江水系牛栏江流域,根据现场地质调绘,工程区地表水主要为花庄河、八家村水库。

地下水主要为第四系松散孔隙潜水及岩溶裂隙水。孔隙潜水主要接受大气降水的竖向渗入补给和地表水的侧向渗入补给,多以蒸发和向低洼处径流方式排泄。

2 优化比选的原因

(1)缩短桥梁施工工期,减少对相邻铁路的干扰。

(2)节约该项目的工程造价。

(3)根据地勘资料和现场踏勘,显示该段地质情况良好,植被茂密,未见塌方滑坡、泥石流,地表未见明显流水痕迹的水沟。

基于上述原因,提出桥梁减跨的桥改路基方案,并进行研究论证。

3 优化比选的路基方案

(1)调整路线纵坡,新增1处变坡点,将K1+648～K2+300段往下压0～3.15 m,可减少填方高度,同时减少路基的挡墙高度,见图4。

图4 调整后的纵断面(m)

K2+130处主线桥梁在既有铁路桥之下,设计标高会降低2.83 m。

(2)填筑方式及防护形式:采用分幅土石路基进行填筑。清除地表草皮、腐殖土后,原地面横坡陡于20%的需要开挖台阶,且台阶宽度应≥2 m[2]。

(3)中幅桥第1联,桥改路基(4×30 m,K1+965～K2+085段)。

取消原推荐方案的中幅桥梁第1联,改为路基方案,在左侧设置8 m高衡重式路肩挡土墙,与右侧的原有路基连成一个整体。

0号桥台挪至4号,型式由3 m高坐板台,改为约11 m高肋板式桥台,见图5。

图5 调整后的典型横断面图(m)

调整纵断面,桥改路基之后,节约造价约952.1万元。见表1。

表1 主要数量和造价对比表

(4)控制沉降为桥梁改路基方案的主要考虑因素。为保证路基的结构质量、功能性、安全性,应用以下工程措施进行处理:

①挖淤换填:当软土的厚度≤3 m时,挖除路堤填筑范围内的软土和淤泥,并就近利用邻近挖方段的硬质石材进行分层填筑压实[3]。

②抛石强夯:路基的第3～6级边坡均采用石料填筑,在石料空隙内灌入石渣、石屑等,同时将石料中尖角突兀处磨平,然后找平,保持碾压平面的平整度,并分层夯实[4-5]。

③路堤加固处理:在路床顶面处下铺3层双向钢塑土工格栅;在每级平台处,下铺两层双向钢塑土工格栅。路堤填料施工时应分层填筑、碾压,检测达到设计规范给出的压实度后,才能进行补强压实,以提高其密实度、承载力,增强路床的整体性、均衡性[6]。

④路面结构铺筑之前,应该给路堤沉降留足时间。对路堤进行施工监测,场地平整后,在最高级数的边坡横断面处,于中桩和路缘埋设专用的沉降板,于坡脚处以及排水沟外侧2 m埋设观测桩。该横断面前后间隔50 m,按同样的方法设置沉降板、观测桩。观测频率:在施工期间,每3 d观测位移、测量沉降,若遇暴雨,则增加1次观测;在施工完成至顺利通车前,应每两周观测一次;通车后的一年半,每一个月观测一次[7]。

(5)征地方面:由于该方案中路基的占地面积,稍大于桥梁的占地面积,不同于一般地区,该地段主要是林地,没有基本农田,所以难度不大,但方案越早落地,征地越方便推进。

(6)边坡稳定计算:利用Midas SoilWorks软件进行有限元方法计算,边坡建模如图6所示。

图6 边坡模型图

相关岩土物理力学参数如表2所示。

表2 各岩土层的参数表

经过以上的分析计算,得到该边坡的计算安全系数为3.61,大于容许安全系数1.3,边坡安全。目前该方案被设计单位纳入比选方案。

4 结语

在市政项目的建设中,路基、桥梁方案的比选是值得重点关注和研究论证的。如果能在合理的范围内,用路基方案减少桥梁规模,将会有利于建设进度的推进,同时为建设单位节约投资,有利于工程费用控制和进度控制。设计从业人员应加强路线、桥梁、路基多专业综合知识素养,摆脱思维惯性、设计惯例,大胆探索,寻求解决工程设计的方案新思路,供各方进行取舍,结合实际解决难题。