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溶蝕嚴重，造成地基犬牙交錯，地基情況千差萬別。過去對地質情況不重視，且為節(jié)省投資，常常不鉆探。而即使進行了鉆探，也畢竟是“一孔”之見，設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，有時甚至與設計情況相差甚遠，不得不現場處理。
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單位，故沒有進行多少實驗工作，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，許多是理論與實踐的結合，但又確實是行之有效的方法。下面將各種處理方法作一個簡要總結，與同行探討。
2 一般情況的地基處理
2.1 土質地基
對于這類地基，因為其承載能力滿足設計要求，故一般僅需鏟平，修整妥善后即可砌筑基礎。為保證基底不致浸水，一般在基底以外另挖一比基底標高低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化的基底，且埋深已在滿足設計埋深以下的基礎，一般只需清除表面風化層檢平即可。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化的巖基，除應鑿除表面風化嚴重的巖體外，一般尚應嵌巖60～100cm，因為在我局管養(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 、始興縣的關橋等。因此，驗收基礎時一定要嚴格真正意義上的嵌巖。在實際操作中，我們發(fā)現許多施工單位挖基時往往開挖得較基礎尺寸大許多，或者用鑿巖機將基礎開挖得傾斜一定角度，造成“假嵌巖”。在這種情況下，驗收基礎時，應叫施工單位按基礎尺寸用風鉆修整至比較垂直的基坑，第一層基礎不設模板滿(砌)澆。如果是傾斜的，則設模板澆搗基礎后，底層基礎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計所要求的承載力不足，或者基礎范圍軟硬不一等等。
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。而我們的橋梁設計通常要求基底承載力在0.25～0.35MPa。在實踐中，我們對于基底承載力在0.15～0.2MPa之間的天然基礎，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，擴散角按φ＝45°擴散。
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，就顯得不夠經濟。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設計規(guī)范》計算。
(2)松木樁擠密法。
在1975年《公路橋涵設計規(guī)范》7.45條和1980年《公路橋涵設計施工技術規(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設計規(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。
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，因為過長，難于就地取材，材料較貴不經濟，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(因為有水浸萬年松之說)，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，現在因為機械化程度高，常用挖掘機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，保證基礎不包樁頭，使受力均勻。
h.最后取土樣做土工試驗，或用長桿貫入儀驗證處理后地基的實際承載能力是否滿足設計要求。
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，現均已通車多年，未發(fā)現由于基礎變形所產生的破壞。實踐證明是可行的。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作為一個整體來考慮，即作為“復合地基”。
3.2 基底軟硬不一，不均勻
對于這類地基，我們常常是根據其不均勻程度，具體問題具體分析。對于完全是土質的或有土有石的，在同一個基礎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 整個基底都是土質的，軟硬差別小
這種地質，由于都是土質的，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(因為要用挖掘機挖基礎，一般可就近采購松木樁用挖掘機打樁，無需額外增加施工機械)，通常能加快施工進度。
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(因為鉆孔正好在石筍上)，但實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，通常只需將石筍風化和尖凸部份炸去，各石筍炸至同一水平面滿足設計埋深要求，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?；装礃嬙炫浣?，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配筋的依據。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，我們在實施過程中，根據地質、土質及回填料的實際情況，作0.9～0.7的彎矩折減，通常土質好的折減少，土質差的折減多。
(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，一般配筋數量大，不經濟。特別是對于一些基礎，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。而基礎一般混凝土標號不高(不超過25＃)，即使受拉鋼筋配夠，混凝土受壓強度亦難達到要求，勢必要做雙筋設計，這是很不經濟的。
4 工程實例簡介
下面用兩個施工實例，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，上部構造為20m一跨的T梁橋，原設計為擴大基礎，在施工過程中，發(fā)現上游為風化頁巖，承載力能滿足要求，但下游約有4.5m為軟土(占整個基礎1/3多)顯然，如果不加處理，基礎上、下游軟硬不一極易在軟硬分界處造成破壞。
為此，在現場，我們叫施工單位用長鋼筋進行釬探，發(fā)現軟土厚約4m，即可到巖層。考慮到施工單位沒有鉆機，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)，現場搗制，一節(jié)節(jié)，直到巖層，清洗干凈樁底后，現澆15＃片石混凝土。然后基礎分別擱置在巖石和兩個挖孔樁樁頂，基礎配筋按簡支配置。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，因此設計時采用擴大基礎。但施工過程中，二號墩挖至一定標高后，發(fā)現上游有巖石，但下游卻為黑色軟土，承載力約為150kPa，且軟硬幾乎各占一半，即基礎范圍內有6m是軟土。經用挖掘機挖深3m，并用4m長鋼釬探測，仍未見底，估計該層軟土厚達8m。當時，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)。這種方法當然最穩(wěn)妥，但施工單位沒有這套鉆孔樁設備，經聯系其它單位，因為只有這個基礎兩根樁，且還要重新鉆探(擔心有溶洞)，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.巖石部分按滿足設計埋深再炸下去80cm(按當時標高應再炸深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，再適當補樁，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.以巖石面為標準，再回填80cm的砂礫(滿足設計埋深)作為巖石的褥墊。經打樁處理的軟土從樁頂往上亦回填砂礫至同一標高。樁頂面的回填砂礫應嚴格分層振動密實，而巖面的砂礫則可稍不嚴格。這樣，可使軟硬兩端的沉降量適應。
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，加快了施工進度，節(jié)約了投資。從1995年竣工至今，未發(fā)現因基礎處置不當所產生的病害，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
