摘要:橋梁既是建設路網的重要資源，也是一座座“民生橋”“產業(yè)橋”。我國橋梁有“世界之最”多、工藝創(chuàng)新多和橋梁樣式多等特點，這與我國復雜的地質條件是緊密聯(lián)系的，可以說復雜地質條件造就了我國的大橋和橋梁工藝，也給我們橋梁設計帶來了諸多難題。本文分析了復雜地質地區(qū)大型橋梁工程設計的重要性，并從幾方面提出了設計時需注意的問題。
關鍵詞:復雜地質；橋臺；樁長
1復雜地質地區(qū)大型橋梁工程設計的重要性
據(jù)交通部門統(tǒng)計，截至2016年年底，我國公路橋梁總數(shù)已達100萬座，我國建成的懸索橋、斜拉橋、拱橋和梁橋這四類橋梁的跨徑均已居世界同類橋梁跨徑前列。到2030年我國還需新建2萬多公里的國家高速公路，這些高速公路上有許多關鍵性控制工程是跨越長江、黃河和海峽的大型橋梁，或復雜地質、地形條件下穿越溝壑和崇山峻嶺的高架橋梁，有許多難點和關鍵技術尚待突破。特別是我國幅員遼闊，工程、水文地質情況復雜多變，尤其灰?guī)r地區(qū)地質極其復雜，如溶洞、斷層、裂隙、地下水等。如對其認識不足可能嚴重影響設計階段橋梁基礎形式選型，施工階段橋梁基礎安全隱患以及施工質量，乃至通車后的運營安全，造成嚴重的質量、安全、隱患和經濟損失。對于地質條件復雜區(qū)域，橋梁基礎前期進行深入的地質勘探，采取合理的設計措施來降低工程造價，減小施工難度，縮短工期十分必要。
2復雜地質地區(qū)大型橋梁工程設計要點
2．1基于勘察工作開展設計
我國很多大型橋梁工程巨大、線路長，路區(qū)域內巖溶、巖堆、滑坡、采空區(qū)、順層、危巖落石及軟土等不良地質眾多。勘測是橋梁設計合理的前提和基礎現(xiàn)場地形、地質影響橋梁下部結構型式的選擇及方案的合理性、可行性，對下部工程設計質量至關重要，如果前期調查不細，就會給工程實施造成設計變更、工期延長、費用增加等問題。對于地質條件復雜區(qū)域，橋梁基礎施工階段很難全面、深入的進行地質勘探，所以施工階段對橋址區(qū)的補充勘探，甚至逐樁鉆探是很有必要的。某高架橋橋梁結構以簡支梁為主，主橋為斜拉橋，采用雙塔雙索面斜拉設計，主塔為“H”型，主橋基礎采用鉆孔灌注樁，設計樁徑1.5米，樁長65米，每個塔11個樁，共計44根。整個工程受阻于樁基施工，44根樁基僅成孔4根。原因是在樁基鉆孔進行到地面以下41米左右時，遇到意想不到的“鋼板”地質，鉆機成孔緩慢，加上跨鐵路線施工存在安全方面的疑問，施工進度受到影響。本工程所在這一地段地理構成復雜，自開工至今，針對不同的地層，先后使用過沖擊鉆、不同功率的反循環(huán)回旋鉆、正循環(huán)回旋鉆、旋挖鉆等等，甚至全國僅有的最大的兩臺旋挖鉆德國產BG－50中的一個，也在復雜的巖層狀況前敗下陣來:鉆桿損壞、動力頭法蘭盤扭裂。在樁頂41米以下普遍存在連續(xù)多層類似石英砂巖的板結構造地質，是幾次鉆孔卡鉆、進尺緩慢的主要原因。為進一步研究鉆樁方案，該項目最終對該橋位地質重新補勘，獲取了更詳實準確的地質資料，同時對所鉆探資料、鉆樁資料反復比較分析，對其土層分布范圍及巖性了解透徹，為調整施工工藝和必要的設計變更提供依據(jù)。在橋梁勘察設計工作開展時我們應當做到以下幾點:①保證勘察前期準備的充分性，一是要全面的搜集相關資料，二是要到現(xiàn)場進行實地勘察，以保證地形地貌和地質條件的準確性;②在使用勘察設備時有條件的情況下最好使用精度高、勘察效果好的設備，在取樣時要保證樣本有較高的代表性;③勘察時要嚴格按照相關規(guī)范進行，但是也要注意具體問題具體分析，可以創(chuàng)造性的采用一些高效的勘察方法;④因為我國地質條件特別豐富，橋梁所在場區(qū)不同遇到的環(huán)境也不盡相同，所以勘察時應當開展區(qū)域性地質研究，制定相應的勘察技術要求;⑤橋梁的施工有時會造成建設區(qū)的環(huán)境破壞，在勘察時要堅持綠色環(huán)保的理念。
2．2跨河橋梁橋臺選擇
位于河流上的橋梁，因為其橋墩深入河水中，受到河水的常年沖刷，在低水位之下，凍結線之上或者沖刷線的附近，墩身通常會出現(xiàn)環(huán)帶狀腐蝕，甚至會出現(xiàn)混凝土空洞。如果橋梁位于厚砂礫卵石層時，橋梁的樁基就會出現(xiàn)高強度的磨損，嚴重的還會造成樁基的鋼筋暴露。所以對于跨河橋梁的設計要特別重視橋臺和基礎結構形式的選擇，提高水平抵抗力。下面具體分析橋臺選擇的過程。(1)組合式橋臺。組合式橋臺臺身只受到橋跨結構的豎向力和水平力，它通過另設的結構物分擔了臺后土壓力，組合的形式主要有主要過梁式、錨碇板式、框架式和橋臺與擋土墻組合橋臺。組合式橋臺的臺身能夠選擇樁接蓋梁式結構，大大節(jié)約了工程材料，降低了成本，并且受力非常明確。其中橋臺與擋土墻組合如果應用與軟土地基容易引發(fā)質量問題，因此在跨河橋梁中不適用該種形式。(2)埋置式橋臺。埋置式橋臺的臺前溜坡內可以設置防沖裝置從而使得臺前溜坡能夠承受臺身的主動土壓力，因此可以大大節(jié)約材料成本。但是臺前溜坡的坡度叫小，坡長大，如果距離河岸不遠就必須對河床進行壓縮，這樣就會施工帶來了困難。在成本能夠滿足的條件下，軟土地橋梁建設的布置橋孔過程中會增加橋梁的跨度，同時把橋臺往河岸的后方移動，從而將臺后路堤成變?yōu)榈吞钔潦降�。這種情況下選擇埋置式橋臺就能夠降低橋梁基礎的成本，但是應當注意設計過程中要保證樁基間距不超過5米。(3)薄壁式橋臺。在薄壁式橋臺的承臺設置支撐梁，在梁與橋臺之間使用栓釘進行錨固，就能夠使橋臺和支撐梁及上部結構組成一個四鉸框架來承受臺后土壓力。這種橋梁形式具有較高的整體性，自身的結構重量小，施工也比較簡便。這種形式的橋梁一般多適用于臺高不大于3m且跨徑小于13米的單跨橋梁。
2．3極軟巖石中的樁長設計
大型橋梁的上部結構承受的荷載大，遇到不良地層(如適合當持力層的巖層埋藏很深，用其做持力層工程量大，施工難度大，成本高或者埋藏不深但是下部存在軟弱土體)，用天然淺基礎無法滿足上部荷載時建議采用嵌巖樁或摩擦樁。摩擦樁是主要靠樁身與土層的摩擦力提供承載力，端承樁主要靠樁底提供承載力，設計時考慮造價和施工問題，根據(jù)勘察報告設計。對于地質條件各土層較厚，巖石比較淺，上部結構反力不是很大的情況可以用摩擦樁。而對于巖石埋深淺，建議使用嵌巖樁。通過橋梁計算軟件布設活載計算出橋墩樁基最大沖刷截面的最不利荷載，以單樁軸向容許承載力公式為依據(jù)對摩擦樁和嵌巖樁樁長進行求解。就嵌巖樁而言，它的樁長要綜合考慮樁基軸向力以及彎矩，綜合兩因素最不利者來獲得最佳深度。例如某橋梁工程通過最大沖刷截面處彎矩算出樁基嵌巖深度。在沒有掌握準確的地面或最大沖刷截面處彎矩數(shù)據(jù)時，可以以彈性樁基礎理論為依據(jù)，在Z=4時，該樁基Z米深入截面的彎矩、剪力和應力我們可以將其當做是零。如果經過樁基受力計算，摩擦樁和嵌巖樁都符合的話，我們就要考慮橋梁的地質狀況，這種情況下，設計者應當最大程度的加大樁底嵌入基巖的深度，進而提高樁基的承載力，使橋梁的基礎更加穩(wěn)定。
3結束語
我國大型橋梁建設中會遇到諸多的含淤泥，中、粗、細沙及礫沙夾層等復雜成因的地質場區(qū)，在這些地質場區(qū)修建橋梁應當根據(jù)地質情況進行設計，做好橋梁地基的處理、合理選擇橋臺、合理計算樁長等沒從而降低施工難度，減少工程量，保證橋梁的安全與穩(wěn)定，大大降低工程成本。
參考文獻
［1］林韜，王俊華．洞新高速公路巖溶地區(qū)橋梁樁基勘察設計方法探討［J］．公路交通技術，2013(3):79－81．
［2］姚正東．復雜地質場區(qū)的深基坑支護工程設計與施工［J］．中國西部科技，2006(10):23－24．
［3］張波，邊慧，李忠友，等．復雜地質條件下的橋梁基礎設計與施工［J］．筑路機械與施工機械化，2012(10):72－74．
