方蕾

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

高填方区桥梁设计方案探讨

方蕾

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

高填方区桥梁设计时选取合理的设计方案非常重要。以某城市桥梁为研究背景，分析了高填方区桥梁设计方案的设计要点，并总结提出了方案选择的原则，同时对高填方路段的工程施工提出了建议，为同类型工程提供参考依据。

高填方；桥梁；设计方案；地基沉降

0　引言

在工程项目的建设中，有些地段由于受到地形、地质条件等多种因素影响，填方高度超过了20 m，使得项目设计与施工难度相对较大。当不可避免需要架设桥梁时，采用合理的设计方案非常重要，如果方案选择不当，可能造成一些严重后果。本文结合某城市桥梁实例，通过对高填方区桥梁设计方案进行比选，提出了方案选择的原则及施工建议。

1　工程概况

该工程桥位处现状地面标高较低，桥面设计高程较高，设计高程高于现状地面最大达到26 m，属于高填方区。工程范围内规划河口宽10 m，无通航要求。河底需修建行洪箱涵，主要功能为防洪除涝。河道两侧修建沿河景观带，供市民观光休憩。为保证沿河景观带的连续性，桥下需要布设景观游步道供行人通行，同时为保证景观效果，桥梁两侧需与河道挡墙接顺。

2　工程地质及水文地质

根据地质详勘资料，该工程所经地带主要为丘陵地貌。场地内冲沟与丘岗相间，地势相对较高，地形起伏极大。整个场地区域地质构造简单，岩土层较单一，桥位范围内的地层岩性按由新到老的顺序依次为：耕土、素填土、淤泥质黏土、粉质黏土、强风化泥岩、中风化泥岩。

桥址区地表水较发育，主要为冲沟溪流、池塘水，主要接受大气降水补给，水量受季节影响大。地下水可分为上层滞水、孔隙潜水和基岩裂隙水，主要补给来源为大气降水。沿线水土对混凝土具有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性。

3　桥型选择

3.1结构选型

常规中小桥常用的上部结构类型有先张法预应力混凝土简支空心板梁、后张法预应力混凝土简支小箱梁、后张法预应力混凝土简支T型梁及现浇预应力混凝土连续梁。在充分踏勘现场、充分研读与该工程相关的规划设计资料的基础上，本着“安全、适用、美观、经济、因地制宜”的设计原则，提出三种桥型方案：

（1）方案一：三跨变截面连续梁方案；

（2）方案二：三跨简支空心板方案；

（3）方案三：一跨简支小箱梁方案。

3.2三跨变截面连续梁方案（方案一）

该方案桥梁上部结构采用三跨变截面连续梁，下部结构桥墩采用实体墩，桥台采用重力式桥台，钻孔灌注桩基础，如图1所示。

变截面连续梁外形美观，行车舒适度好，结构整体受力性能好、抗弯抗扭刚度大，适用跨径为20～40 m，较适用于变宽桥梁或结构高度受限严格处，并能很好地与周边景观带融为一体。其缺点是需要在现场搭设支架，施工周期长，造价较高。

该方案中由于规划河道中间存在行洪箱涵，中跨跨径最少需要15 m，两侧桥台为了和河道挡墙接顺，则两侧边跨跨径为8.415 m。采用桥博3.5程序进行平面建模计算，端支点恒载支反力为1 290 kN，中支点恒载支反力为10 880 kN，绝大部分恒载集中在中间支点处，中间桥墩将承受大部分荷载。因桥梁位于高填方路段，采用连续梁结构，对地基沉降敏感。当考虑5 mm沉降情况下，沉降引起的附加内力端支点最大为4 130 kN，中支点最大为7 970 kN，地基沉降对结构受力影响极大。同时，高填方区桩基的自重和负摩阻力数值较大，不可忽略。考虑沉降、桩基自重和负摩阻力的影响，桥墩桩基荷载效应较原来至少提高一倍，桥台桩基荷载效应提高数倍，下部结构造价大大提高。另外，由于行洪箱涵与桥墩距离较近，桥墩施工时需要考虑行洪箱涵的影响，增大了下部结构施工的难度，进一步提高了下部结构的造价。

图1　三跨变截面连续梁立面布置图（单位：mm）

3.3三跨简支空心板方案（方案二）

该方案桥梁上部结构采用三跨先张法预应力混凝土简支空心板梁，下部桥墩采用桩柱式墩，桥台采用重力式桥台，钻孔灌注桩基础，如图2所示。

先张法预应力混凝土简支空心板梁是目前公路及城市道路中广泛采用的一种桥梁结构形式。其优点是结构高度低、工厂化程度高、运输和吊装方便、工程造价低、施工便利，且施工时对周围环境影响较小。适用跨径10～22 m。其缺点是空心板梁间铰缝的横向连接能力较弱，整体性及耐久性能稍差。

该方案中桥梁布跨时同样需要考虑行洪箱涵影响，并考虑桥台与河道挡墙接顺，跨径采用8.415 m+15 m+8.415 m。相对连续梁，简支结构对地基沉降不敏感，地基沉降不会引起结构的附加内力，但桩基自重与负摩阻力产生的附加内力占比很大，不能忽略。特别对于桥墩桩基来说，桩顶往下约20 m范围内不仅不能提供任何对桩基承载力有利的荷载效应，产生的自重和负摩阻力甚至超过了桩顶反力，使得为了抵抗这部分荷载，桩基长度需要增加，下部结构工程造价也随之提高。同时，由于中间桥墩离行洪箱涵较近，施工时需要考虑行洪箱涵影响，下部结构的造价也会进一步提高。

3.4一跨简支小箱梁方案（方案三）

该方案桥梁上部结构采用一跨预制小箱梁，下部结构采用重力式桥台，钻孔灌注桩基础，如图3所示。

小箱梁结构简单，设计经验成熟，经济指标较低，结构刚度较大，抗扭性能较好，采用工厂预制，安装完成后现浇横向接缝，形成整体桥面。预制小箱梁跨越能力较大，适用跨径10～40 m。与先张法预应力混凝土简支空心板梁相比，预制小箱梁对运输、吊装等施工设备要求较高。

图2　三跨简支空心板立面布置图（单位：mm）

该方案桥梁采用一跨过河布置，因为桥台远离行洪箱涵，使其与行洪箱涵的相互影响降到了最低。简支结构使得地基沉降对上部结构不会产生影响。相比方案二虽然桩基自重和负摩阻力对桩基承载力的影响无法消除，但是取消了中间桥墩，两侧桥台的桩顶反力也没有增加太多，桩长稍有增加。这样不仅有效降低了下部结构的造价，也缩短了下部结构施工的周期。

图3　一跨简支小箱梁立面布置图（单位：mm）

3.5方案比选

根据结构受力性能、施工周期、施工难易程度、工程造价、周边环境影响等综合考虑（见表1），方案三具有较大优势，最终选定方案三为最终方案。

表1　方案经济技术比较表

通过表1对三个方案的比较，可以得出以下结论：

（1）对于修建在高填方区的桥梁，上部应采用对地基沉降不敏感的结构类型，这样可以避免地基沉降产生的结构附加应力，对结构受力有利，也能合理降低工程造价。

（2）下部结构桩基自桩顶往下处于填土范围内的部分由于自重和负摩阻力作用将对承载力产生不利影响，填土越厚，这部分影响越大。为了抵抗这部分荷载需要增加的桩长就越长，但是适当减少桩基数量，桩基荷载不会增加太多，相应每根桩基增加的桩长也不多，总桩长能大大减少。因此需优化桥跨布置，在合理范围内尽可能减少桩基数量，这样也能大大降低工程造价，缩短工期。

4　对施工的建议

位于高填方区的桥梁工程，施工中应着重做好以下工作：

（1）桩基施工前，应先进行填土施工，填土应分层填筑压实，控制每层厚度30 cm，压实度需满足不小于96%；

（2）填土施工的施工顺序需要进行合理安排，这样可以避免重复开挖，减小工程量，降低工程造价，缩短工期。针对该工程，施工时应先分层压实到行洪箱涵底标高处，进行行洪箱涵施工，待行洪箱涵施工完成后再分层压实至设计河道断面，完成设计河道且稳定后（施工中进行地基沉降和位移观测，待确认地基土体稳定性满足设计要求后）进行桥台桩基施工，这样可以避免行洪箱涵施工对桥台的影响。

（3）桩基施工时，需要采用泥浆护壁防止塌孔，对于需要重点保证的桩位，可采用全护筒跟进法施工，确保钻孔、清孔、吊设钢筋笼及灌注水下混凝土过程均不塌孔。

5　结　语

本文以某城市位于高填方区的桥梁为工程背景，通过对各设计方案的比选分析，从优化结构受力、降低工程造价、缩短工期等方面提出了高填方桥梁方案选择的原则：（1）上部结构选型时考虑到地基沉降对结构受力的影响，应选择对地基沉降不敏感的桥型结构；（2）下部结构由于桩基自重和负摩阻力的不利影响，应尽量优化跨径，适当减少桩基数量，这样可以最大限度发挥桩基的作用，避免桩基长度的浪费。最后对高填方桥梁施工提出了建议，希望能为以后的同类型工程设计及施工提供参考。

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1009-7716（2016）03-0062-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.03.018

2015-12-16

方蕾（1983-），女，湖南岳阳人，硕士，工程师，从事桥梁设计工作。