大型桥梁工程设计要点

桥梁既是建设路网的重要资源，也是一座座“民生桥”“产业桥”。我国桥梁有“世界之最”多、工艺创新多和桥梁样式多等特点，这与我国复杂的地质条件是紧密联系的，可以说复杂地质条件造就了我国的大桥和桥梁工艺，也给我们桥梁设计带来了诸多难题。本文分析了复杂地质地区大型桥梁工程设计的重要性，并从几方面提出了设计时需注意的问题。

1复杂地质地区大型桥梁工程设计的重要性

据交通部门统计，截至2016年年底，我国公路桥梁总数已达100万座，我国建成的悬索桥、斜拉桥、拱桥和梁桥这四类桥梁的跨径均已居世界同类桥梁跨径前列。到2030年我国还需新建2万多公里的国家高速公路，这些高速公路上有许多关键性控制工程是跨越长江、黄河和海峡的大型桥梁，或复杂地质、地形条件下穿越沟壑和崇山峻岭的高架桥梁，有许多难点和关键技术尚待突破。

特别是我国幅员辽阔，工程、水文地质情况复杂多变，尤其灰岩地区地质极其复杂，如溶洞、断层、裂隙、地下水等。如对其认识不足可能严重影响设计阶段桥梁基础形式选型，施工阶段桥梁基础安全隐患以及施工质量，乃至通车后的运营安全，造成严重的质量、安全、隐患和经济损失。对于地质条件复杂区域，桥梁基础前期进行深入的地质勘探，采取合理的设计措施来降低工程造价，减小施工难度，缩短工期十分必要。

2复杂地质地区大型桥梁工程设计要点

2．1基于勘察工作开展设计

我国很多大型桥梁工程巨大、线路长，路区域内岩溶、岩堆、滑坡、采空区、顺层、危岩落石及软土等不良地质众多。勘测是桥梁设计合理的前提和基础现场地形、地质影响桥梁下部结构型式的选择及方案的合理性、可行性，对下部工程设计质量至关重要，如果前期调查不细，就会给工程实施造成设计变更、工期延长、费用增加等问题。对于地质条件复杂区域，桥梁基础施工阶段很难全面、深入的进行地质勘探，所以施工阶段对桥址区的补充勘探，甚至逐桩钻探是很有必要的。某高架桥桥梁结构以简支梁为主，主桥为斜拉桥，采用双塔双索面斜拉设计，主塔为“H”型，主桥基础采用钻孔灌注桩，设计桩径1.5米，桩长65米，每个塔11个桩，共计44根。

整个工程受阻于桩基施工，44根桩基仅成孔4根。原因是在桩基钻孔进行到地面以下41米左右时，遇到意想不到的“钢板”地质，钻机成孔缓慢，加上跨铁路线施工存在安全方面的疑问，施工进度受到影响。本工程所在这一地段地理构成复杂，自开工至今，针对不同的地层，先后使用过冲击钻、不同功率的反循环回旋钻、正循环回旋钻、旋挖钻等等，甚至全国仅有的最大的两台旋挖钻德国产BG－50中的一个，也在复杂的岩层状况前败下阵来:钻杆损坏、动力头法兰盘扭裂。在桩顶41米以下普遍存在连续多层类似石英砂岩的板结构造地质，是几次钻孔卡钻、进尺缓慢的主要原因。

为进一步研究钻桩方案，该项目最终对该桥位地质重新补勘，获取了更详实准确的地质资料，同时对所钻探资料、钻桩资料反复比较分析，对其土层分布范围及岩性了解透彻，为调整施工工艺和必要的设计变更提供依据。在桥梁勘察设计工作开展时我们应当做到以下几点:①保证勘察前期准备的充分性，一是要全面的搜集相关资料，二是要到现场进行实地勘察，以保证地形地貌和地质条件的准确性;②在使用勘察设备时有条件的情况下最好使用精度高、勘察效果好的设备，在取样时要保证样本有较高的代表性;③勘察时要严格按照相关规范进行，但是也要注意具体问题具体分析，可以创造性的采用一些高效的勘察方法;④因为我国地质条件特别丰富，桥梁所在场区不同遇到的环境也不尽相同，所以勘察时应当开展区域性地质研究，制定相应的勘察技术要求;⑤桥梁的施工有时会造成建设区的环境破坏，在勘察时要坚持绿色环保的理念。

2．2跨河桥梁桥台选择

位于河流上的桥梁，因为其桥墩深入河水中，受到河水的常年冲刷，在低水位之下，冻结线之上或者冲刷线的附近，墩身通常会出现环带状腐蚀，甚至会出现混凝土空洞。如果桥梁位于厚砂砾卵石层时，桥梁的桩基就会出现高强度的磨损，严重的还会造成桩基的钢筋暴露。所以对于跨河桥梁的设计要特别重视桥台和基础结构形式的选择，提高水平抵抗力。下面具体分析桥台选择的过程。

(1)组合式桥台。组合式桥台台身只受到桥跨结构的竖向力和水平力，它通过另设的结构物分担了台后土压力，组合的形式主要有主要过梁式、锚碇板式、框架式和桥台与挡土墙组合桥台。组合式桥台的台身能够选择桩接盖梁式结构，大大节约了工程材料，降低了成本，并且受力非常明确。其中桥台与挡土墙组合如果应用与软土地基容易引发质量问题，因此在跨河桥梁中不适用该种形式。

(2)埋置式桥台。埋置式桥台的台前溜坡内可以设置防冲装置从而使得台前溜坡能够承受台身的主动土压力，因此可以大大节约材料成本。但是台前溜坡的坡度叫小，坡长大，如果距离河岸不远就必须对河床进行压缩，这样就会施工带来了困难。在成本能够满足的条件下，软土地桥梁建设的布置桥孔过程中会增加桥梁的跨度，同时把桥台往河岸的后方移动，从而将台后路堤成变为低填土式的。这种情况下选择埋置式桥台就能够降低桥梁基础的成本，但是应当注意设计过程中要保证桩基间距不超过5米。

(3)薄壁式桥台。在薄壁式桥台的承台设置支撑梁，在梁与桥台之间使用栓钉进行锚固，就能够使桥台和支撑梁及上部结构组成一个四铰框架来承受台后土压力。这种桥梁形式具有较高的整体性，自身的结构重量小，施工也比较简便。这种形式的桥梁一般多适用于台高不大于3m且跨径小于13米的单跨桥梁。

2．3极软岩石中的桩长设计

大型桥梁的上部结构承受的荷载大，遇到不良地层(如适合当持力层的岩层埋藏很深，用其做持力层工程量大，施工难度大，成本高或者埋藏不深但是下部存在软弱土体)，用天然浅基础无法满足上部荷载时建议采用嵌岩桩或摩擦桩。摩擦桩是主要靠桩身与土层的摩擦力提供承载力，端承桩主要靠桩底提供承载力，设计时考虑造价和施工问题，根据勘察报告设计。对于地质条件各土层较厚，岩石比较浅，上部结构反力不是很大的情况可以用摩擦桩。而对于岩石埋深浅，建议使用嵌岩桩。

通过桥梁计算软件布设活载计算出桥墩桩基最大冲刷截面的最不利荷载，以单桩轴向容许承载力公式为依据对摩擦桩和嵌岩桩桩长进行求解。就嵌岩桩而言，它的桩长要综合考虑桩基轴向力以及弯矩，综合两因素最不利者来获得最佳深度。例如某桥梁工程通过最大冲刷截面处弯矩算出桩基嵌岩深度。在没有掌握准确的地面或最大冲刷截面处弯矩数据时，可以以弹性桩基础理论为依据，在Z=4时，该桩基Z米深入截面的弯矩、剪力和应力我们可以将其当做是零。如果经过桩基受力计算，摩擦桩和嵌岩桩都符合的话，我们就要考虑桥梁的地质状况，这种情况下，设计者应当最大程度的加大桩底嵌入基岩的深度，进而提高桩基的承载力，使桥梁的基础更加稳定。

3结束语

我国大型桥梁建设中会遇到诸多的含淤泥，中、粗、细沙及砾沙夹层等复杂成因的地质场区，在这些地质场区修建桥梁应当根据地质情况进行设计，做好桥梁地基的处理、合理选择桥台、合理计算桩长等没从而降低施工难度，减少工程量，保证桥梁的安全与稳定，大大降低工程成本。

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