1、景德鎮市南環城高速公路昌江大橋設計吳云鵬陳少文（ 江西省交通設計院 江西 南昌 330002）摘 要：景德鎮市南環城高速公路昌江大橋是一座跨越昌江的大橋，橋孔布置為16 X40m預應力混凝土連續 T 梁橋，橋長 647.00m 。該橋位于石灰巖溶洞群內，橋臺填土受水位控制，高達 13m 。此橋為景德鎮環城高速公路的關鍵控制工程。關鍵詞： 橋梁工程；溶洞群；高填土橋臺；預應力混凝土橋梁設計亠 、/.0 前言景德鎮市南環城高速公路位于我國歷史名城江西省景德鎮市，它南接國家干線高速公路景德 鎮至婺源（黃山）高速公路，北通國家干線高速公 路景德鎮至鷹潭高速公路，是兩條重要干線高速公 路之間的連接線。昌

2、江流域面積 6260Km 2，屬江西五大水系之一 的饒河的兩大支流之一，發源于安徽省祁門縣大洪 嶺，主河溝長 254Km ，流域呈扇形，主河道平均坡 降為0.46%o,中、下游河段較平緩，在 0.32%。0.1 %。之間。路線下游約 2Km左右，有昌江鮎魚山水 利樞紐。昌江通航等級為丫（ 3 ）級，通航限界寬度為30m,高度為8.5m。根據地質調查的資料，發現橋位區域處在地質 大斷層，存在復雜的石灰巖溶洞群，基礎處理很關 鍵。1 總體思路與方法 根據地質部門提供的資料，發現橋梁位于復雜 的溶洞群當中，而且溶洞大小不一，有的大溶洞還 套有小溶洞，有的幾個溶洞相連，如何布置橋梁各 跨的基礎，就是很

3、重要的問題。而且，由于橋臺填 土高達13m，如何處理橋臺處的巨大水平力也是一 個問題。因此，本橋的設計，需要妥善處理下述 4個問 題：1 、合理確定橋址位置、橋梁長度；2、合理確定橋梁基礎位置和基礎布置；3、溶洞群的處理方法；4、高填土橋臺的處理方法。1.1確定橋址位置、橋梁長度 橋址附近昌江河床巖溶比較發育，又有很多挖 砂船在河道采砂，致使河床高差起伏巨大，水流紊 亂，沖刷極大。因此，選擇合適的橋址斷面顯得尤 為重要。1.1.1選擇橋位須考慮有關問題 選擇橋位時，須考慮地質情況，使橋梁基礎 能落在堅實的地基上面，確保橋梁的安全； 選擇橋位時，須考慮河床水文情況，避免紊 流區，減少沖刷，保證基

4、礎安全； 選擇橋位時，須考慮河床寬度，以求用最少 的橋梁長度跨越昌江，減少工程造價，節約投資； 選擇橋位時，須考慮溶洞的處理方法，指導施工，以保證施工的順利進行，符合設計要求； 選擇橋位時，須考慮橋臺高填土問題，想辦 法降低水平力的影響。1.1.2初選方案時，對兩個橋位進行了比較 橋位一：位于昌江鮎魚山水利樞紐上游約2.25Km 處。路線從兩岸村莊邊緣經過，拆遷量小。 橋址處主河槽寬度約 300m。河道岸線順直，橋軸線 與中、高水位流向正交，左岸為小山包，常水位時 受水流沖刷，岸線凹凸不平。右岸為灘地，地形開 闊，地勢低洼，兩側河岸均為土質，并長有雜草， 植被主要為水稻等經濟作物，長勢茂密。橋

5、址上游 約 1.4Km 處河道變窄，寬約 200m （橋址處寬約 700m），下游河床左側進行了渠化，沒有防洪堤。 右岸為天然河岸。根據調查， 50 年來河相未變形， 灘、槽分明。近幾年來，由于挖砂淘金原因，河槽 中的江心洲已經被開挖，導致河床斷面坑坑洼洼， 高低不平，高差在 10m 左右。水流平穩，流速較 小，河床沖刷很小。經地質鉆探，此處發現很多溶 洞群，溶洞大小不一，溶洞體積也很大，有的溶洞 無法確定其邊界，基礎布置很難處理。 橋位二：位于昌江鮎魚山水利樞紐上游約1.4Km 處。路線兩岸均穿過村莊，拆遷量大。上游 至橋位一之間河段進行了渠化，沒有防洪堤，河床 寬度慢慢變大。下游至鮎魚山水

6、利樞紐之間的1.4Km ，均在左側設置了防洪堤，右側未設置。橋址 處主河槽寬度約 350m 。兩側灘地植被主要為水稻等 經濟作物，長勢茂密。由于挖砂破壞了原河床，河 床高差起伏最大達 15m 以上。水流方向在此處發生 了改變，流向與路線夾角為350，水流紊亂，局部水流湍急，對河床沖刷大。經地質鉆探，發現有很多 溶洞群，溶洞大小不一，有的溶洞巨大，無法確定 其邊界，基礎布置很難處理。 經水文計算，橋位一處設計洪水流量311156m3/ 秒，設計洪水位 30.66m （ 1/100 ），通航水 位 27.21m（ 1/10 ），施工水位 21.92m（ 1/5 ）。橋 位二處設計洪水流量 1127

7、8m3/s ，設計洪水位 30.03m （ 1/100 ），通航水位 26.58m （1/10 ），施工水位 21.87m （ 1/5 ）。 采用橋位一：根據以上優劣對比，決定采用 橋位一方案跨越昌江。此處水文情況相對較好，從 村莊邊緣通過，拆遷較小，路線線型順直，工程總 造價少。 跨徑選擇：上部構造若采用跨徑50m以上的橋跨，首先是造價高，不經濟；再者，大跨徑橋梁 下部基礎數量雖少，施工中碰到溶洞的概率相對較 小，但由于基礎很大，承載力要求極高，基礎變形 要求極高，一旦碰到溶洞，就很難處理；而且大跨 徑橋梁上部結構一般采用懸拼或懸澆的連續體系或 拱式結構，構造復雜，工序繁多，施工難度較大，

8、施工周期一長，勢必影響昌江通航和泄洪。因此，考慮采用 40m跨徑的預應力混凝土連續T 梁橋，跨徑滿足通航要求，跨徑也較大，基礎數 量較少，而且基礎體積相對較小，對承載力和基礎 變形要求也相對較低，即使碰到溶洞，也比較好處 理，可以采用摩擦樁和嵌巖樁，基礎形式靈活。 T 梁在預制場預制完成后通過龍門吊安裝，工序少， 工藝成熟，質量可以很好的控制。并且上、下部結 構可以同時施工，縮短工期，對昌江的通航和泄洪 影響小。 確定橋型：據此，確定橋梁孔徑布置為16 X40m 預應力混凝土連續 T 梁橋，加上兩橋臺耳墻長度 7m，全橋長647.00m。上部構造為 40m預應力混凝土 先簡支后連續的 T 梁橋

9、，分離式斷面，單幅橋每孔橫 向布設5片梁，梁寬2.44m，梁高2.3m。1.2確定橋梁基礎位置、埋置深度經水文計算，百年一遇的洪水通過橋址處所需的橋梁長度約 560m。河槽一般沖刷深度為 1.22m局 部沖刷深度為 5.55m，最大沖刷深度為 6.77m ;河灘 一般沖刷為0.73m，局部沖刷深度為 4.57m，最大沖 刷為 5.30m。橋梁下部構造，橋臺采用埋置式肋形臺，鉆孔 灌注樁基礎，樁徑 $ 1.5m;橋墩采用雙柱式墩，灌 注樁基礎，柱徑 $ 1.8m和$ 2.0m，樁徑$ 2.0m和 2.2m 。全橋 16 孔， 2 個橋臺共 8 根樁， 15 個橋墩共 60 根 樁，總計布置基樁

10、68 根。設計安排對全橋逐墩逐樁進行鉆探，盡可能詳 細的揭示地基情況，使設計人員能全面了解情況， 合理布置墩、臺基礎。要求每個鉆孔都必須鉆到溶 洞以下有 5m 厚度以上堅實巖層的位置，確保每根樁 基礎能有安全的埋置深度和穩定的承載力。根據地質鉆探報告，發現08號孔地基情況復雜，基巖為石灰巖，每個鉆孔都有溶洞，溶洞大小 不一，高程變化大。如 3 號橋墩的 3-1 ， 3-3 兩根樁 基，分別落在不同的溶洞內，水平距離只相差12.75m，溶洞層面相差竟達 27.79m。女口 2號墩2-3 樁，穿過兩個溶洞，溶洞底面高差 15.51m。 916 號孔地基情況良好，基巖為板巖，沒有溶洞。進行橋梁基礎設

11、計時，應當考慮以下幾點：（1） 進行基礎設計時，選擇樁基礎，這是因 為：樁基尺寸小，碰到溶洞的可能性比擴大基礎 小，而且可以穿過溶洞群，找到較好的持力層。擴 大基礎尺寸大，遇溶洞的可能性也大，很難找到合 適的持力層。（2） 溶洞區域內的樁基礎應當落在層厚5m 以上 的巖層上面，樁基嵌巖深度大于一倍樁基直徑，這 樣才能保證橋梁的承載力要求。對于一根樁基穿越 多個溶洞的情況，要求樁基底部穿過最下層的溶 洞，落在可靠的持力層上面。一般地質情況的樁基 按照承載力計算確定樁長即可。（3） 同一排樁基采用相同的樁基類型，如全部 采用嵌巖樁或摩擦樁。（4） 摩擦樁承載力的計算考慮沖刷的影響，地 面線位于最大

12、沖刷深度處。（5） 溶洞區域內的樁基，按照地質鉆孔資料， 逐墩逐樁繪制樁基礎布置圖。按照以上要求，根據橋位區域縱向地質斷面資 料，確定全橋縱向布置為： 4X 40+4X 40+4X 40+4X 40m預應力混凝土連續 T梁橋。這樣0號橋臺、1-8 號橋墩號孔位于溶洞區，基礎采用嵌巖樁或摩擦 樁， 915號橋墩和 16號橋臺孔位于正常地質區域內，基礎采用摩擦樁設計。這種4 孔一聯的連續梁體系，較好的配合了地基情況，使樁基礎都能落在 穩定的持力層內，確保橋梁安全。1.3溶洞群的處理方法 根據地質鉆探揭示的昌江大橋溶巖的發育程度及 復雜狀況，設計針對可能出現的3 種溶巖類型提出了相應的施工措施：1.

13、3.1 輕微溶蝕 溶蝕發育輕微，或溶洞發育有一定的 規模，但有充填物，且無裂隙發育，施工時漏漿量 小。采用正常成孔方法施工，在卵石層鉆進時，加大 泥漿比重（ 1.3g/cm 3 以上），用膨潤土護壁。鉆空溶 洞漏漿時，反復在此處加填片石、黃土擠密填筑溶 洞，直至停止漏漿。1.3.2 一般溶洞 溶洞發育明顯，埋置較深，無大裂隙 穿過，施工時明顯漏漿，但施工措施適當，可不塌 孔。采用直徑為 1.75m 的鋼護筒埋至卵石層，沖至溶 洞頂板以上 1m-2m 時，采用 80cm 的短進尺，專人觀 察有無漏漿，若發現漏漿，迅速采用片石、水泥包、 粘土包等堵漏，并及時補漿。在溶洞內鉆進時，加大 泥漿比重，采

14、用間斷式正循環排渣，每進尺 1m-2m 回 填一次，直至穿過溶洞。1.3.3 復雜溶洞 溶洞發育明顯，有的為多層溶洞，并 有明顯裂隙發育，施工時漏漿量大。采用全護筒跟進 至巖層頂面，防止因漏漿量大而導致覆蓋層塌孔。預埋直徑為 2.2m 的鋼護筒，至卵石層頂面， 一般 4m-6m ，防止鉆進時塌孔。采用 2m 直徑沖擊鉆頭鉆進至巖層頂面。為保 證鉆進過程中不塌孔，采用膨潤土護壁，泥漿濃度不3低于 1.4g/cm3。用 100t 沉拔樁機輔助下沉 1.75m 直徑的鋼護筒 至巖面。在巖面與護筒交接處澆筑與樁基同標號混凝 土，封閉護筒與基巖間的間隙，混凝土澆注厚度為 1m-2m 。采用高壓壓漿的方式

15、，使護筒外圍空隙密實，防止施工時擾動護筒而偏孔，漿液采用C25，注漿壓力為 0.7MPa ，不再進漿時應穩壓 10min 以上。待混凝土達到設計強度后，采用常規溶洞區域 樁基礎施工方法進行成孔施工，溶洞頂板的擊穿采用 短進尺，溶洞內鉆進采用先回填再進尺，邊回填邊進 尺。對無填充物溶洞，溶洞頂板的擊穿，先采用30cm 的小鉆頭擊穿頂板，讓擊穿后的頂板仍有一定的 受力性能，然后用低標號混凝土對空洞進行回填，回 填密實并達到一定強度后，正常鉆進施工。1.4高填土橋臺的處理方法 昌江大橋橋臺填土高達 13m ，臺后填土對橋臺 產生巨大的水平力，在設計階段就要采取技術措 施，降低水平力的不利作用，在施工

16、階段也要采取相應措 施，使橋臺保持良好的受力狀態。橋臺設計時，采用填筑人工地基的辦法，降低 橋臺高度，以減小水平力的產生。由于水平力的大 小與填土高度的平方成正比，降低填土高度，就可 以達到目的。在天然地基上，先填筑一定高度的土 方，當填土沉降趨于穩定后，在人工填筑的地基 上，進行橋梁基礎施工。這樣，就可以大大減少橋 臺受力和基礎變形。采用填筑人工地基的橋臺施工步驟為：先填筑 路基至路床底，臺前長度應填筑 15m 以上，臺后再 反挖至承臺底形成工作平臺后，進行鉆孔樁基施 工，澆注承臺，同時平臺土必須完成其防護設施。 肋臺完工后臺后回填石渣，并壓實。必要時打石灰 樁擠密。澆注搭板枕梁，橋臺完工后錐坡應與填土 防護連為一體，不能露土。施工單位進場后應立即 展開該橋橋臺的施工，分層填筑路基和橋下填土， 每層填土厚度不得超過25cm，壓實度不小于 97%，填料CBR值8。為保證路基填筑的質量，必需嚴 格按照公路路基和公路橋涵施工規范的要求，進行 分層填筑和碾壓。路基在碾壓和沖碾時，必須保證 路基填料達到最佳含水量。臺下填土的密實度