浅析江肇高速刘村连接线广肇跨线桥变更设计

浅析江肇高速刘村连接线广肇跨线桥变更设计
本文探讨了江肇高速刘村连接线广肇跨线桥主桥的三套方案比选，指出在超大溶洞的复杂地质条件下，在高速公路运营繁忙交通疏解困难情况下，通过技术、质量安全和造价分析得出最优化方案。

标签：高速跨线桥变更设计
一、项目概况
珠江三角洲外环高速公路江门至肇庆段刘村连接线工程位于广东省肇庆市高要市回龙镇、白土镇境内，路线由江肇高速刘村出入口、高尔夫球场、高要广新农业生态园、沙口港、宋隆河，上跨广肇高速，接广肇高速白土互通立交，经肇庆二桥连接肇庆市区，全长13.619km。

全线按二级公路技术标准建设，双向4车道，设计速度60km/h。

全线设大桥305.5m/1座，中桥108.8m/2座，涵洞49道，平面交叉12处。

软土路基6.688km（已扣除桥长）。

全线路基宽17m，路面宽15m（水泥混凝土路面），桥梁总宽为17m，桥涵与路基同宽。

广肇跨线桥是江肇高速公路刘村连接线工程中的一座大桥。

大桥中心桩号为K13+023，桥梁全长为305.50m，跨径组合为：5×20m+4×25m+5×20m。

20m跨采用装配式预应力混凝土大空心板，25m跨采用装配式预应力混凝土箱梁，全桥为先简支后桥面连续简支体系，以弱化基础沉降对结构的不利影响。

桥墩采用双柱式墩，座板式桥台。

路线设计线与广肇高速公路成斜交，交角约为92.5度，因此在广肇高速公路中央分隔带设置的桥墩与设计线成92.5度交角，其他墩台均为正交。

二、桥址地质情况
2009年4月，设计单位中交第一公路勘察设计研究院有限公司进行施工图设计，由于现场条件限制，无法开展跨线桥详勘工作，直至2011年年底才开始进行。

设计单位于2012年5月份接到业主单位广东省高速公路有限公司提交的《刘村连接线工程补充勘察阶段工程地质勘察报告》文件，从逐根桩位地质超前勘察的详细报告中提供的广肇跨线桥桥址地质情况显示，该跨线桥桥址区地层岩性结构复杂，但层位较稳定，地表未发现工程活动性断裂迹象，桥址区灰岩层内有溶洞发育，埋藏较深，该溶洞不会造成地面塌陷而影响桥址区稳定性，桥址区区域稳定性较好。

桥址区位于珠江三角洲西南部，属冲洪积平原地貌，地形较平坦，地面标高介于3.214-5.236之间，相对高差2.022m。

根据勘察资料，地层由第四系人工堆积层填土、冲洪积层粘性土及砂类土组成；下伏基岩为泥盆系砂岩及石灰系灰岩。

桥址区特殊性岩土为软土、灰岩，软土层厚11.80-22.5m，表层以软塑状为主，含水量W=20.7%～83.6%，孔隙比e=0.65～2.23，压缩系数av1-2=0.19～2.26MPa-1。

桥址区在勘察过程中，共钻地质孔38个，其中32个钻孔灰岩层中发现有岩溶发育现象，洞高 1.10-14.0m不等，属岩溶强发育区，溶洞埋深于-20m以下。

2012年9月底，勘探单位提交的立于广肇高速的中央分隔
带的7#墩钻探资料可以看出，7#墩二个桩基都有不同程度的溶洞发育，且溶洞洞高均为14.0m左右，地质情况较差。

三、桥梁变更方案比选
通过对地质详勘分析，对原设计桥梁桩基进行核算，广肇跨线桥桥梁桩基需增加360m，部分墩台基桩长度达到80m，且由于部分桩基处地质溶洞隔层连续，造成桩基终孔困难，没有合适的持力层，需采用增加桩基的方法以满足桩基承载力的安全要求，这样不仅需要处理大量的溶洞，也大大增加了工程造价和施工难度。

在业主组织的现场技术协调会中，要求设计单位重新对广肇高速跨线桥的方案合理性进行论证，并请广东省交通运输厅副总工左智飞来现场指导，召开专家专题会，提出如下两套方案：
方案一（原设计方案）：采用5×20m+4×25m+5×20m桥梁方案，桥梁长度305.5m，上部结构采用装配式预应力砼小箱梁、空心板，下部结构为柱式墩、双柱大挑臂墩，桩基础；座板台，桩基础。

广肇高速路面标高 6.7m，广肇高速跨线桥中线处桥面标高14.031m，0号台处设计高程10.628m，地面标高1.503m（塘底），桥台填高9.125m，14号台处设计高程10.517m，地面标高2.9m（塘底），桥台填高7.617m；按原设计方案施工，7#墩施工需占压广肇高速公路车道，为保证畅顺安全，广肇公路运营单位和交警提出要求两侧各增加临时保通车道400m。

此方案优点是原桥梁施工用地已征用，不用重新征地。

原设计方案广肇跨线桥合同工程造价1299万元，原设计未考虑溶洞处理及保通需要，实际实施需要增加的工程费用：增加桩长360m增加90万元，增加溶洞处理252m增加365万元，增加辅道800m增加225万元，增加广肇通信管线拆迁约50万元，增加交通维护费用约100万元，总的工程造价为2129万元。

方案二：采用40m路基+3×20m+（26.5m+47m+26.5m）+5×20m橋梁方案，桥梁全长265.5m，上部结构采用装配式预应力空心板，悬浇预应力砼连续箱梁；下部结构采用柱式墩、板式墩，桩基础，座板式桥台，桩基础。

取消1、2跨桥梁，根据本桥的地质情况，变更为40m路基淤泥层厚度在14-16m不等，软基采用CFG桩进行处理。

主桥26.5m+47m+26.5m连续梁，跨中梁高1.7m，支点梁高3.0m，梁高采用二次抛物线变化，由于梁高的变化，需对原设计方案的纵段进行调整，根据广肇高速的路面标高，高速公路净空要求、悬浇连续梁施工高度以及梁高的要求，需将K13+023处的桥面高程调整至15.521m，需将原设计方案的标高抬高1.49m，为尽量降低路线设计高程，控制纵坡由4%调整为4.5%，调整后的0号台处设计高程12.788，地面标高2.868m（塘底），填高9.92m，11号台处设计高程10.835m，地面标高2.9m（塘底），填高7.935m。

采用方案二的主要原因：
1、从勘察单位提供的地质钻孔情况来看，原设计桥梁方案在0号至1号墩处的地质条件较差，存在多层串珠状溶洞，地质钻孔深度超过70m，部分桥桩基础仍难找到合适的持力层，故取消原设计第一、二孔桥梁，变更为40m路基。

2、
由于地质条件状况较差，桥址区软土层厚11.80-22.5m，如将原桥梁引桥全部变更为路基，高填方路基势必加剧路基失稳，为防止路基的破坏，本次方案保留了原设计桥梁两侧的引桥，以降低桥头填土的高度。

3、K12+935处右侧19m处有一条220KV的高压电线塔，若引桥全采用路基方案，需采用挡墙形式通过，挡墙基础的开挖及高填方路基施工会影响到高压电塔基础的安全。

4、桥位处有一斜穿而过的小河涌，河面宽约10m，尽量不占压河道。

5、现浇箱梁一跨跨过广肇高速公路，不仅减少了施工对广肇高速运营的影响，而且对广肇高速的安全影响也較小。

6、将桥梁跨径调整如方案二后，原引桥桩位不变，不需再进行地质钻探，只需对个别桩位钻探即可，既节省时间又省费用。

方案二桥梁工程造价估算1719万元，溶洞处理费用176万元，路基路面增加184万元，征地及表苗补偿费用26万元，估算总造价2105万元。

经过分析论证，优选方案二。

见表1：江肇高速刘村连接线广肇跨线桥设计方案对比表。

四、主桥变更方案比选
桥梁方案二采用一跨跨越广肇高速，施工过程中采用挂篮悬臂浇筑，施工难度大，安全风险高，且为保证建筑净空及施工操作，结构设计也不尽合理。

根据专家会议对原方案分析论证，从经济、安全、合理等方面考虑，对主桥跨广肇高速的方案进行研究，提出以下三种主桥方案：
方案一（原设计方案）：主桥采用4×25m装配式预应力混凝土箱梁。

方案二：主桥采用26.5m+47m+26.5m悬浇预应力混凝土联系箱梁。

方案三：主桥采用26.5m+47m+26.5m带挂梁的刚构桥梁。

在桥梁变更方案二的基础上优化，经专家会研究讨论，采用主桥变更方案三即T型刚构及预制挂梁方案。

见表2：江肇高速刘村连接线广肇跨线桥主桥变更方案对比表。

五、结论
广肇跨线桥设计方案一因原设计时没有详细地质勘探资料，导致大部分桩长设计不够，经过计算需要加长桩基360m，且大量溶洞需要处理，费用较高，工期较长，不确定性较多。

0号、1号墩处的地质条件较差，部分桥墩基础没有合适的持力层，桩基难以满足终孔要求；且大桥7#桥墩立于广肇高速的中央分隔带上，桥梁的施工必将给广肇高速的运营带来较大影响，并且立于广肇高速的
7#桥墩桩基均存在14.0m左右的较大溶洞，溶洞上部为自稳性差高度约10m厚淤泥层，增加施工的难度，也增加了桥梁的施工对广肇高速路基稳定安全风险，广肇高速公路公司建议不要在广肇高速公路上设桥墩。

7#墩施工需增加临时保通便道800m，交通安全维护费用高。

方案二：采用40m路基+（3x20m+27m+46m+27m+5x20m）桥梁方案，此方案施工工艺相对复杂，施工工期有所增加；增加40m路基需要补征地4亩。

此方案优点是引桥采用装配式预应力混凝土先简支后桥面连续空心板，主桥支架现浇预应力混凝土T型刚构，刚构两侧为现浇预应力连续箱梁，中挂梁为22m预应力空心板，一跨跨越广肇高速，减少了施工对广肇高速运营的影响，对广肇高速的安全影响也较小。

相对方案一，减少了桥梁桩基溶洞处理，也解决0号至2号墩处的地质条件较差，部分桥墩基础没有合适的持力层，桩基难以设计问题。

同时也不影响K12+935处右侧19m处220KV的高压电塔安全及改河协调征地施工问题。

虽然本方案相对原设计方案按合同口径估计增加工程造价约806 万元，但相对原设计方案实际造价减少约24万元；通过比选，在进一步优化设计的基础上，最终决定方案为：桥梁中心桩号为K13+043，桥梁全长为265.50m跨径组合为：3x20m空心板+（27m+46m+27m）T型刚构加支架现浇+5x20m空心板，其中挂梁采用22m空心板。

终上所述，在地质条件恶劣（溶洞较多、串溶）、占道施工不具备、跨交通繁忙的运营高速公路的情况下，多考虑设计变更这条路。

否定原设计方案，在综合考虑地质条件、工程造价、施工难易度和工期等的基础上，得出桥梁的跨径与主桥的结构形式，是从施工的角度影响设计的，值得同类型跨线桥施工借鉴。

参考文献：
[1] 中交公路规划设计院.公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）. 人民交通出版社，2004.10.1.
[2] 中交公路规划设计院，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）.人民交通出版社，2004.11.1.
[3] 中交公路规划设计院有限公司，公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）.人民交通出版社，2007.11.1.。