浅谈黄土地区桥梁的设计

张春来

摘要：在黄土地区的桥梁设计中，设计者均会考虑到黄土湿陷性和陡坡崩塌的影响，大多数会忽略防排水的设计。笔者结合工程实际设计案例，将各个不利因素进行分析，给出预防的措施，希望能对读者起到一定的借鉴参考作用。

关键词：黄土、湿陷性、桩基础、桥梁布跨、排水

黄土在我国分布面积广阔，总面积占国土面积的6%以上，主要分布在山西、陕西、宁夏、甘肃等地。黄土构成以粉粒为主，孔隙较大，天然含水量小，具有低密度、低含水量和高孔隙的特点。黄土在天然状态下较稳定，陕西地区独具特色的窑洞，就能够很好的诠释其特点。但是在水和外力的作用下，黄土将会产生湿陷变形，这样的力学特性，对桥梁结构受力将产生极大的不利影响。

下面，根据工程实例，和大家共同探讨，黄土地区桥梁设计需要注意和预防各种问题。

1.黄土地区一般黄土覆盖层较厚，黄土本身承载力较低，为了保证桥梁运营稳定，桥梁基础一般为桩基础。由于黄土遇水会产生湿陷性下沉，从而会对桩基产生负摩阻。因此在计算桩基竖向承载力时，就要考虑一定深度的负摩阻的影响。

一般在桥梁设计过程中，同时伴随着地质勘察的同时进行，在计算桩基竖向承载力时，桩位处各个土层的力学特性也同时给出。如何根据已知的数据，选取湿陷性影响深度及负摩阻力值，这是关键问题。目前，国内外对于负摩阻力的计算方法研究尚不够完善，计算方法较多，且差异较大，而现场实验投入大、周期长。因此，负摩阻力如何计算多根据经验进行估算。

根据设计经验，当湿陷性土层不厚时，采用全深度范围计算负摩阻力，当湿陷性土层厚度＞10m时，考虑10m深度范围内的负摩阻力，10m深度以上按照非湿陷性考虑桩侧摩阻力。侧摩阻力取值，根据规范《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007），条文说明5.3.2表5-3规定取负摩阻力系数。应注意的是，计算得到的单桩负摩阻力值，不应大于单桩所分配承受的桩周下沉土重。

无论哪种地貌，均伴随较大V型天然冲沟，冲沟的特点为：边坡陡峭，植被覆盖少，伴随大小不等的崩塌、滑坡及塌方等地质灾害。

各种地质灾害，将对桥梁的稳定运营产生极大的不利影响。因此在桥梁布跨时，要充分考虑桥梁墩台的稳定性，对于易塌方的陡坡处桥梁墩台，除了要保证足够的安全距离外，在必要的时还要做一些永久性的防护。如下图：

图2实际施工图

3.黄土地区病害的发生，基本上都和水参与作用密不可分。

湿陷性黄土的湿陷变形原理：其土质较均匀、结构疏松、孔隙发育。在未受水浸湿时，一般强度较高，压缩性较小。但一旦浸水后，土的结构在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下破坏而发生显著的附加变形。

黄土崩塌的影响因素很多，可以分为内因和外因。内因主要为黄土土性特征、节理裂隙切割程度等；外因主要为降雨作用，即水的作用和人类工程活动。

部分内因在桥梁定线设计中就可以避免，在公路选线过程中，通过前期的外业勘察，规避开节理裂隙切割程度较大，易于发生坍塌的黄土区域。

而对于外因，特别是雨水的作用，则不能够提前规避。黄土的一个主要特性为垂直节理较发育，上部岩性和下部岩性有差异，下部黄土在风华和雨水的冲刷下，产生了很多小冲沟和孔洞，甚至形成反坡，使得上不的黄土具有很好的临空面，容易发生崩塌。新黄土抗冲刷性较差，在径流集中处，坡面附近土体常形成深沟和沟穴，在水流的作用下，新黄土会严老黄土滑移或剥离。

所以黄土地区桥涵设计过程中，如和有效的防止水对桥址范围内的土体进行破坏就显得尤为重要。

在常规的桥梁设计中，位于长流水的桥梁，在桥下河床上下游进行铺砌处理，防止水流对桥梁墩台及陡坡的冲刷。

公路路基集中排水，应采用远接远送的方式，避免公路路基排水，对桥台周围土体的破坏。下图为公路路基排水对桥墩位置处土体的破坏，该公路正在施工中。

桥梁排水不能采用常规形式的散排形式。由于桥梁与地面高差较大，如果采用散排形式，高速水流的长期影响下，会在泄水管下方形成深度较大的黄土陷穴，最大深度将达到几十米，导致桥梁桩基裸露在外，改变基础的受力特性，使桥梁存在安全隐患。

因此，桥梁排水设计过程中，采用集中排水，通过HDPE或铸铁排水管，将雨水集中，通过桥梁竖向排水管，排放至桥下集水井，通过纵向排水沟汇集后，远排至天然排水沟。

结论，在黄土地区进行桥梁设计，不仅需要考虑湿陷性，边坡崩塌对桥梁结构的影响。更应该注重，防排水工程的设计，通过合理的设置防排水设施，将黄土地区对桥梁的影响减小到最低。

参考文献

[1]《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2015）北京：人民交通出版社股份有限公司

[2]《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）北京：人民交通出版社股份有限公司

[2]“黄土崩塌的形成因素及其影响范围的确定方法”叶万军、王鹏、杨更社、常中华、董西好，《工程地质学报》（2013/21（6））