高陡变形斜坡区桥梁锚拉式高承台群桩基础修建方法
【专利说明】
[0001]技术领域:
本发明涉及一种丘陵区和中、高山区深切河谷卸荷松动岩体和堆积体变形斜坡区桥梁群粧基础建造方法。
[0002]【背景技术】:
我国西部特别是西南地区水电资源开发建设已进入鼎盛时期，与此相关的交通设施恢复建设和发展建设规模不断增大，建成或即将建设的跨库大型桥梁或沿库岸修建的傍山高架桥梁越来越多，如雅砻江、大渡河、澜怆江、怒江和金沙江等流域各级水电站水库库区已经建成了或即将建设众多大型跨库桥梁或傍山高架桥梁。另外随着西部大开发战略的推进，西部特别是西南地区以高速公路为代表的高等级公路建设正在向西南高山区推进，已经建成了或即将建设大量的跨越大江大河的大型桥梁和傍山高架桥梁，如G5京昆高速四川雅安至西昌段大渡河及南亚河长距离傍山高架桥梁，四川省雅安至康定高速(紧邻318国道)喇叭河及瓦斯河沿岸的高架桥梁和跨越大渡河的泸定悬索桥，以及四川省汶川县至马尔康县的高速(紧邻317国道)杂谷脑河及梭磨河沿岸的高架桥梁，等等。我国太行山区、长白山区、秦岭山区、大巴山区、云贵高原南北侧山区、南岭山区、东南部中低山区及丘陵地区也有类似情况。
[0003]另一方面，因青藏高原受印度洋板块的强烈挤压而持续隆升，高原东部(藏东和川西地区)河流的迅速下切形成了高达数百米至数千米的自然高陡斜坡，在原生层面和次生构造结构弱面基础上，因河流下切侧向卸荷作用和斜坡岩体重力的长期作用下长期变形形成卸荷松动带。现有水电大坝勘探揭露的卸荷带最大水平厚度达数百米，如雅砻江四川省源盐县河段斜坡强卸荷松动带水平厚度接近300米，另外高陡斜坡局部表层往往发育厚度不等的崩坡残积松散堆积层；有的卸荷松动岩带及堆积体会在数十年或百余年内失稳，有的在工程服务的数十年或数百年时间内能够保持稳定，部分即使在库水作用下也不会失稳，但是这些斜坡岩土体因重力作用处于持续缓慢的蠕变变形过程中，斜坡表部岩土体的变形较大，深部变形逐渐减小趋于零。这些工程服务年限内能保持稳定但处于持续缓慢蠕变中的松动岩带及堆积体的高陡斜坡统称为变形斜坡。
[0004]受地形地质条件限制或因道路功能的要求，道路布线难以回避变形斜坡区，对于跨河(库)布线大桥(钢构型桥梁或悬索型桥梁)因结构要求难以回避在变形斜坡区布置墩台群粧基础。对于傍山布线，若采用路基方案而进行的开挖或填筑往往会诱发大规模的滑坡，较佳的道路结构方案就是高架桥梁；因山区上述地形地质条件的限制，高架桥梁基础的较佳类型也是群粧基础或(列排)柱下独粧基础。
[0005]布置在变形斜坡区的群粧基础会受到斜坡变形的斜向(坡面倾向)作用，使群粧基础在受到传统的竖向工程荷载及变形斜坡倾向作用在竖向产生的分量(向下)荷载作用外，还会受到变形斜坡在水平面内方向朝坡外的分力作用。斜坡变形对基粧的作用力大小及分布形式的确定，尚无现成的理论计算方法和普遍认可的经验可借鉴。
[0006]目前，对于必须布置在不稳定变形斜坡区的桥梁群粧基础设计，采取单独加固滑坡或变形斜坡，使斜坡稳定并且不变形，然后在斜坡上开挖出一个布置群粧及承台所需要的平台，并对开挖边坡进行加固，最后施工群粧基础和粧台，以及上部墩台及梁体；对于中、小型桥梁如果斜坡岩体坚硬、完整、风化不严重，一般对斜坡进行开挖，形成大小与设计基础相应的平台或基坑，采用扩大型浅基础。目前变形斜坡区上的桥梁群粧基础潜在的问题人们尚未给予足够重视，有经验或教训的技术人员在该类群粧基础设计时往往会在构造设计上给予适当考虑，对于经验有限的技术人员，变形斜坡对群粧基础的横向作用往往会被忽略。我国西南山区许多大型水电站库区，位于变形斜坡上的群粧基础因斜坡变形导致桥梁破坏的案例时有发生，如四川省阿坝藏族羌族自治州黑水河上的毛尔盖水电站库区的两座大桥，因斜坡变形作用使桥梁墩柱弯曲开裂，桥台位移，加固或重建造成近6000万元损失；又如雅砻江锦屏水电站库区小金河支库上的西木跨库大桥(连续刚构混凝土桥)，因斜坡变形产生的横向作用，使左岸桥台群粧基础失效，为了挽救和修复该桥梁投入了 7000多万元。变形斜坡致高速公路桥梁墩柱及柱基破坏的案例也时有发生，如重庆市区至重庆万州区高速公路张家坪高架桥梁柱墩弯曲开裂，耗资近3000万元进行加固处理。目前，西南地区众多桥梁的群粧基础都位于变形斜坡上，因斜坡变形群粧基础多数都处于超过设计标准的特殊工作状态中，有的甚至“带病工作”。因此，急需开发一种适宜变形斜坡条件，结构优异，安全可靠，施工方便，经济合理，适应性更强的新型结构和设计施工技术，解决上述技术问题。
[0007]现有基础工程建造技术对于变形斜坡所面临的难题
非平原地区现有桥梁基础类型有扩大浅基础、群粧+承台基础，施工方法有机械开挖或人工开挖基坑浇筑砼、人工挖孔灌注砼、机械冲孔灌注砼和机械旋挖孔灌注砼，这些桥梁基础修建技术对于变形斜坡面临如下问题:(1)采用扩大浅基础或低承台群粧基础，势必开挖出足够宽的平台，形成较高的开挖边坡，对边坡进行加固支护将投入大量资金，否则可能诱发较大规模滑坡；(2)对变形斜坡进行单独加固处理，一是将投入大量资金，二是开挖对斜坡造成严重破坏，影响地质环境；(3)若采用高承台群粧基础而避免开挖，因天然变形斜坡本身的固有变形或库水等额外作用产生的附加变形对粧基础的横向作用分力及分布形式难以估计，设计上如果考虑不足或考虑不周，将会导致如上所述的粧基横向弯曲变形甚至破坏；(4)若加强群粧结构、承台结构和粧台连接结构设计，势必大大增加粧长(有的粧长接近100m)、粧体截面积和配筋，这样会造成投资浪费，同时因变形斜坡的横向作用分力大小及其分布形式难以确定，而使高台群粧基础的安全风险难以控制。
[0008]
【发明内容】
:
本发明的目的是针对目前变形斜坡区桥梁粧基础修建技术存在的上述问题，提供一种既能避免在斜坡上进行大开挖，破坏变形斜坡原有的稳定性，又能平衡变形斜坡对基粧的横向作用，充分利用桥梁群粧及承台系统结构工程性能，还能提高桥梁基础工程投资效益，保护桥址区斜坡地质环境，降低桥梁基础工程结构本身安全和施工安全风险的高陡变形斜坡区桥梁锚拉式高承台群粧基础修建方法。
[0009]发明的目的是这样来实现的:
本发明高陡形斜坡区桥梁锚拉式高承台群粧基础修建基础方法包括以下步骤:
(I)根据桥梁初步设计的平面位置及平面尺寸、纵剖面高程及纵剖面尺寸和横断面尺寸，以及上部墩、梁结构设计的参数、技术要求和相关规范规定，确定群粧根数及直径，以及粧顶及承台底高程，群粧平面采用矩阵式排列； (2)根据桥址变形斜坡区岩土工程勘察报告确定的强卸荷带及弱卸荷带垂直厚度和粧顶高程，确定群粧长度；粧底端深入到斜坡弱卸荷带内的垂直深度至少为三倍粧径；
(3)根据桥址变形斜坡区岩土工程勘察报告确定的强卸荷带及弱卸荷带水平厚度和粧、台空间位置参数，以及锚固工程技术规范要求，确定锚索长度；锚索底端深入到弱卸荷带下限以下的长度至少为5m;
(4)根据桥梁群粧根数及排列情况，确定锚索根数；锚索的列数比群粧沿斜坡走向方向的列数多I列:如群粧为单列时锚索为2列，群粧为2列时锚索为3列，群粧为3列时锚索为4列，以此类推，锚索列距视群粧列距而定，锚索置于两相邻粧列中间，边列锚索位置与其内侧列锚索对称于边列基粧，锚索排数I?3排，排距至少为3m ;
(5)根据桥址