岱家湾大桥改高填方设计.doc

岱家湾大桥改高填方设计第35卷,第5期2010年10月公路工程highwayengineeringvoi.35,no.50ct.2010岱家湾大桥改高填方设计郑凤曲,甘磊,王可君,于大涛(中交第二公路勘察设计研究院有限公司,湖北武汉430056)摘要高速公路设计将桥梁改成高填方,需注意高填方路堤的稳定性,排水方案,施工难易程度及工程造价.本文结合施工现场实际情况,通过岱家湾大桥改高填方设计,据此启发在高速公路设计中,可结合具体情况在部分路段采用高填方设计代替桥梁,起到消化废方,降低工程造价的效果.关键词高填方;稳定性;工程造价中图分类号u442.5文献标识码b文章编号16740610(2010)05009805thedesignofthedaijiawanbridgechangetohighfillingzhengfengqu,ganlei,wangkejan,yudatao(ccccsecondhighwayconsultantsco.,ltd,wuhan,hubei430056,china)keywordshighfilling;stability;thecostofconstruction1工程概况及工程变更原因1.1原设计桥梁介绍及改路所在区域工程概况国家重点公路杭州至兰州线重庆巫山至奉节段a8合同段原设计岱家湾桥梁桥址位于巫山县两坪乡朝元村,溪沟村境内,为左右分离式桥(见图1图4).后退方向接大风口隧道出口,前进方向接申家坡隧道进口,桥址区属构造溶蚀,剥蚀灰岩深切谷地斜坡地貌区,地表为缓陡相间的折线型斜坡,总体坡向nww至n,斜坡上部延伸至渝巴公路,坡顶地面标高在900m左右,坡麓溪沟地面标高在400m左右,相对高差500in,切割深度大.原设计桥梁桥址处于区域斜坡的下部近坡麓地段,坡面植被不发育,生长少量灌木.桥址区发育两条v型冲沟(总体流向分别为w,nnw,宽1530113)交汇于ykl7+640左右,而后向北流向溪沟,桥梁右线3次跨越冲沟,左线1次跨越冲沟,桥轴线经过地段地面标高在486550ill之间,相对高差64iti;东西两端桥台均位于冲沟岸坡之上,右线东桥台区(火烧庵端)斜坡坡向220,自然坡度约45.,西桥台区(巫山端)斜坡坡向75.,自然坡度约55.;左线东桥台区(火烧庵端)斜坡坡向355.,自然坡度约30.,西桥台区(巫山端)斜坡坡向75.,自然坡度约40.线路右侧山坡上分布较多居民点.原设计桥梁桥址区大地构造处于新华夏系第三隆起带和第三沉降带之结合部位,为四川沉降褶皱带之川东褶皱带的一部分.主要构造形迹展布方向为北东,北东东向,区域内褶皱主要为巫山向斜,齐耀山背斜和巴务河向斜,齐耀山背斜两侧次级褶皱发育,呈左行雁行式排列.原设计桥梁右线平面位于r一4500的左偏圆曲线线上,纵面位于r=90989.4m的凹曲线上和纵坡为一2.3%的直坡段上.桥梁全长274.08m,起止桩号为ykl7+442.96ykl7+717.04,上部构造采用930in预应力混凝土连续t梁,先简支后结构连续或连续刚构.全桥一联;下部构造桥墩采用柱式墩配桩基础,桥台采用u台配扩大基础.原设计桥梁左线平面位于r一3200的左偏圆曲线上,纵面位于r=58000m的凹曲线上和纵坡一2.5%的直坡段上.桥梁全长157.08m,桥梁起止桩号为zkl7+496.46zkl7+653.54上部构造采图1正面为路线反方向洞口为大风口隧道收稿日期】20100317作者简介郑凤曲(1980一),男,湖北潜江人,工程师,主要从事高速公路勘察设计.第5期郑凤曲,等:岱家湾大桥改高填方设计图2a7标大风口隧道y线出口右侧冲沟图3a8标申家坡隧道z线进口左侧冲沟图4a8标申家坡隧道进口桥台下方不稳定陡坡用5x30m预应力混凝土连续t梁,先简支后结构连续,全桥一联;下部构造桥墩采用桩柱式墩配桩基础,桥台采用桩柱式台.1.2工程变更原因根据现场调查及结构计算,原设计桥梁方案是合理的.由于大风口隧道和申家坡隧道大量废方存在环保及水土流失问题的隐患,且目前现场存在弃土与桥梁施工发生冲突,桥梁施工与弃土综合组织较难;另外桥梁终点处桥台落在申家坡进口陡坡处,桥台下方需要进行治理,由于坡体太陡,高度近50in,防护施工相当困难.从尽量较少工程施工难度,尽量避免今后运营安全隐患,尽量降低工程综合造价及有利工程施工进度各方面综合考虑,提出将桥改为高填方的方案.经研究,将该桥改为路基有如下优势或优点:可解决大量废方问题及施工难度.改为路基后,该段能解决60万废方,另外可有效避免桥梁施工与弃土冲突问题.可将纵向冲沟两侧山体连接,反压坡脚能提高对两侧山体稳定性.能免去加固隧道进口桥台处陡坡治理及增强隧道仰坡整体稳定.改为填方路基后,能起到对隧道处陡坡极好的反压作用,另外从现场情况来看,洞口附近曾发生过坍塌,若改为填方路基,能有效起到提高隧道洞口处整个坡体的稳定性.能有效加快施工进度.初步估计此处做填方路基能将施工周期缩短至少5个月.可降低综合工程造价约300万元(含减少隧道洞口桥台处治理和弃土场相关费用等).另外,将桥改为路基有2点不利因素或难度:其一,将桥改为路基后引起ykl7+665ykl7+705段路基稳定问题,不过本次设计采用弃土反压,解决了路基侧向稳定问题;其二,由于填方较高,路基完成后若直接铺设路面,因沉降问题会使路面发生开裂破坏,因此需采取先铺设临时路面,待路基沉降达到规范要求后再铺设永久性路面.2水文情况及改填方后的处理方案2.1水文资料将岱家湾桥改为路基,此处水文问题非常关键.岱家湾处原构造物在a7合同段ykl7+284处设有24x3.5m涵洞,主要排出起点段大风口隧道y线右侧冲沟流水,根据调查及水文计算,此处汇水面积3.94km.,流量p1=51m/s;横向冲沟(申家坡隧道进171处)汇水面积为5.8km,流量为81m/s,短时暴雨流量大.2.2改填方路基后水文解决方案对于申家坡隧道进口处横向冲沟,采用244.0箱涵进行排水.鉴于沿路线纵向改沟涉及原设计桥梁后接路基部分,因而将研究范围从桥梁起点向后扩展到ykl7+300路基处.取消原设计大风口隧道出口y线处24x3.5盖板涵,直接在y线右侧向下开挖底宽4m,高5m的改沟,改沟左侧坡率设1:1,右侧坡率设1:1.25,将原设计挖方边坡向右扩展,适当调整边坡坡率和防护形式,改沟排出冲沟水一直引人前方申家坡隧道进口冲沟处弃土场上排水沟,流人弃土场外,从自然冲沟排走.改沟纵坡要求不小于2%.3高填方路基稳定性研究计算剖面的确定.选取典型剖面(ykl7+680)进行稳定性分析计算,剖面模型见图5.计算参数的确定.l00公路工程35卷图5稳定性计算剖面在相关试验的基础上,结合邻区经验类比与建筑边坡技术规范(gb503302002)边坡力学参数中有关参数值的有关规定综合确定其计算参数(见表1).计算工况的确定.考虑路基边坡区域可能遇到的各类情况,特别是最危险的情况,由于区内基本地震烈度为6度,不考虑地震影响,故综合确定计算工况:自重+暴雨.表1岩土体物理力学指标安全系数.路基治理的保护对象为高速公路,根据公路路基设计规范(jgtd302004)第7.2.2条第1款有关规定,计算时安全系数在自重+暴雨下取1.30.稳定性计算公式.采用圆弧滑动法进行计算.圆弧滑动法宜采用瑞典条分法,其稳定性系数通用计算公式为:k=?icil+(wco,gotfqsinotu)tantpiir.wsinotf+qz式中:为垂直荷载,包括土条自重和其上部的建筑荷载.其中,自重可将其分为两部分,地下水位以上用湿容重计算,设为w1;地下水位以下用饱和容重计算,设为.其它垂直荷载,设为p.假设自重的作用线通过条块宽度的中心线;q为水平荷载,包括水平孔隙水压力和其它水平荷载,向剪切面的出口方向为正;u为剪切面上的孔隙水压力的合力,与剪切面正交;z为水平荷载q作用线距滑弧圆心.的垂距;c,为剪切面抗剪强度(有效应力指标);r滑弧半径;li为土条底面长度;为土条底面倾角.稳定性计算结果分析.经计算改路后路堤稳定性系数为1.531>1.30,路基安全,满足规范要求.4路基沉降问题研究由于设计考虑清除地表碎石土层,清除表层土后,基底为各方面指标较高的完整灰岩,路基填筑废方硬质灰岩.总体沉降可控制在设计要求允许内.5高填方路基设计5.1路基设计(见图6)填方路基边坡坡度是根据设计规范,路基填料种类,边坡高度和基底工程地质条件,本段路基中心填高最高为47nl,根据路基填土高度分段:自上而下,第一级(08in)边坡坡率为1:1.5,设2in平台,第二级(820n1)边坡坡率为1:1.75,设2m平台,第三级(>20m)边坡坡率为1:2.0.坡脚与排水沟内边缘设宽2.0m的护坡道.5.2高填方路基填料高填方路基变形与路基自身的填料有很重要的关系.第5期郑凤曲,等:岱家湾大桥改高填方设计l0l级配碎石图6断面布置根据原设计资料及现场弃渣情况,a7标大风口隧道标,a8标申家坡隧道,岱家湾边坡开挖,高填方地表清除土石及部分便道废方土石方共94万方(天然方),其中灰岩占56%,即52.6万方.根据单轴抗压强度检测试验,灰岩抗压强度95%大于35mpa,80%大于50mpa,局部达90mpa.其它为碎石土或和块石土,碎块石粒径101200mm,稍密中密.填料能满足高填方设计要求.5.3路基填料及填筑高填方路基各层路基填料及其碾压,夯实要求如下:距路基设计标高以下08.0m层填筑隧道洞碴或碎石土分层碾压,采用重型振动压路机分层碾压填筑,最后用光轮压路机静压;距路基设计标高以下820m路堤填筑强度不小于30mpa隧道洞碴灰岩并分层采用重型振动压路机分层碾压,最后用光轮压路机静压;距路基设计标高以下2035m路堤填筑强度不小于35mpa隧道洞碴灰岩并分层采用重型振动压路机分层碾压,最后用光轮压路机静压;距路基设计标高35m以下路堤填筑强度不小于40mpa隧道洞碴灰岩并分层采用重型振动压路机分层碾压,最后用光轮压路机静压;凡是填高大于20m的路基段,在距路基设计标高8m以下路堤填筑采用重型振动压路机分层碾压后,用冲击式压路机增强补压,每填高1.2m后冲击一次.参照高填方路基工程布置横断面图.分离路基中间带填土,路基左侧填平区域,路基右侧填方边坡上方弃土和路基下游坡脚反压护坡道部分填料可填筑不合格填料,其压实度要求同路基.填方边坡外弃土场压实度按一般弃土场规定进行.6提供施工期间临时排水参考根据详勘调查和施工期间考察多次暴雨泄洪情况研究分析,推测在施工期间水流会对路基填筑造成一定影响,主要是水流过大将冲刷路基,造成冲刷的根本原因是受现场地形条件控制排水高差过大,流速将会很大,地表水会直接进入路基施工区域,形成极为不利的隐患.需重视临时排水问题.在原设计ykl7+284涵洞出口处(即大风口隧道出口附近)前方设一道36m高围堰,围堰方向与纵向冲沟垂直,对水流进行封阻.在沟底设一道顶宽4m,底宽10m,高3.5m的梯形盲沟,沟底嵌入原地表0.5m,盲沟贯穿围堰,通过控制标高(标高较好控制,现场原地表标高逐渐降低)使水流顺着盲沟排出.待路基填筑到本次设计改沟底面,开始按设计施工改沟工程,待改沟完成后再撤除围堰.申家坡隧道进口处横向冲沟l临时排水同上.102公路工程35卷7路堤稳定性监测设计路堤施工应注意观测路堤填筑过程中或以后的地基变形动态,对路堤施工实行动态监控.明确观测的路堤段落,观测项目,观测点的数量及位置等,确定稳定性观测控制标准,说明施工中应注意的事项.致路基部分掺有不合格填料.9其它建议考虑到高填方填料因可压缩性从而引起路基的沉降问题,建议在本高填方路段先施工临时路面:沥青砼路面只施工5em厚中粒式沥青砼ac一20c,待高填方路基沉降稳定后重新铺设沥青砼面层.8施工顺序l0综合启发按设计要求反开挖基底,清除地表覆盖层不良土及基底换填.做好临时排水措施,主要为盲沟施工和围堰施工,在暴雨期间,控制水通过盲沟排泄.本条与第一条可同时进行.严格按路基各层填料要求分层碾压填筑路基,路基设计标高30m以下要求填石.涵洞基础以下要求填筑抗压强度不小于40mpa硬质灰岩.按设计要求设高填方路堤观测装置,对路堤填筑过程中地基和路堤沉降变形实行动态监控.路基分层碾压填筑后,再用冲击式压路机增强补压(每填高1.2nl后冲击一次).在隧道和边坡开挖施工期间对于多余废方先运送到本次指定弃土场处.待填方路基完成后再将部分废方弃至本次设计填平区域内,并按要求压实填筑.涵洞基底路基施工完成后,方可进行涵洞施工.岱家湾边坡开挖不受本次改路施工顺序影响,按高边坡施工方式正常进行,但需要先做坡顶截水沟,防护仍然采用开挖一级,及时防护一级的指导原则.与弃土场相接的填方边坡路段,可分层相接,但弃土施工期间,与边坡相接的弃土标高不得高于已施工路基的标高,避免弃土挤压至路基部分,导对于山区高速公路设计,在条件允许情况下,可适当考虑高填方方案以消化废方,降低工程造价,尤其对于沟谷与路线近于平行,沟谷两侧山体相离较近,采用高填方方案代替桥梁,更能有效增强两侧山体的整体稳定性.值得注意的是高填方方案需采用较好的填料,同时适当配合强夯,冲击碾压等施工工艺,另外要切实做好排水设计.参考文献1中交第二公路勘察设计研究院有限公司.国家重点公路杭州至兰州线重庆巫山至奉节段施工图文件a8合同段z.中交第二公路勘察设计研究院有限公司,2006.2jtgd602006,公路路线设计规范s.3jtgd302004,公路路基设计规范s.4jtgfio一2006,公路路基施工技术规范s.5郑治,杨有辉.高填方路基沉降变形规律研究j.公路工程,2007,32(4):7275.6匡希龙,邹德强.基于龚帕斯曲线法的高填方路基工后沉降预测新思路j.公路工程,2008,33(1):127129.7方涛,熊壮.高填方路基填筑碾压工艺控制的现场试验研究j.公路工程,2009,34(1):