大桥工程地质特征及设计方案

摘要：栏杆村大桥是江玉高速上一座桥隧相连的桥梁，地质条件复杂。文章在考虑地形地貌、工程地质、水文地质和周边的环境的基础上，对桥梁设计方案进行了研究，选定了桥型、桥位及桥梁参数，并提出了施工工艺和参数，研究成果可为江玉高速项目提供技术支持，也可为类似工程提供参考。

关键词：栏杆村大桥；地质特征；设计方案

栏杆村大桥位于江口县民和镇附近。桥梁左半幅起点桩号为ZK12+528.46，终点桩号为ZZ12+65.54，中心桩号为ZK12+595，全长127.08m；右半幅起点桩号为K12+540.96，终点桩号为K12+6661.04，中心桩号为K12+601，全长120.08m，交叉角度为90°。桥梁跨径组成为左幅6m×20m、右幅6m×20m连续T梁。桥梁结构形式为装配式预应力混凝土连续T梁，下部结构左幅0号台采用U型台、扩大基础，6号台采用柱式台；右幅0号台、6号台采用坐板台、扩大基础。桥墩采用柱式墩、桩基础。桥墩最大高度为32.5m。栏杆村大桥位于分离式路基上，平面位于直线段上，左幅纵面位于纵坡为1.08%的直线上，右幅纵面位于纵坡为1.1%的直线上。该桥在ZK12+617处有一条长流水小河，河宽约4m，水深约0.2m，河床为砂砾石，水流方向从路线右侧至左侧，施工时应采取相应措施避免水资源受污染。

1桥址区自然地理概况及地质评价

1.1地形地貌

桥址区属构造侵蚀低山地貌单元，微地貌为河流深切沟谷，河流侵蚀剧烈，呈“V”形沟谷，河谷两侧相对高差较大，植被发育，斜坡坡度为25°～40°，局部为陡崖。桥位横跨沟谷，地面标高介于564～595m，相对高差为30.1m。

1.2地层岩性

根据钻探揭露及工程地质调绘，桥址区山体斜坡及坡脚覆盖第四系全新统残坡积层（Q4el+d1），沿河流现代河床分布第四系全新统冲洪积堆积（Q4al+pl），下伏基岩为寒武系下统杷榔组（∈1p），在揭示深度范围内地层岩性由新至老分别为第四系全新统冲洪积堆积（Q4al+pl）、第四系全新统残坡积层（Q4el+dl）、寒武系下统杷榔组（∈1p）：岩性为钙质页岩，产状为30°∠9°。

1.3地质构造

工程区所在区域大地构造单元大多属扬子准地台（I）黔北台隆（I1）中的遵义断拱（I1A），处于黔北贵阳复杂构造变形区（I1A3）。区内地质构造复杂，褶皱和断裂都较发育，桥址区附近发育的断裂主要为f4。f4于路线K12+745附近与路线斜交，距离栏杆村大桥玉屏岩岸桥台约80m，地形上表现为负地形，断层西侧岩性为寒武系下统杷榔组（∈lp）钙质页岩，东侧岩性为寒武系下统清虚洞组（∈1q）灰岩。该断层距离桥址区较远，对桥梁影响较小。

1.4地表水与地下水

桥址区沟内溪水流向大致由南向北，在ZIK12+620处向北西转向，流向变为北西向，水面宽度为3～8m，属常年性流水，流量随季节而变化，主要接受大气降水补给，排泄以地表径流及蒸发为主。1.5地质评价江口岩桥台：左线桥台处斜坡坡度为32°～35°，根据野外调查及钻探揭露，桥台处覆盖层较薄，一般小于2m，下伏基岩为寒武系下统杷榔组钙质页岩，岩层产状为30°∠9°，呈薄层状，属于斜向坡，斜坡稳定性较好：右线桥台所处斜坡坡度为40°～45°，大多基岩出露，出露基岩同为薄层状钙质页岩，岩层产状与左线桥台一致，斜坡稳定性较好。玉屏岸桥台：桥台处斜坡坡度较陡，一般大于55°，局部近乎直立，基岩裸露，出露基岩为寒武系下统杷榔组薄层状钙质页岩，岩层产状30°∠9°，属斜向斜坡，节理裂隙较发育，无软弱结构面发育，斜坡稳定性较好。两岸桥台所处山坡下伏基岩主要为强、中风化钙质页岩，据附近钙质页岩露头量测，产状为30°∠9°。路线走向约140°，岩层走向与路线走向夹角为20°，两岸桥台均属斜向坡，岩质边坡稳定性较好。据野外工程地质调绘，桥址区未见不良地质及特殊性岩土。

2设计依据和技术标准

设计依据主要包括该项目《勘察设计合同》《初步设计文件》和现行国家出台的公路工程技术标准及相关规范。设计技术标准如下：道路等级为双向四车道，高速公路；设计行车速度为80km/h；设计安全等级为一级；设计荷载为公路Ⅰ级；桥涵所处环境类别为Ⅰ类；该桥位于分离式路基上，桥梁左右幅宽度一致，半幅宽度为12.25m，桥宽组成为0.5m护栏+11.25m行车道+0.5m护栏；设计洪水频率为1/100；地震动峰值加速度为0.05g，对应抗震设防等级为V级：设计基准期为100年。

3主要材料

（1）混凝土：上部结构混凝土采用C50混凝土；防撞护栏、桥头搭板混凝土采用C30混凝土；下部结构混凝土采用C30混凝土；桩基采用C30混凝土。（2）钢材：普通钢筋采用HPB300和HRB400钢筋；钢筋焊接网采用带肋钢筋焊接网；钢板采用《碳素结构钢》（GB/T700—2006）中规定的Q235B钢板。（3）预应力材料：①预应力钢绞线采用抗拉强度标准值为1860MPa、公称直径为15.2mm的低松弛高强度钢绞线；②预制T梁正弯矩钢束采用15-5型、15-6型、15-10型及15-7型系列错具及其配件，预应力管道采用圆形金属波纹管，预制梁在墩顶处的负弯矩钢束采用15-5型、15-3型锚具及其配件，管道采用圆形金属波纹管。（4）支座、伸缩缝：该桥采用D80型模数式伸缩缝；桥台采用GJZF4板式橡胶支座，桥墩采用GJZ板式橡胶支座。（5）桥面铺装：桥面铺装采用8cm厚的C50混凝土及10cm厚的沥青混凝土。（6）其他用材：该项目所采用的水泥、细骨料、粗骨料、水等各材料的有关质量要求均按有关条文办理。

4设计方案

4.1上部结构

上部结构采用20m装配式预应力混凝土T形连续梁，为先简支后连续结构体系，按A类预应力混凝土构件设计。

4.2下部结构

下部结构采用桩柱式桥墩，墩高小于15m，柱径取1.2m，桩径取1.3m，墩高不小于15m，柱径取1.4m，桩径取1.5m。根据地形特点，左幅0号台采用U型桥台、左幅6号台采用柱式桥台；右幅0号、6号桥台采用坐板台。

4.3附属构造

（1）桥头搭板：左幅0号台采用8m长桥头搭板，左幅6号桥台、右幅0号、6号桥台不设搭板。（2）伸缩缝：左右幅0、6号桥台处均采用D80型模数式伸缩缝。（3）护栏：外侧护栏采用SS级钢筋混凝土墙式护栏，护栏应按路线实际线型放样并设置。（4）桥面铺装：桥面铺装采用10cm厚的沥青混凝土+8cm厚的C50混凝土现浇层。（5）桥面排水：为防止桥面渗水，在沥青混凝土桥面铺装与混凝土现浇层顶面间设防水层，该桥采用竖向排水。

4.4设计参数

沥青混凝土的重力密度为24.0kN/m3；混凝土的重力密度为26.0kN/m3，弹性模量为3.45×104MPa；预应力钢筋的弹性模量为1.95×105MPa，松弛率为0.035，松弛系数为0.3；锚具变形、钢筋回缩取6mm（一端）；管道摩擦系数为0.25；管道偏差系数为0.0015；支座不均匀沉降为5mm；竖向梯度温度效应按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362—2018）中的相关规定取值。

4.5结构分析

（1）上部结构静力分析。1片梁梁端支点最大反力（汽车荷载考虑冲击系数）的分析结果如表1所示。（2）下部结构静力分析。下部结构内力分析计算采用桥梁下部结构分析程序进行。各桥墩、台所受的水平力按其刚度进行分配，基桩内力按“m”法进行计算。

5施工要点

有关桥梁的施工工艺、材料要求及质量标准，除按《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T3650—2020）有关规范处理外，还应特别注意以下事项。

5.1上部结构

（1）主梁预制。预制T梁在钢束张拉完成后、各存梁期跨中上拱度计算值及二期恒载所产生的下挠值如表2所示。（2）预应力工艺。主梁预应力钢束张拉，建议张拉顺序为50%N2→100%N3→100%N2→100%N1。（3）预应力有效性检测。建议依据《贵州省桥梁预应力工程控制要点与管理规定（试行）》对T梁钢束锚下有效预应力检测。由于预应力损失的影响因素较多，计算过程复杂，故建议通过现场试验确定。

5.2下部及基础施工

（1）基桩应严格按基桩坐标表中的坐标精确放样。（2）钻孔时应采用长度适应钻孔地质条件的护筒。（3）孔径与垂直度检查合格后，进行清孔作业，清孔必须满足设计及相关规范要求。（4）各基桩的泥浆池就地挖筑，施工过程中必须注意泥浆池对环境的影响。

6结论

（1）考虑地形地貌、工程地质、水文地质和周边的环境的基础，上部结构采用20m装配式预应力混凝土T形连续梁，为先简支后连续结构体系，按A类预应力混凝土构件设计。（2）中风化钙质页岩工程性能良好，厚度较大，是拟建桥梁良好的墩、台持力层。建议桥台以强-中风化钙质页岩作为基础持力层。（3）由于钙质页岩抗风化能力差，遇水易崩解、软化，桥台施工时，容易产生小规模的岩体碎落及崩塌，故桥台边坡开挖时，应及时对边坡进行防护，并做好截排水措施。

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作者：韩苹 秦龙飞 傅鹤林 张蒙 李鲒 单位：中交四公局 中南大学