高速公路保通线跨矿坑桥梁改路基优化设计分析与评价

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区域治理
PRACTICE
作者简介：崔芳胜，生于1982年，本科，高级工程师，研究方向为路桥设计。

高速公路保通线跨矿坑桥梁改路基优化设计分析
与评价
安徽省交通建设股份有限公司 崔芳胜，马正峰
摘要：结合G4211宁芜高速皖苏界至芜湖枢纽段改扩建工程黄梅山应急临时保通线矿坑大桥改路基优化设计实例，针对该工程的特殊地质条件（跨沉淀池尾矿库），分析了桥梁改路基方案的可行性，并提出了具体的变更设计方案，为公路工程中桥梁改路基优化设计提供可靠的经验借鉴。

关键词：临时保通线；沉淀池尾矿库；桥改路；优化设计中图分类号：U412.36+6
文献标识码：A
文章编号：2096-4595（2020）49-0164-0002
高速公路设计中，路线在跨越特殊地质条件时，一般会采取路基和桥梁方案的经济比选。

但在项目设计阶段，由于设计周期短，地勘时间紧迫，对路线和方案论证不是非常充分，普遍认为桥梁跨越方案安全省事、节约用地，就直接选择桥梁方案。

实际上虽然地质情况较差，但经处治后，采取路基方案可能较桥梁方案更安全、更经济。

G4211宁芜高速皖苏界至芜湖枢纽段改扩建工程是国家高速公路网的重要组成部分，是落实长三角一体化发展规划纲要和长江经济带发展规划纲要的重点项目，该路段也是连接安徽省皖江地区与苏南、上海等东部沿海发达地区的重要通道。

黄梅山应急临时保通线为正线施工期间保通道路，因此担负着重要的作用。

保通线起于马鞍山东枢纽互通区，沿线既有黄梅山隧道西侧布线（明开挖），经回水塘尾矿库后，于矿坑大桥（跨沉淀池尾矿库）南侧顺接现状高速。

路线全长2.188公里（见图1）。

一、原设计工程概况及地质条件
（一）原设计工程概况
矿坑大桥位于黄梅山应急临时保通线，沿沉淀池尾矿库边缘穿过，本段路线填高度约7～8m 。

原设计采用桥梁（8×30m 钢板组合梁）通过，桥平面位于圆曲线R=4300m 及后缓和曲线LS=128.929m ，纵坡-3.5%，桥起讫里程桩号：JK44+090～JK44+330，中心桩号JK44+210，桥梁全长240m （见图2）。

（二）地质条件
沉淀池尾矿库概况：长江矿业东部塘口沉淀池尾矿库总库容8万m 3，五等库尾矿，位于黄梅山隧道南出口西南侧，东邻宁芜高速公路约30m ，现状库区高程低于高速公路约高7～8m ，是在原有露天采矿坑基础上建立的，北、东、西三面为坡地，南侧筑坝，东西宽约320m ，南北宽约230m 。

该库西侧
坡地上方为居民区，北侧坡地上方为干选厂，东侧为马芜高速公路（大桥段），与回水塘尾矿库隔路相望。

沉淀池尾矿库已于2006年11月治理后进行了闭库，目前该尾矿库已闭库约15年，
现状滩面已完成复垦，植被长势较为良好，尾矿库库区汇水面积相对较小、库内干涸无积水。

二、优化设计原因
根据建设单位要求，保通线需6
个月内
图2
矿坑大桥原设计平面图
图1
黄梅山应急临时保通线设计平面图
图3 沉淀池尾矿库现状照片
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区域治理完工以保证正线改扩建工程的如期、顺利地开展。

按照原桥梁方案施工存在以下问题：
（1）桥梁施工工期：保通线总工期6个月，矿坑大桥设计2联：4×30+4×30，工期难以保证。

（2）桥梁施工条件差：
①矿坑大桥桥位区位于黄梅山铁矿矿坑，该矿坑回填土成分复杂，主要由矿渣、黏性土及泥砂等组成，地表水较发育，采用钻孔灌注桩施工，易于塌孔。

②经现场实测现状原地面高程比设计桩顶高程高2～3米，桩基施工时，矿坑需进行开挖，施工难度大。

基于工期及施工条件的受限，提出将桥梁取消，改为路基方案通过，可按期完工，并减少资源浪费，节约造价。

经多次研究和反复论证，监理、设计、业主等单位一致通过并推行此桥改路方案。

最终确定了矿坑大桥“桥改路”的优化设计。

三、桥改路方案可行性分析
（1）路基方案可利用约5万方的弃土，不仅能减少临时用地，而且还能降低临时用地的征地难度及费用。

（2）根据建设指挥部的安排，临时保通线仅使用2年，正线完工后应予以拆除，桥梁方案后期拆除难度大，污染环境，对原
有环境影响较大；路基方案易于恢复原地貌，并减少资源浪费。

（3）桥改路后有利于节能减排理念的落实，利用弃土节约了土地资源并保护了生态环境。

（4）路基方案施工条件简单，利于施工，难度低。

（5）资源投入低，降低工程投资。

四、桥改路优化设计方案
路基方案将跨矿坑段改为路基，本段路线平、纵面维持原设计，路基（不含地基处理）、路面设计与本项目其他路基段保持一致，并于JK44+276.825处增设一道4×3m 钢筋混凝土箱涵排水，如图4所示。

（一）稳定性分析及处理措施
路基的稳定及沉降问题是桥改路的控制因素，为保证桥梁改为路基后其结构安全性可靠、功能上满足要求、使用寿命满足要求，对改为路基工程采用圆弧滑动法进行稳定验算。

针对施工期和运营期的不同特点，对于施工期验算采用总强度法（用十字板指标）计算；对营运期验算采用有效固结应力法，其稳定安全系数要求不小于≤1.2。

选取JK44+150断面进行稳定性分析，边坡坡率1∶1.5，路基填高10.0m ，结合地勘资料分别计算地基处理前后的稳定性。

计算结果如表1：
由表1计算结果显示，路基存在失稳的可能性，因此对矿坑段路基基底进行处治，以保证路基的整体稳定性。

根据工程地质报告及环境影响评价的内容，并结合其他工程项目经验采取了预应力管桩进行处理，设计桩型为400（60）A 型，桩径400mm ，壁厚60mm ，型号A 型，一般路段桩间距为3.0m；桩顶设置C30桩帽(1.5×1.5×0.3m)以及30cm厚碎石垫层，用于调整桩顶应力的分布。

布桩型式采用正三角形，按平行于线路走向布设。

（二）排水系统
因原矿坑大桥调整为路基方案后，阻断了左侧汇流的雨水与右侧水系的联系，为保证其排水系统的顺畅采取了以下2个措施：
①路基于JK44+276.825处增设一道4×3m 钢筋混凝土箱涵进行排水。

②路基两侧设置上口宽0.9m ，下口宽0.6m ，深0.6m ，C25混凝土预制拼接梯形排水沟，阻隔水流对路基的影响，并将水流汇入涵洞排出路基外。

五、桥改路经济效益
由表2可知矿坑大桥改为路基后，可节约1002.3万元。

六、结语
桥梁改路基是公路建设中较为常见的一种设计变更，不仅简化了施工组织，更易于控制质量，同时降低工程投资，在保证公路工程施工质量的前提下，不仅提高了效率，而且节约资源，降低对周边环境的影响，因此，矿坑大桥改路基的优化设计方案将产生良好的经济效益和社会效益。

参考文献
[1]孙来超,邓伟.浅谈高速公路桥梁改路基的优化设计[J].西部交通科技,2018(4):84-86.
[2]郑熙,杜孟芸.高速公路桥梁改路基优化设计实例分析与评价
[J].公路交通
技术,2015(4):18-21.
图4 矿坑大桥改路基平面设计图表1
稳定性计算表
表2
变更前后造价对比表（万元）。