景德镇市南环城高速公路昌江大桥设计方案

景德镇市南环城高速公路昌江大桥设计吴云鹏陈少文(江西省交通设计院 江西 南昌330002)摘要：景德镇市南环城高速公路昌江大桥是一座跨越昌江的大桥，桥孔布置为 16×40m预应力混凝土连续 T梁桥，桥长 647.00m。该桥位于石灰岩溶洞群内，桥台填土受水位控制，高达13m。此桥为景德镇环城高速公路的关键控制工程。关键词：桥梁工程；溶洞群；高填土桥台；预应力混凝土桥梁设计0前言乱，冲刷极大。因此，选择合适的桥址断面显得尤为重要。景德镇市南环城高速公路位于我国历史名城—1.1.1选择桥位须考虑有关问题—江西省景德镇市，它南接国家干线高速公路景德①选择桥位时，须考虑地质情况，使桥梁基础镇至婺源（黄山）高速公路，北通国家干线高速公能落在坚实的地基上面，确保桥梁的安全；路景德镇至鹰潭高速公路，是两条重要干线高速公②选择桥位时，须考虑河床水文情况，避免紊路之间的连接线。流区，减少冲刷，保证基础安全；昌江流域面积6260Km2，属江西五大水系之一③选择桥位时，须考虑河床宽度，以求用最少的饶河的两大支流之一，发源于安徽省祁门县大洪的桥梁长度跨越昌江，减少工程造价，节约投资；岭，主河沟长254Km，流域呈扇形，主河道平均坡④选择桥位时，须考虑溶洞的处理方法，指导降为0.46‰，中、下游河段较平缓，在0.32‰～施工，以保证施工的顺利进行，符合设计要求；0.1‰之间。路线下游约2Km左右，有昌江鲇鱼山水⑤选择桥位时，须考虑桥台高填土问题，想办利枢纽。法降低水平力的影响。昌江通航等级为Ⅴ（3）级，通航限界宽度为1.1.2初选方案时，对两个桥位进行了比较30m，高度为 8.5m。①桥位一：位于昌江鲇鱼山水利枢纽上游约根据地质调查的资料，发现桥位区域处在地质大断层，存在复杂的石灰岩溶洞群，基础处理很关键。总体思路与方法根据地质部门提供的资料，发现桥梁位于复杂的溶洞群当中，而且溶洞大小不一，有的大溶洞还套有小溶洞，有的几个溶洞相连，如何布置桥梁各跨的基础，就是很重要的问题。而且，由于桥台填土高达13m，如何处理桥台处的巨大水平力也是一个问题。因此，本桥的设计，需要妥善处理下述4个问题：1、合理确定桥址位置、桥梁长度；2、合理确定桥梁基础位置和基础布置；3、溶洞群的处理方法；4、高填土桥台的处理方法。

2.25Km处。路线从两岸村庄边缘经过，拆迁量小。桥址处主河槽宽度约300m。河道岸线顺直，桥轴线与中、高水位流向正交，左岸为小山包，常水位时受水流冲刷，岸线凹凸不平。右岸为滩地，地形开阔，地势低洼，两侧河岸均为土质，并长有杂草，植被主要为水稻等经济作物，长势茂密。桥址上游约1.4Km处河道变窄，宽约 200m（桥址处宽约700m），下游河床左侧进行了渠化，没有防洪堤。右岸为天然河岸。根据调查， 50年来河相未变形，滩、槽分明。近几年来，由于挖砂淘金原因，河槽中的江心洲已经被开挖，导致河床断面坑坑洼洼，高低不平，高差在 10m左右。水流平稳，流速较小，河床冲刷很小。经地质钻探，此处发现很多溶洞群，溶洞大小不一，溶洞体积也很大，有的溶洞无法确定其边界，基础布置很难处理。②桥位二：位于昌江鲇鱼山水利枢纽上游约1.1 确定桥址位置、桥梁长度1.4Km处。路线两岸均穿过村庄，拆迁量大。上游桥址附近昌江河床岩溶比较发育，又有很多挖 至桥位一之间河段进行了渠化，没有防洪堤，河床砂船在河道采砂，致使河床高差起伏巨大，水流紊 宽度慢慢变大。下游至鲇鱼山水利枢纽之间的1.4Km，均在左侧设置了防洪堤，右侧未设置。桥址处主河槽宽度约350m。两侧滩地植被主要为水稻等经济作物，长势茂密。由于挖砂破坏了原河床，河床高差起伏最大达 15m以上。水流方向在此处发生了改变，流向与路线夹角为 350，水流紊乱，局部水流湍急，对河床冲刷大。经地质钻探，发现有很多溶洞群，溶洞大小不一，有的溶洞巨大，无法确定其边界，基础布置很难处理。③经水文计算，桥位一处设计洪水流量11156m3/秒，设计洪水位30.66m（1/100），通航水位27.21m（1/10），施工水位21.92m（1/5）。桥位二处设计洪水流量 11278m3/s，设计洪水位 30.03m1/100），通航水位26.58m（1/10），施工水位21.87m（1/5）。④采用桥位一：根据以上优劣对比，决定采用桥位一方案跨越昌江。此处水文情况相对较好，从村庄边缘通过，拆迁较小，路线线型顺直，工程总造价少。⑤跨径选择：上部构造若采用跨径50m以上的桥跨，首先是造价高，不经济；再者，大跨径桥梁下部基础数量虽少，施工中碰到溶洞的概率相对较小，但由于基础很大，承载力要求极高，基础变形要求极高，一旦碰到溶洞，就很难处理；而且大跨径桥梁上部结构一般采用悬拼或悬浇的连续体系或拱式结构，构造复杂，工序繁多，施工难度较大，施工周期一长，势必影响昌江通航和泄洪。因此，考虑采用 40m跨径的预应力混凝土连续梁桥，跨径满足通航要求，跨径也较大，基础数量较少，而且基础体积相对较小，对承载力和基础变形要求也相对较低，即使碰到溶洞，也比较好处理，可以采用摩擦桩和嵌岩桩，基础形式灵活。 T梁在预制场预制完成后通过龙门吊安装，工序少，工艺成熟，质量可以很好的控制。并且上、下部结构可以同时施工，缩短工期，对昌江的通航和泄洪影响小。⑥确定桥型：据此，确定桥梁孔径布置为 16×40m预应力混凝土连续 T梁桥，加上两桥台耳墙长度7m，全桥长647.00m。上部构造为40m预应力混凝土先简支后连续的T梁桥，分离式断面，单幅桥每孔横向布设5片梁，梁宽2.44m，梁高2.3m。1.2 确定桥梁基础位置、埋置深度经水文计算，百年一遇的洪水通过桥址处所需的桥梁长度约560m。河槽一般冲刷深度为1.22m局

部冲刷深度为5.55m，最大冲刷深度为6.77m；河滩一般冲刷为0.73m，局部冲刷深度为4.57m，最大冲刷为5.30m。桥梁下部构造，桥台采用埋置式肋形台，钻孔灌注桩基础，桩径φ1.5m；桥墩采用双柱式墩，灌注桩基础，柱径φ1.8m和φ2.0m，桩径φ2.0m和2.2m。全桥16孔，2个桥台共8根桩，15个桥墩共60根桩，总计布置基桩68根。设计安排对全桥逐墩逐桩进行钻探，尽可能详细的揭示地基情况，使设计人员能全面了解情况，合理布置墩、台基础。要求每个钻孔都必须钻到溶洞以下有5m厚度以上坚实岩层的位置，确保每根桩基础能有安全的埋置深度和稳定的承载力。根据地质钻探报告，发现0～8号孔地基情况复杂，基岩为石灰岩，每个钻孔都有溶洞，溶洞大小不一，高程变化大。如3号桥墩的3-1，3-3两根桩基，分别落在不同的溶洞内，水平距离只相差12.75m，溶洞层面相差竟达 27.79m。如2号墩2-3桩，穿过两个溶洞，溶洞底面高差15.51m。9～16号孔地基情况良好，基岩为板岩，没有溶洞。进行桥梁基础设计时，应当考虑以下几点：1）进行基础设计时，选择桩基础，这是因为：桩基尺寸小，碰到溶洞的可能性比扩大基础小，而且可以穿过溶洞群，找到较好的持力层。扩大基础尺寸大，遇溶洞的可能性也大，很难找到合适的持力层。（2）溶洞区域内的桩基础应当落在层厚 5m以上的岩层上面，桩基嵌岩深度大于一倍桩基直径，这样才能保证桥梁的承载力要求。对于一根桩基穿越多个溶洞的情况，要求桩基底部穿过最下层的溶洞，落在可靠的持力层上面。一般地质情况的桩基按照承载力计算确定桩长即可。3）同一排桩基采用相同的桩基类型，如全部采用嵌岩桩或摩擦桩。4）摩擦桩承载力的计算考虑冲刷的影响，地面线位于最大冲刷深度处。5）溶洞区域内的桩基，按照地质钻孔资料，逐墩逐桩绘制桩基础布置图。按照以上要求，根据桥位区域纵向地质断面资料，确定全桥纵向布置为：4×40+4×40+4×40+4×40m预应力混凝土连续T梁桥。这样0号桥台、1-8号桥墩号孔位于溶洞区，基础采用嵌岩桩或摩擦桩，9～15号桥墩和 16号桥台孔位于正常地质区域内，基础采用摩擦桩设计。这种4孔一联的连续梁体系，较好的配合了地基情况，使桩基础都能落在稳定的持力层内，确保桥梁安全。1.3 溶洞群的处理方法根据地质钻探揭示的昌江大桥溶岩的发育程度及复杂状况，设计针对可能出现的 3种溶岩类型提出了相应的施工措施：1.3.1轻微溶蚀溶蚀发育轻微，或溶洞发育有一定的规模，但有充填物，且无裂隙发育，施工时漏浆量小。采用正常成孔方法施工，在卵石层钻进时，加大泥浆比重（1.3g/cm3以上），用膨润土护壁。钻空溶洞漏浆时，反复在此处加填片石、黄土挤密填筑溶洞，直至停止漏浆。1.3.2一般溶洞溶洞发育明显，埋置较深，无大裂隙穿过，施工时明显漏浆，但施工措施适当，可不塌孔。采用直径为 1.75m的钢护筒埋至卵石层，冲至溶洞顶板以上 1m-2m时，采用 80cm的短进尺，专人观察有无漏浆，若发现漏浆，迅速采用片石、水泥包、粘土包等堵漏，并及时补浆。在溶洞内钻进时，加大泥浆比重，采用间断式正循环排渣，每进尺 1m-2m回填一次，直至穿过溶洞。1.3.3复杂溶洞溶洞发育明显，有的为多层溶洞，并有明显裂隙发育，施工时漏浆量大。采用全护筒跟进至岩层顶面，防止因漏浆量大而导致覆盖层塌孔。①预埋直径为 2.2m的钢护筒，至卵石层顶面，一般4m-6m，防止钻进时塌孔。②采用2m直径冲击钻头钻进至岩层顶面。为保证钻进过程中不塌孔，采用膨润土护壁，泥浆浓度不低于1.4g/cm3。③用100t沉拔桩机辅助下沉 1.75m直径的钢护筒至岩面。在岩面与护筒交接处浇筑与桩基同标号混凝土，封闭护筒与基岩间的间隙，混凝土浇注厚度为1m-2m。④采用高压压浆的方式，使护筒外围空隙密实，防止施工时扰动护筒而偏孔，浆液采用 C25，注浆压力为0.7MPa，不再进浆时应稳压 10min以上。⑤待混凝土达到设计强度后，采用常规溶洞区域桩基础施工方法进行成孔施工，溶洞顶板的击穿采用短进尺，溶洞内钻进采用先回填再进尺，边回填边进尺。⑥对无填充物溶洞，溶洞顶板的击穿，先采用30cm的小钻头击穿顶板，让击穿后的顶板仍有一定的受力性能，然后用低标号混凝土对空洞进行回填，回

填密实并达到一定强度后，正常钻进施工。1.4 高填土桥台的处理方法昌江大桥桥台填土高达13m，台后填土对桥台产生巨大的水平力，在设计阶段就要采取技术措施，降低水平力的不利作用，在施工阶段也要采取相应措施，使桥台保持良好的受力状态。桥台设计时，采用填筑人工地基的办法，降低桥台高度，以减小水平力的产生。由于水平力的大小与填土高度的平方成正比，降低填土高度，就可以达到目的。在天然地基上，先填筑一定高度的土方，当填土沉降趋于稳定后，在人工填筑的地基上，进行桥梁基础施工。这样，就可以大大减少桥台受力和基础变形。采用填筑人工地基的桥台施工步骤为：先填筑路基至路床底，台前长度应填筑 15m以上，台后再反挖至承台底形成工作平台后，进行钻孔桩基施工，浇注承台，同时平台土必须完成其防护设施。肋台完工后台后回填石渣，并压实。必要时打石灰桩挤密。浇注搭板枕梁，桥台完工后锥坡应与填土防护连为一体，不能露土。施工单位进场后应立即展开该桥桥台的施工，分层填筑路基和桥下填土，每层填土厚度不得超过 25cm，压实度不小于 97%，填料 CBR值≥8。为保证路基填筑的质量，必需严格按照公路路基和公路桥涵施工规范的要求，进行分层填筑和碾压。路基在碾压和冲碾时，必须保证路基填料达到最佳含水量。台下填土的密实度对桥台的结