山区高速公路桥梁改路基优化设计探讨

魏松涛，王 松

(中交第一公路勘察设计研究院有限公司)

山区高速公路设计中，路线在跨越自然冲沟时，一般认为当路基中心填方高度超过20m时，宜和桥梁做方案比选。但在一般设计中，普遍认为桥梁跨越方案安全省事，风险小，就直接采用桥梁方案。实际上，对于地质情况较好，虽填方高度超过20m，但沟底纵坡较为平缓的“U”形沟谷，为消化路基和隧道废方，考虑路基方案可能比桥梁方案更经济。

四川省达(州)陕(川界)高速万源段在建设过程中，由于沿线人口稠密，山高沟深，而沿线隧道、路基挖方弃方较多，造成了施工弃土困难，施工进度滞后。经过对水文、地质、环境评价以及质量、安全、工期、效益等多方面因素分析和论证，最终决定对吴家河2#大桥进行桥梁改路基优化设计，以消化弃渣，节约投资。

1 工程概况

吴家河2#大桥位于达陕高速白沙互通中，为跨越吴家沟布设。由于所处路段为分离式路基，该桥分为左右线两座大桥，其中部分里程位于加减速车道变宽段上。右线桥起讫里程为YK34+438.97～YK34+654.47，桥梁全长215.5m，桥跨组成为4×30m+3×30m，第一联上部采用装配式预应力混凝土简支T梁，第二联上部采用预应力混凝土现浇连续箱梁。下部0#桥台采用简易桥台，扩大基础;7#桥台采用柱式桥台，钻孔灌注桩基础。左线桥起讫里程为ZK34+451.03～ZK34+636.53，桥梁全长185.50m，桥跨组成为3×30m+3×30m，第一联上部采用预应力混凝土现浇连续箱梁;第二联上部采用装配式预应力混凝土简支T梁。下部0#桥台采用柱式桥台，钻孔灌注桩基础;6#桥台采用简易桥台，扩大基础。左右线桥墩均采用柱式墩，钻孔灌注桩基础。

桥位区地形呈宽阔“U”字形，起伏较大，北岸自然坡角为20°～30°，南岸自然坡度为40°～50°。两岸斜坡体均稳定，未见明显滑移现象。路线设计高距地面10～31m，桥址地质情况由上往下依次为8～10m厚第四系亚粘土(Qel+dl4)、10～30m厚三叠系下统嘉陵江组(T1j)强风化泥岩、弱风化泥岩。桥位区的大冲沟无地表水系。

2 施工存在的问题及优化方案的提出

由于吴家河2#大桥小桩号方向接白沙互通路堑挖方区，大桩号方向接吴家河隧道，按照原桥梁方案，施工单位提出存在以下问题。

(1)吴家河隧道的施工便道设置在南侧岸坡上，桥梁桩基施工与吴家河隧道施工存在相互干扰问题，尤其是弃渣运输和材料运输，工期难以保证。

(2)左线第一联和右线第二联上部均采用了预应力混凝土现浇连续箱梁，施工时需要搭设较高的满堂支架，而桥址区土层较厚，含水量较大，为保证桥梁施工质量和安全，需要对地基进行特殊处理，施工周期较长。

(3)白沙互通均为路堑挖方，废方量较大，弃土困难。

基于以上困难，施工单位提出了如果将桥梁取消，改为路基方案通过，可以很好地解决上述问题。经过多次研究和反复论证，最终确定了吴家河2#大桥“桥改路”的优化设计思路。

3 桥改路方案可行性分析

吴家河2#大桥桥下吴家沟在路线区域内沟底平均纵坡仅为8.26％，远小于路基设计规范规定的陡坡路堤临界值1∶2.5，故对于填筑路基而言，原地面相对平缓，适宜填筑路基。路线左侧沟底平均纵坡收敛较快，在拟填平区域内沟底纵坡为30.61％，利于收缩坡脚，且填平后施工中可作为施工临时场地，竣工后复耕利于当地民众耕种。路线右侧沟形较为宽阔，沟底平缓，纵坡约为6.25％，底宽约30～70m，可设置弃土场，对高路堤坡脚形成反压，增加路基稳定系数和安全储备。

由于沟中心处路基中桩最大填土高度达32.76m，沉降问题成为本优化方案的控制因素。但随着高路堤设计和施工技术的日趋成熟，沉降问题可通过地基处理、采取土石混填、铺设高强度土工格栅、超载预压、加强施工控制等多种工程措施来降低，再加上铺筑路面前预留足够的沉降期，该问题便可迎刃而解。

综上所述，吴家河2#大桥完全具备桥改路方案的可行性。

4 桥改路优化设计方案

(1)填筑方式及防护形式:路基采用整体式土石混填。边坡采用折线形，第1～3级坡率分别采用1∶1.5、1∶1.75、1∶2.0，分级高度为8.0m和12.0m，边坡平台宽4.0m;路线左侧沟谷填至与路基齐平，并设置向外3％横坡，路基右侧坡脚设置弃土场反压，增强路基稳定性;右侧第1、2级坡面采用拱形骨架植草防护。

(2)降低沉降措施:由于沟底地基土为含水量较高的亚粘土，对此范围内地基采用挤密碎石桩处治，桩顶填筑级配较好的片碎石，兼做盲沟。路床底及分级平台处铺设3层双向土工格栅，间距1m，并采用重锤补强，以降低路基不均匀沉降。

(3)排水工程:路基左侧填平区域设置环形排水沟，路线右侧填方边坡平台上设置平台截水沟，YK34+438.466填挖交界处设置1.5m×1.5m钢筋混凝土盖板涵以排除路基汇水。

5 效益评价

吴家河2#大桥原桥梁方案造价1682.86万元，调整为路基后，总造价缩减至1366.13万元，减少投资316.7万元。路基还可消耗45.6万方弃渣，减少弃土场一处，可节约投资约300万元。宽阔的路基场地还可作为T梁预制场，存梁期梁板还可对路基提供超载预压，有效消除路基沉降，缩短了施工周期，经济效益明显。

此外，桥梁调整为路基后改变了原沟谷处的地貌，路基左侧填平区域为当地民众提供了耕种场地，同时公路两侧景观效果也得到了改善，社会效益和综合效益显著。

6 结语

山区高速公路在跨越沟底纵坡较为平缓的“U”形沟谷时，选择路基方案通过，虽然填方高度超过了20m，但通过水文、地质和环境评价以及质量、安全、工期、效益等诸多方面分析以及地基处理、采取土石混填、坡脚弃土反压、铺设高强度土工格栅、超载预压、加强施工控制等多种工程措施可确保高路堤稳定，且相比桥梁方案更为经济合理。

吴家河2#大桥2009年10月开始按优化设计方案施工，路基填筑于2010年8月填筑完毕。而后为桥梁预制场、路面拌合站等提供了良好的施工场地，既降低了路基的工后沉降，又方便了主线其他工程的顺利推进，确保了达陕高速公路2011年底通车的总工期目标。经过两年的运营监测和雨季的洪水考验，目前路基稳定，路面行车状态良好，周边生态景观宜人，“桥改路”方案取得了良好的经济效益和社会效益。

[1] 中交第一公路勘察设计研究院.万源(陕川界)至达州(徐家坝)高速公路详细工程地质勘察报告[R].西安:中交第一公路勘察设计研究院，2007.

[2] 中交第一公路勘察设计研究院.万源(陕川界)至达州(徐家坝)高速公路施工图设计文件[R].西安:中交第一公路勘察设计研究院，2007.

[3] 唐良健.万源(陕川界)至达州(徐家坝)高速公路吴家河2号桥桥改路变更设计[R].西安:中交第一公路勘察设计研究院有限公司，2009.