山区高速公路桥台经济性选择

唐云浩TANG Yun-hao；李航LI Hang

（云南省交通规划设计研究院有限公司，昆明650041）

1 工程概况

宾川至鹤庆高速公路是《云南省道网规划修编（2016-2030 年）》中高速公路网布局二十联中的第十二联 “宾川—鹤庆－剑川”中的一段，是大理白族自治州高速公路规划网的重要组成部分，也是上关至鹤庆高速公路和大理至永胜高速公路的横向连接线，同时也是大理白族自治州祥云至宾川至鹤庆等地的重要通道。该项目的建设对加快沿线经济建设有着重要作用。

2 桥台型式选择原则

桥台型式的拟定，主要遵循以下原则：

①应满足公路桥涵设计“安全、耐久、适用、环保、经济和美观”的原则。

②应结合山区地形地貌、地质条件、不良地质、填土高度、路线设计及纵横坡等情况选择。

③应坚持因地制宜、综合设计、具体情况具体分析的原则，从更安全、更经济、更环保的角度出发，以使桥台型式的设计更加安全经济合理。

3 山区高速公路常用桥台型式

桥梁桥台是桥梁结构的重要组成部分，桥台除了传递桥梁上部结构的荷载到地基外，还具有抵挡台后的填土压力、稳定桥头路基和连接桥上线路的作用。山区高速公路较常用的桥台型式为重力式U 型桥台和轻型桥台（包括肋板式桥台和桩柱式桥台）。在地形起伏的山区，肋板式桥台往往不太适用，所以重力式U 型桥台和桩柱式桥台应用最为广泛，本文主要讨论此两者桥台型式的选择。

重力式U 型桥台在桥梁设计中应用较多，主要由台帽、前墙、侧墙和扩大基础四部分组成，见图1。重力式U型桥台主要通过自重进行外力平衡，具有构造简单、取材方便及节约成本等优点。但因为具有较为复杂的受力形式，特别是在自重力、汽车活载及土压力等作用下，容易产生桥台台身开裂、基础局部地基承载力不足、基础不均匀沉降等病害。

桩柱式桥台主要由台帽、耳墙、背墙和桩基础四部分组成，见图2。主要利用结构自身的抗弯能力来减小圬工量，使桥台重量轻型化。具有施工便利、构造简单及受力明确等优点。但因为其抗推刚度小、稳定性差和承载能力有限等不足，容易产生桥台桩基倾斜、桩头破损、桩基暴露等病害。

图2 桩柱式桥台

图1 重力式U 型桥台

4 本项目桥台型式方案研究

本文结合宾鹤高速公路实际工程地质纵断进行方案的阐述和比选，见图3。

据区域地质资料及地质调查结果，本段路线所经区域内出露的地层主要有燕山期正长斑岩（ξπ53）、二叠系玄武岩系（Pβ）、第四系全新统（Q）地层等。

含碎石粉质黏土：灰色、灰红色，主要由黏土矿物和玄武岩碎石组成，碎石粒径一般20-60mm，含量15-35%，碎石分布不均，局部段较富集，硬塑。该层厚度较小，整个桥区均有分布。地基承载力基本容许值[fao]=200kPa，桩侧土摩阻力标准值qik=65kPa。

强风化玄武岩：灰色，褐红色，矿物成分主要为斜长石、辉石、橄榄石，致密结构，块状构造，裂隙发育，机械扰动下大多数岩心呈砂状，少数呈20-40mm 碎块状。地基承载力基本容许值[fao]=420kPa，桩侧土摩阻力标准值qik=130kPa。

图3 工程地质纵断

中风化玄武岩：灰色，褐红色，矿物成分主要为斜长石、辉石、橄榄石，致密结构，块状构造，岩质坚硬，难钻进，岩芯多呈40-170mm 短柱状、柱状，局部碎块状，该层为场地下伏基岩，厚度大。地基承载力基本容许值 [fao]=1600kPa，饱和单轴抗压强度frk=61.8MPa。

由于覆盖层较薄，桥台基础落在强风化玄武岩上。使用重力式U 型桥台，既满足了承载力要求，又节约了工程造价。但是由于强风化玄武岩在机械扰动下大多数岩心呈砂状，岩质较软，此时采用桩柱式桥台更能保证结构安全。当设计时遇到此类似的地质情况时就需要对桥台选型方案进行经济性比较。

假设桥台桩基全部处于强风化玄武岩中，按摩擦桩计算，桩长为16m。当桩长小于16m 时，只有端承桩能满足承载力需求。根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG 3363-2019），本项目中风化玄武岩属于较硬岩，最佳嵌岩深度推荐为2-3d，桩柱式桥台桩径为1.6m，所以嵌岩深度不应小于4.8m。考虑到长细比、稳定性等因素，结合以往工程经验，最小桩长取10m。

根据相似的地质情况，列举重力式U 型桥台和桩柱式桥台不同参数情况下主要工程数量表，见表1 和表2。

表1 重力式U 型桥台主要工程数量表

根据表1 和表2 的结果，可以得到如下结论：

①当覆盖层很薄，设置2m 高前墙的重力式U 型桥台，基底就能落在强风化花岗岩上时。此种地质情况下采用桩柱式桥台，造价较高，不经济。采用重力式U 型桥台，若开挖基坑后局部地基承载力不满足要求，可以采取换填等地基处置措施。综合考虑建议采用重力式U 型桥台。

②当覆盖层较薄，设置3m 高前墙的重力式U 型桥台，基底就能落在强风化花岗岩上时。若中风化玄武岩埋深较浅，小于等于15m 的端承桩能满足承载力要求时，因为造价相差不多甚至更低，且此类软质岩石地质采用桩柱式桥台更加安全，综合考虑建议采用桩柱式桥台。否则采用重力式U 型桥台。

表2 桩柱式桥台主要工程数量表

③当覆盖层较厚，设置4m 高前墙的重力式U 型桥台，基底才能落在强风化花岗岩上时。根据实际地质情况若桩长小于等于21m 的摩擦桩能满足承载力要求时，因为造价相差不多甚至更低，且此类软质岩石地质采用桩柱式桥台更加安全，综合考虑建议采用桩柱式桥台。否则采用重力式U 型桥台。

④当覆盖层很厚，设置5m 高前墙的重力式U 型桥台，基底才能落在强风化花岗岩上时。根据实际地质情况若桩长小于等于28m 的摩擦桩能满足承载力要求时，因为造价相差不多甚至更低，且此类软质岩石地质采用桩柱式桥台更加安全，综合考虑建议采用桩柱式桥台。否则采用重力式U 型桥台。

5 结语

随着国家对基础设施建设力度的加大，山区高速公路发展进程不断加快，遇到的地形地貌、地质条件也越来越复杂，在实际的设计过程中，桥台型式的选择要做到因地制宜、综合设计，以安全、经济、环保为理念，才能做出更加经济合理的设计方案。本文以宾鹤高速公路为例，分析在特定条件和地质情况下，不同桥台型式的经济性，希望能对山区高速公路桥梁桥台型式的选择提供参考。