粵北常見橋涵地基的處理
2009-09-28 
1 引言   粵北地區(qū)多為石灰?guī)r、砂巖、花崗巖、變質(zhì)巖等,一般埋深較淺。雖然沒有沿海地區(qū)那么深的軟土,但是也有因其它原因沖積而成的軟土。另處,由于石灰?guī)r溶蝕嚴(yán)重,造成地基犬牙交錯,地基情況千差萬別。過去對地質(zhì)情況不重視,且為節(jié)省投資,常常不鉆探。而即使進(jìn)行了鉆探,也畢竟是“一孔”之見,設(shè)計對地基的處理亦不可能十全十美。因此,施工過程中,地基情況五花八門,有時甚至與設(shè)計情況相差甚遠(yuǎn),不得不現(xiàn)場處理。   筆者自參加工作多年來,處理了許多不同類型的橋涵地基。由于自己主要是在生產(chǎn)單位,故沒有進(jìn)行多少實(shí)驗(yàn)工作,許多處理方法都不是能用純理論的計算方法精確地計算出來的,許多是理論與實(shí)踐的結(jié)合,但又確實(shí)是行之有效的方法。下面將各種處理方法作一個簡要總結(jié),與同行探討。 2 一般情況的地基處理 2.1 土質(zhì)地基   對于這類地基,因?yàn)槠涑休d能力滿足設(shè)計要求,故一般僅需鏟平,修整妥善后即可砌筑基礎(chǔ)。為保證基底不致浸水,一般在基底以外另挖一比基底標(biāo)高低30~50cm的集水溝排水。 2.2 巖石地基   對于花崗巖、石灰?guī)r等較堅硬而又難以風(fēng)化的基底,且埋深已在滿足設(shè)計埋深以下的基礎(chǔ),一般只需清除表面風(fēng)化層檢平即可。如巖面有較大范圍的傾斜,則可分級鑿成臺階,然后沖刷干凈。   對于紅砂巖等較易風(fēng)化的巖基,除應(yīng)鑿除表面風(fēng)化嚴(yán)重的巖體外,一般尚應(yīng)嵌巖60~100cm,因?yàn)樵谖揖止莛B(yǎng)的許多地基為紅砂巖的橋基,都有不同程度的沖空情況。如南雄的水南橋 、始興縣的關(guān)橋等。因此,驗(yàn)收基礎(chǔ)時一定要嚴(yán)格真正意義上的嵌巖。在實(shí)際操作中,我們發(fā)現(xiàn)許多施工單位挖基時往往開挖得較基礎(chǔ)尺寸大許多,或者用鑿巖機(jī)將基礎(chǔ)開挖得傾斜一定角度,造成“假嵌巖”。在這種情況下,驗(yàn)收基礎(chǔ)時,應(yīng)叫施工單位按基礎(chǔ)尺寸用風(fēng)鉆修整至比較垂直的基坑,第一層基礎(chǔ)不設(shè)模板滿(砌)澆。如果是傾斜的,則設(shè)模板澆搗基礎(chǔ)后,底層基礎(chǔ)與巖面的三角部分用貧混凝土封填。 3 特殊地基的處理   這類地基主要是指對比設(shè)計所要求的承載力不足,或者基礎(chǔ)范圍軟硬不一等等。 3.1 軟土   粵北地區(qū)的軟土多為淤泥質(zhì)粘土或亞粘土,及緩流沖積而成的軟粘性土,天然孔隙比較大,天然含水量大于液限,容許承載力一般介于0.1~0.2MPa之間,一些甚至低于0.1MPa。而我們的橋梁設(shè)計通常要求基底承載力在0.25~0.35MPa。在實(shí)踐中,我們對于基底承載力在0.15~0.2MPa之間的天然基礎(chǔ),通常采用換填的方法處理。一般都用天然砂礫作為換填材料,擴(kuò)散角按φ=45°擴(kuò)散。   對于承載力介于0.1~0.15MPa或小于0.1MPa的軟土,由于用換土方法來處理時,通常墊層厚度超過2.5m,這樣,如采用換土的方法,就顯得不夠經(jīng)濟(jì)。因此,通常采用如下兩種方法:   (1)砂樁擠密法。   軟土承載力低,往往是由于孔隙比大。因此,用砂樁擠密軟土,減小孔隙比,達(dá)到提高基底承載力的目的。具體計算按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》計算。   (2)松木樁擠密法。   在1975年《公路橋涵設(shè)計規(guī)范》7.45條和1980年《公路橋涵設(shè)計施工技術(shù)規(guī)范》第3.67條中,都有規(guī)定可以采用短木樁擠密法處理軟土地基,但在1985年頒發(fā)的《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》JTJ024—85中,沒有提及短木樁擠密法,這是否說明用短木樁擠密土壤不能使用呢?   粵北山區(qū)多松木,興建橋涵時,遇軟土地基,通常用短松木樁擠密軟土,取得較好的效果,具體做法是:   a.用以加固的軟土地基必須在滿足設(shè)計埋深以下,且在年最低水位以下,以保證地基不被洪水沖毀,并防止木樁時干時濕,腐朽變質(zhì)。   b.雙人用鋼釬,在基底周邊及中心處,每隔一定距離(一般2~3m),探明軟土層厚度,以便于選定木樁的長度。   c.木樁的長度,一般不宜長于4m,因?yàn)檫^長,難于就地取材,材料較貴不經(jīng)濟(jì),而且操作不易,但亦不宜短于2.5m,木樁的尾徑為12~14cm。最好選用松木(因?yàn)橛兴f年松之說),樁頭用斧頭削尖。   d.打樁有用三個把柄的叫三星錘,亦有用鑄鐵鑄成的穿心錘,現(xiàn)在因?yàn)闄C(jī)械化程度高,常用挖掘機(jī)的挖斗倒過來扣壓樁,工效非常高,僅需兩人扶樁就位,由挖斗輕按至樁入土自穩(wěn),然后人走開,由挖掘機(jī)按壓樁下去。一般每3~5min即可打一條樁。一般一個臺班可完成一個基礎(chǔ)的打樁工作。   e.打樁時,為使擠密效果好,必須由基底四周往內(nèi)圈施打。   f.樁的布置以梅花形為好,樁間距離不宜小于3倍樁徑。   g.打樁完畢應(yīng)鋸平樁頭,使每根樁的樁頂基本水平。清挖打樁時擠出的爛泥,然后用天然砂礫回填,一般厚度為60~80cm,保證基礎(chǔ)不包樁頭,使受力均勻。   h.最后取土樣做土工試驗(yàn),或用長桿貫入儀驗(yàn)證處理后地基的實(shí)際承載能力是否滿足設(shè)計要求。   按以上方法,十幾年來我們分別處理了許多橋的地基,如1993年在國道323線南雄建造的修仁橋,跨徑16mT梁橋;1994年國道106線上的徑口橋,跨徑13mT梁橋;1996年的官渡大橋,跨徑20mT梁橋;1995年的翁源六里南門橋,跨徑35m剛架拱橋等等,現(xiàn)均已通車多年,未發(fā)現(xiàn)由于基礎(chǔ)變形所產(chǎn)生的破壞。實(shí)踐證明是可行的。但是必須注意,雖然短木樁與軟土之間有摩擦力存在,但不宜將短木樁按摩擦樁來考慮,同時即使短木樁有時會可能到達(dá)持力層,也不能完全作為支承樁考慮,短木樁只起擠密土壤,提高地基承載力的作用。短木樁與加固后的土壤應(yīng)作為一個整體來考慮,即作為“復(fù)合地基”。 3.2 基底軟硬不一,不均勻   對于這類地基,我們常常是根據(jù)其不均勻程度,具體問題具體分析。對于完全是土質(zhì)的或有土有石的,在同一個基礎(chǔ)土多石少或石多土少,或一邊是土一邊是石,或中間是石兩邊是土,或兩邊是石中間有土的,或是石筍林立的,處理方法都不同,下面分別介紹。 3.2.1 整個基底都是土質(zhì)的,軟硬差別小   這種地質(zhì),由于都是土質(zhì)的,雖然存在基底承載力不均勻的情況,但一般差別不會大。這時我們一般先弄清在基底范圍內(nèi)軟硬所占的比例大小及釬探軟層的厚度。如果軟的占比例小,一般為1/3以下,且厚度不厚(一般小于2m),則采用挖去軟土回填砂礫的方法處理;如果軟的占比例較大,一般為1/3至1/2時,則采取加固軟基的辦法,常用密打松木樁的方法(因?yàn)橐猛诰驒C(jī)挖基礎(chǔ),一般可就近采購松木樁用挖掘機(jī)打樁,無需額外增加施工機(jī)械),通常能加快施工進(jìn)度。 3.2.2 基底有土有石,軟硬差別大   這種情況我們首先要求施工單位將石、土的平面圖畫出來,然后再根據(jù)情況通過計算處理。   (1)石筍林立且較均勻。由于粵北地區(qū)許多地方為石灰?guī)r地區(qū),故一些橋基鉆探資料顯示為巖石(因?yàn)殂@孔正好在石筍上),但實(shí)際上挖出來時石筍林立,石筍間常夾有軟泥,承載力通常僅為150kPa左右。且由于石筍在整個基底范圍內(nèi)比較多,且較均勻,間距小(一般小于1m),對于這種情況,通常只需將石筍風(fēng)化和尖凸部份炸去,各石筍炸至同一水平面滿足設(shè)計埋深要求,清去部份軟泥(一般1m),然后回填砂礫(比石筍面高30cm左右)即可。基底按構(gòu)造配筋,一般按12@25布置。   (2)石筍林立不規(guī)則,石筍距離間隔較小。同樣,首先將石筍平面圖畫出來,找出最不利的情況,作出相應(yīng)的受力簡圖,一般分成簡支、懸臂和連續(xù)三種形式,將基底所要求的承載力作為荷載加上去計算,將計算出來的彎矩作為基礎(chǔ)配筋的依據(jù)。這種情況一般對于簡支的,跨徑以不大于3.5m為宜,局部地方局部處理,但配筋應(yīng)保證有足夠的錨固長度。對于簡圖為連續(xù)板梁形式的,一般跨徑以不大于4.5m為宜,對于懸臂的以不大于2m為宜,這樣,可保證彎矩不致過大,引起配筋過多。具體施工處理方法同(1)。但考慮到實(shí)際受力時,并不是象計算簡圖那樣,跨間完全是空的,因此,我們在實(shí)施過程中,根據(jù)地質(zhì)、土質(zhì)及回填料的實(shí)際情況,作0.9~0.7的彎矩折減,通常土質(zhì)好的折減少,土質(zhì)差的折減多。   (3)石筍林立,不規(guī)則,且間隔較大。這種情況,如果仍用(2)法處理,一般配筋數(shù)量大,不經(jīng)濟(jì)。特別是對于一些基礎(chǔ),一邊是巖石,一邊是軟土,且?guī)缀醺髡家话氲那闆r,其彎矩如按懸臂計算,鋼筋甚至要幾層才行。另外,受力時,另一端彈性變形也大。而基礎(chǔ)一般混凝土標(biāo)號不高(不超過25#),即使受拉鋼筋配夠,混凝土受壓強(qiáng)度亦難達(dá)到要求,勢必要做雙筋設(shè)計,這是很不經(jīng)濟(jì)的。 4 工程實(shí)例簡介   下面用兩個施工實(shí)例,分兩種情況介紹處理方法。   (1)國道106線上的官渡大橋,三號墩,上部構(gòu)造為20m一跨的T梁橋,原設(shè)計為擴(kuò)大基礎(chǔ),在施工過程中,發(fā)現(xiàn)上游為風(fēng)化頁巖,承載力能滿足要求,但下游約有4.5m為軟土(占整個基礎(chǔ)1/3多)顯然,如果不加處理,基礎(chǔ)上、下游軟硬不一極易在軟硬分界處造成破壞。   為此,在現(xiàn)場,我們叫施工單位用長鋼筋進(jìn)行釬探,發(fā)現(xiàn)軟土厚約4m,即可到巖層??紤]到施工單位沒有鉆機(jī),決定采用人工挖孔樁處理(這樣,無需額外添加過多的施工設(shè)備)。具體做法是,采用樁徑為1.5m,壁厚30cm,20#砼,共兩個,間距為3m,1m一節(jié),現(xiàn)場搗制,一節(jié)節(jié),直到巖層,清洗干凈樁底后,現(xiàn)澆15#片石混凝土。然后基礎(chǔ)分別擱置在巖石和兩個挖孔樁樁頂,基礎(chǔ)配筋按簡支配置。該橋于1996年通車,至今使用良好。所以,對于這種情況,如果軟土不深(一般不大于6m),可采用挖孔樁處理。   (2)翁源縣六里糖廠有一座橋,為3跨35m的鋼筋混凝土剛架拱橋。鉆探資料顯示,河中墩基為石灰?guī)r,覆蓋層僅3.5~4m厚,因此設(shè)計時采用擴(kuò)大基礎(chǔ)。但施工過程中,二號墩挖至一定標(biāo)高后,發(fā)現(xiàn)上游有巖石,但下游卻為黑色軟土,承載力約為150kPa,且軟硬幾乎各占一半,即基礎(chǔ)范圍內(nèi)有6m是軟土。經(jīng)用挖掘機(jī)挖深3m,并用4m長鋼釬探測,仍未見底,估計該層軟土厚達(dá)8m。當(dāng)時,一開始提出采用樁基,樁底嵌巖,然后在上面做一承臺(承臺擱在樁頂和巖石上)。這種方法當(dāng)然最穩(wěn)妥,但施工單位沒有這套鉆孔樁設(shè)備,經(jīng)聯(lián)系其它單位,因?yàn)橹挥羞@個基礎(chǔ)兩根樁,且還要重新鉆探(擔(dān)心有溶洞),故工期要一個半月,造價要25萬元,但該工程為地方集資,資金很緊,且臨近汛期,不抓緊完成,將造成更大的損失。經(jīng)研究,對軟土決定采用密打松木的方法處理。具體做法是:   a.巖石部分按滿足設(shè)計埋深再炸下去80cm(按當(dāng)時標(biāo)高應(yīng)再炸深1.5m)。   b.軟土部分采用12~14,長4m的松木樁,按間距50cm,梅花形從邊往中打。由于考慮到巖石與軟土軟硬差別較大,故盡量多打松木樁。叫施工單位按以上方法打完后,再適當(dāng)補(bǔ)樁,凡能打入樁的地方,均盡量打,打到樁有回彈的感覺為止,然后將擠出的爛泥清除。 c.以巖石面為標(biāo)準(zhǔn),再回填80cm的砂礫(滿足設(shè)計埋深)作為巖石的褥墊。經(jīng)打樁處理的軟土從樁頂往上亦回填砂礫至同一標(biāo)高。樁頂面的回填砂礫應(yīng)嚴(yán)格分層振動密實(shí),而巖面的砂礫則可稍不嚴(yán)格。這樣,可使軟硬兩端的沉降量適應(yīng)。   d. 基底按?12@25配置鋼筋。   以上處理方法,除炸1.5m厚的石灰?guī)r花去3天時間外,其余處理都非常順利,一共用去6天時間,即完成了基底處理,加快了施工進(jìn)度,節(jié)約了投資。從1995年竣工至今,未發(fā)現(xiàn)因基礎(chǔ)處置不當(dāng)所產(chǎn)生的病害,說明這種處治方法是可行的。   由于本人水平所限,上面所述錯漏之處,在所難免,敬請各位同行批評指正
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