央企信托-601号江苏阜宁政信

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水文复杂，下部结构设计难度大

    本文针对初步设计中必须解决的水文计算、合理的基础设计和经济桥型等重大技术问题进行了探讨和研究，并提出了具体的实施方案

    关键词：桥梁　设计　技术　研究金湖大桥位于金湖县城的淮河入江水道，治理淮河时，将原三河改造南泄高邮湖，整个淮河流域16万km2的洪水经此流入长江，属季节性行洪河道

    盐金国防公路穿过此处进入太行山脉，该河是我省除长江以外的第二大水系，设计流量15000m3/s，主河槽宽3100m，是典型的排洪河流

    改造后的水流在桥址处，几乎与大堤成80°交角，因此水文复杂，下部结构设计难度大，初步设计必须解决水文计算、合理的基础设计以及经济桥型等重大技术问题

    1、复杂的水文计算我省水系有两类河流，一是渠化河流，主要是通航和灌溉，它受上下水闸的严格控制和调节，河床稳定，水流缓慢，水位变化小，特别是两岸已有永久性加固河堤，故而这类河流的桥长不直接取决于流量的大小，桥高与水位的关系也不大，满足通航净空即可，基础的深度则略去冲刷的影响，设计时一般不作水文计算；另一类是泄洪河流，特别是瞬时洪峰流量大、速度快、冲刷严重，桥梁的长度、高度、基础的深度等均由水文条件决定

    金湖大桥淮河入江水道正是后者，水文计算是总体设计中的关键

    由桥址处15000m3/s流量时的速度等高线分布图可以看出，入江水道东堤是洪峰的迎峰面，洪峰撞击东大堤后，折向西大堤，东堤下的东偏泓水流紊乱，流速等高线密集，水头落差大，流速变化快，涡流现象十分显著

    最大流速达1.8m/s，而上下游不远处流速不足1.0m/s，显然该区域应引起足够的重视，属最危险区

    桥跨必须加大，必须避免由于桥梁跨度不足而进一步增大流速的现象

    由东偏泓向西，大桥与漫水路斜交35°左右，该路与东偏泓水闸都高于河底，从而提高了上游的水位，增加了水深（用于灌溉），因而洪峰经过时，提高了落差，增大了流速，故漫水公路下游的冲刷就不可忽视，该区域流速达1.3～1.5m/s，影响范围沿桥长约500m左右

    第三个区域是西大堤段，洪峰流速已降低至1.0～1.2m/s，属正常水流区

    由此可知：①须分三个区域分别计算流量、流速与冲刷；②主河槽桥跨的布置可设计为40+3×70+40m为连续结构，因水深超过4m，推荐采用斜拉桁架连续梁；③在不压缩过水断面的前提下，单跨以30m较好，这样主河槽的桥长约3150m.第Ⅰ区域是东偏泓区，长约480m，过水面积3011m2，最大流速1.75m/s，平均流速1.54m/s，设计最高洪峰时，通过区域的流量为4643m3/s，桥长仅占全桥的15.6%，而流量却占总流量的31%.也就是说，东偏泓1/6.5的桥长，须通过近1/3的流量

    最能表达这一特性的水文参数是单宽流量qc，该区域的平均单宽流量高达9.67m3/s，与其相对应的单孔桥跨应在60～100m之间，本桥设计为70m跨径，满足要求

    根据《公路桥位勘测设计规范》在主流深泓线上不宜布设桥墩的规定，该段有两条水深超过8.5m的深泓线（设计水位时），且相距199.1m，故主河槽必须布设三跨70m主跨，方能跨越该深泓线，因此主桥中的主跨布置为40+3×70+40m斜拉桁架连续梁是适宜的

    第Ⅱ区域，可称为漫水公路区域（桥与漫水路交叉区），这段桥长约1200m，最大流速1.5m/s，平均流速1.35m/s，流量7035m3/s，占总流量的46.9%，平均单宽流量为5.86m3/s，与其对应的单孔跨度20～40m，本桥采用30m预应力简支T梁

    　第Ⅲ区域为其余1420m的桥跨区，流速1.165m3/s，流量3322m3/s，占全部流量的22.1%，平均单宽流量为2.34m3/s，与其相对应的单孔跨度约20m，为不压缩水流，本桥仍用30mT梁，同Ⅱ区域

    这样，位于两大堤之间的主桥即为2×20+89×30+40+3×70+40+3×20+3×10m，西大堤以外的引桥为9孔20m简支预应力空心板，全桥总长3293.38m.桥梁基础埋置深度的确定，须进行冲刷计算，由于三个区域的流速、跨度、下部结构均不同，故也应分别计算

    冲刷计算有两部分内容，一是一般冲刷，二是局部冲刷

    我国常用的是铁三院的推荐公式，地质钻探资料表明，河床是粘性土，因此按“公路桥位勘测设计规范”的规定，一般冲刷公式为：式中：hp—为一般冲刷后的水深（冲止时的水深）；hmax—桥下河槽最大水深（原始断面）；hc—桥下河槽平均水深（原始断面）；A—单宽流量集中系数，其中：B为平摊时河槽水面宽度，H为河槽平均水深；Q2—河槽部分通过的设计流量m3/s，最高洪水位时Q2=OP，QP=15000m3/s；μ—桥墩水流侧向压缩系数，μ=0.99；B′C—桥下河槽部分桥孔过水净宽，m，IL—粘性土液性指数

    局部冲刷公式为：hb=ξB10.6IC1.25V式中：hb—局部冲刷深度；Kξ—墩形系数；B1—桥墩计算宽度；IC—粘性土液性指数；V—一般冲刷后墩前行近流速

    式中：E—与汛期含沙量有关的系数；d—河床泥沙平均粒径

    总体设计中桩底高程的确定，实际是桩长的确定

    2、取消习惯的承台结构上述计算表明，冲刷深度几乎约占整个桩长的15%～20%，因此必须在下部结构设计时，尽可能减少冲刷的影响

    由于水流与桥的纵轴线斜交12°左右，要克服这一影响势必采用园形基础和墩身，并避免系梁与承台的使用

    特别是后者，不仅工程量大、投资多，而且施工困难，压缩河床断面，提高流速，加大冲刷深度

    新的结构是单排桩系梁上移与盖梁合拼，形成一个整体

    其优点为：①受力明确，结构合理，新的盖梁同时兼有承台的刚度；②施工方便，周期缩短；③减少混凝土、钢筋数量，降低工程造价，节省投资；④不压缩河床断面，有利泄洪

    由计算结果可知，采用新结构形式，可减少工程数量，缩短施工周期，降低工程造价，避免水中施工，仅此项就能节约投资500万元

    3、空心板与普通T梁的经济选择20mT梁和20m空心板，常规都认为前者较后者经济

    但经过多次比较后发现，结论完全相反，而且20m空心板梁高仅0.95m，较T梁低0.55m.采用20m空心板降低桥梁的建筑高度，在中小桥效果并不显著，但对于特大桥梁来说节约工程量显著

    由表2可知，虽说空心板较T梁砼体积较大、又使用预应力筋，但是普通钢筋将节省56.1%，更可以工厂化生产，定额低、效率高，桥型美观

    因此空心板较T梁总造价约低10%，本桥引桥的方案当选空心板更优

    如果东接线采用分离式交叉时，对梁高的要求将较严，空心板就有更好的适应性

    4、结束语（1）本文根据水文资料将金湖大桥设计划分为三个区域，通过水文计算，得出的冲刷深度和模型试验结果基本一致，说明区域的划分及计算公式的选用是合理可行的

    （2）桥梁下部采用的结构型式，为桥梁设计提供了可以利用的结构型式

    （3）通过预应力空心板和普通T梁的经济性比较，为桥梁设计提供了比较经济的结构型式

     分层碾压，根据不同压实机具和土质控好分层填筑压实厚度

    (4)选择压实机械时应综合考虑工程规模、场地大小、填料种类、压实度的要求、气候条件、压实机械效益以及经济因素等(可参考表2选择)

    压路机碾压路基时,应遵循先轻后重、先稳后振、先低后高、先慢后快以及轮迹重叠等原则

    具体要求:①检查填土松铺厚度(一般不应大于30cm)、平整度及含水量,符合要求后进行辗压

    沟槽回填不按规范进行,回填土含水量过高，无法压实，或者用垃圾土回填，有时用石块回填等等，造成回填不密实，孔隙率过大，受水侵蚀后体积变化大

     关键词：路基，碾压，平整度，含水量，压实度，沟槽 　　随着城市交通流量的日益增大,各地都在大力开展市政工程建设,而市政道路工程返修率高，返修周期逐渐缩短的问题也更加突出

    究其原因，除了交通量增大因素外市政道路工程的自身施工特点也是主要原因之一,这是由于城市道路施工往往伴随着许多地下管线和其他设施的施工,交叉施工矛盾突出，而城市交通的特点决定了工期一般较短，所以更难控制管理，一些质量通病出现的较多

    现对市政路基施工常见质量问题进行简单分析 　　 1路基碾压和平整度及横坡排水问题  　　在道路施工中,对土路基的横坡处理及碾压,在有些地方尚未得到足够重视,有些人总认为土路基没有必要按设计或规范要求去整平和碾压(更没按要求整出路拱来),一般施工时都是按人工或机械挖土后稍加平整,有时也稍微碾压一下,便施工下道工序了,有时为了抢时间,也未考虑标高较低处土路基的排水措施(如挖截水沟排水沟等)

      　　1.1所造成的后果 　　(1)因为路基不平整再加上横坡度也不准确，而面层结构需要按标准横坡和高程施工，从而使面层结构局部厚度不够，达不到规范要求，进而降低了路面承载能力，使道路达不到设计使用年限而提前破坏，对国家投资造成浪费

    同时路基横坡度和平整度也直接影响路基排水能力，如果平整度不好或者横坡度太小将使路基排水不畅，局部存水严重，从而使路基土含水量大增，增加了处理土基含水量的施工费用也会严重影响施工期限

    另外，由于平整度差，造成振动压路机在压实过程中无法全面压实（低点振不到），从而不能保证压实度，影响道路使用寿命

      　　（2）压实度达不到要求，路基强度得不到保证，严重影响道路使用寿命

      　　1.2解决的办法  　　(1)重视路基平整度及横坡度的控制,及时用平地机整平，使土基达到规范要求的平整度

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    (2)路基工程施工前应做好路基防排水工作,比如应事先挖好排水沟、截水沟

    从施工第一层土开始就做好路基横坡并严格控制平整度，而不要等到进入路床范围内时再找坡

    降雨前尽量把路基土碾压密实，从而减少降雨过程中雨水的渗透

    降雨完成时应及时排水，使路基表面不存水，并在晾晒后及时的复压

      　　(3)控制好压实含水量,应在最佳含水量±2%内进行压实

    最佳含水量一般由试验室确定

    应分层填筑，分层碾压，根据不同压实机具和土质控好分层填筑压实厚度

     　　如果土的含水量偏小,则需要用洒水车洒水,以达到最佳含水量,喷洒水时应均匀，所洒水量可按以下公式估算:V=(W-WG)Q/1+W

      　　式中,V——所需洒水量,kg; 　　WG——土含水量； 　　W——土的最佳含水量； 　　Q——需加水的土的质量,kg

      　　需加的水宜在前一天均匀浇洒于土面(或取土位表面)使其渗透入土中

    用水车喷洒适当拌合均匀,防止加水不均,干湿不匀

      　　当土体含水量较大时，则需及时晾晒或掺灰处理

     　　(4)选择压实机械时应综合考虑工程规模、场地大小、填料种类、压实度的要求、气候条件、压实机械效益以及经济因素等(可参考表2选择)

    压路机碾压路基时,应遵循先轻后重、先稳后振、先低后高、先慢后快以及轮迹重叠等原则

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    具体要求:①检查填土松铺厚度(一般不应大于30 cm)、平整度及含水量,符合要求后进行辗压

    ②根据现场试验段提供的松铺厚度和控制压实遍数进行压实

    若控制压实遍数起过10遍,应该考虑减少填土层厚,经检验合格后,方可进入下道工序

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    ③采用振动压路机压实时,第一遍一般应不挂振动，也就是先静压一遍

    ④压路机开始碾压时不宜快速,,以不超过4 km/h为宜,碾压顺序：直线段应由边到中，曲线段由内到向外,也就是应从低处向高处压实

    压实前后两施工段落时接茬处应重叠碾压1-1.5m

    压实过程中纵向接碾压一般40—50cm，三轮压路机一般搭接后轮的1/2.

    实完成应及时对压实度、平整度等各项指标进行检测，合格后方可进行下一工序施工

     　　2沟槽填土问题  　　沟槽回填不按规范进行,回填土含水量过高，无法压实，或者用垃圾土回填，有时用石块回填等等，造成回填不密实，孔隙率过大，受水侵蚀后体积变化大

    场地狭小，下层未经夯压密实就回填上层

     　　2.1造成的后果 　　　许多道路在通车后不久,沟槽部位在行车的作用下,产生了沉陷现象,出现了沟槽两侧的路面出现裂缝和明显的凹槽

      　　2.2解决的办法  　　要解决此类问题首先应做好施工前的交底工作，让具体施工人员明白回填应注意哪些问题，用什么材料回填

    其次管理人员应做好施工过程控制工作，每层都严格验收

    同时要掌握好最小履土深度,并分层夯实,应使用一些小巧又实用的夯实机械,保证夯填密实，以解决好沟槽履土这一问题

      　　综上所述,市政道路路基施工本身技术难度并不大，但因施工场地一般较小，受交通影响较大，从而容易出现很多质量问题

    这就为我们施工管理人员提出了更高要求：要严把质量关，严格按规范和设计施工，处理好质量与工期的关系，不留隐患

    可见，很多质量通病是完全可以预防的，为提升市政道路工程施工质量，我们应端正态度，加强质量意识，做好施工准备工作，加强施工过程的监督管理

    相信通过我们的不懈努力，一定会把市政道路工程做的更好、更完美

      

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