淺析軟土地區(qū)橋梁基礎(chǔ)工程問(wèn)題
2016-10-17
軟土一般指在靜水或緩流水環(huán)境中以細(xì)顆粒為主的近代粘性沉積土，是一種呈軟塑到流塑狀態(tài)的飽和粘性土，常含有機(jī)質(zhì)，天然孔隙比通常大于1，當(dāng)e大于1.5時(shí)稱為淤泥，小于1.5大于1.0時(shí)稱為淤泥質(zhì)土。習(xí)慣上也把工程性質(zhì)接近淤泥土的粘性土統(tǒng)稱為軟土。軟土具有抗剪強(qiáng)度低、透水性低、高壓縮性、對(duì)結(jié)構(gòu)破壞敏感、流變性等特點(diǎn)。
在軟土地區(qū)修筑橋梁及道路人工構(gòu)造物必須首先進(jìn)行較詳細(xì)的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)勘測(cè)工作，查明該處軟土的地質(zhì)及工程特性，掌握全面的、翔實(shí)的資料，這是正確布置構(gòu)造物，選擇適當(dāng)結(jié)構(gòu)類型的首要條件，也是保證設(shè)計(jì)和施工能緊密結(jié)合實(shí)際情況，采取有針對(duì)性措施的必要條件。
軟土地基的強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定是工程中必須全面、充分注意的問(wèn)題，是造成橋梁、道路人工構(gòu)造物、基礎(chǔ)過(guò)大沉降、不均勻沉降、位移、傾斜、開(kāi)裂、失穩(wěn)或嚴(yán)重?fù)p壞等事故的主要原因。
一、掌握工程地質(zhì)資料合理布設(shè)橋涵
我國(guó)沿海、內(nèi)陸等地的軟土由于沉積年代、環(huán)境的差異，成因的不同，他們的成層情況，粒度組成，礦物成分有所差別，使工程性質(zhì)有所不同。不同沉積類型的軟土，有時(shí)其物理性質(zhì)指標(biāo)雖較相似，但工程性質(zhì)都并不很接近，不因借用。軟土的力學(xué)性質(zhì)參數(shù)宜盡可能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試取得，為設(shè)計(jì)提供可靠數(shù)據(jù)。
在軟土區(qū)，橋梁位置（尤其是大型橋梁）既要與路線走向協(xié)調(diào)，又要注意構(gòu)造物對(duì)工程地質(zhì)的要求，如果地基土屬深、厚軟粘土，特別是流動(dòng)性的淤泥、泥炭和高靈敏度的軟土，不僅設(shè)計(jì)技術(shù)條件復(fù)雜，而且將給施工、養(yǎng)護(hù)、營(yíng)運(yùn)帶來(lái)許多困難，工程造價(jià)也就增大，應(yīng)力求避免，另選擇軟土較薄、均勻、靈敏度較小的地段可能更為有利。對(duì)于小橋涵，可優(yōu)先考慮地表“硬殼”層較厚，下臥為一般均勻軟土處，以爭(zhēng)取采用明挖剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)，降低造價(jià)。
在確定橋梁總長(zhǎng)、橋臺(tái)位置時(shí)，除應(yīng)考慮泄洪、通航要求外，宜進(jìn)一步結(jié)合橋臺(tái)和引道的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定考慮。如能利用地形、地質(zhì)條件，適當(dāng)?shù)牟贾没蜓娱L(zhǎng)引橋，使橋臺(tái)置于地基土質(zhì)較好或軟土較薄處，以引橋代替高路堤，減少橋臺(tái)和填土高度，會(huì)利用橋臺(tái)、路堤的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定，在造價(jià)、占地、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用、營(yíng)運(yùn)條件等統(tǒng)盤(pán)考慮后，往往在技術(shù)上，經(jīng)濟(jì)上都是合理的。
軟土地基上橋梁宜采用輕型結(jié)構(gòu)，減輕上部結(jié)構(gòu)及墩臺(tái)自重。由于地基易產(chǎn)生較大的不均勻沉降，一般以采用靜電結(jié)構(gòu)或整體性較好的結(jié)構(gòu)為宜，如橋梁上部可采用鋼筋混凝土空心板或箱形梁；橋臺(tái)采用柱式、支撐梁輕型橋臺(tái)或框架式等組合式橋臺(tái)；橋墩宜用樁柱式、排架式、空心墩等。涵洞宜用鋼筋混凝土管涵、整體基礎(chǔ)鋼筋混凝土蓋板涵、箱涵以保證涵身剛度和整體性。
二、軟土地基橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)注意問(wèn)題
我國(guó)在軟土地區(qū)的橋梁基礎(chǔ)，常用的是剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)（天然地基或人工地基）和樁基礎(chǔ)，也有用沉井基礎(chǔ)的，現(xiàn)結(jié)合軟土地基的特點(diǎn)，介紹設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題。
1、剛性擴(kuò)大淺基礎(chǔ)
在較穩(wěn)定、均勻、有一定強(qiáng)度的軟土上修筑對(duì)沉降要求不嚴(yán)格的矮、小橋梁，常爭(zhēng)取采用天然地基（或配合砂礫墊層）上的剛性擴(kuò)大淺基礎(chǔ)。如軟土表層有較厚的“硬殼”也應(yīng)考慮利用。剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)常因軟土的局部塑性變形而使墩、臺(tái)發(fā)生不均勻沉降，由于后臺(tái)填土的影響使橋臺(tái)前后端沉降不均而發(fā)生后仰也是常見(jiàn)工程事故，有時(shí)還同時(shí)使橋臺(tái)向前滑移。因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意基礎(chǔ)受力不同的邊緣（如橋臺(tái)基礎(chǔ)的前趾、后蹱）沉降的驗(yàn)算及其抗滑動(dòng)、傾覆的驗(yàn)算。
防治措施：可采用人工地基如有針對(duì)性的布設(shè)砂礫墊層，對(duì)地基進(jìn)行加載預(yù)壓以減少地基的沉降和調(diào)整沉降差，或采用深層攪拌法，以水泥土攪拌或粉體噴射攪拌樁加固軟土地基，按復(fù)合地基理論驗(yàn)算地基各控制點(diǎn)的承載力和沉降（加固范圍應(yīng)包括橋頭路堤地基的一部分）；采取結(jié)構(gòu)措施如改用輕型橋臺(tái)，埋置式橋臺(tái)，必要時(shí)改用樁基礎(chǔ)等；也有建議對(duì)小橋（如單孔跨徑不超過(guò)8m，孔數(shù)不多于3孔）可將相墩臺(tái)剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)擴(kuò)展聯(lián)合成整體，形成聯(lián)合基礎(chǔ)板，在滿足地基承載力和沉降同時(shí)，可以解決橋臺(tái)前傾后仰和滑移問(wèn)題。但此時(shí)為避免基礎(chǔ)板過(guò)厚，常需配置受力鋼筋改為柔性基礎(chǔ)，應(yīng)先進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方案比較，全面分析選用。
2、樁基礎(chǔ)和沉井基礎(chǔ)
在較深厚的軟土地基，大中型橋梁常采用樁基礎(chǔ)，它能獲得較好的技術(shù)效果，如經(jīng)濟(jì)上合理，應(yīng)是首選的方案。施工方法可以是打入（壓入）樁、鉆孔灌注樁等。要求基樁穿過(guò)軟土深入硬土（基巖）層以保證足夠的承載力和較小的沉降。軟土很厚采用長(zhǎng)的摩擦樁時(shí)，應(yīng)注意樁底軟土強(qiáng)度和沉降的驗(yàn)算，必要時(shí)可對(duì)樁周軟土進(jìn)行壓漿處理或做成擴(kuò)底樁。
打入樁的樁距應(yīng)較一般土質(zhì)的適當(dāng)加大，并注意安排好樁的施打順序，避免已打入的鄰樁被擠移或上抬，影響質(zhì)量。鉆孔灌注樁一般應(yīng)先試樁取得施工經(jīng)驗(yàn)，避免成孔時(shí)發(fā)生縮孔、坍孔。
軟土地基樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分注意由于軟土側(cè)向移動(dòng)而使基樁撓曲和受到的附加水平壓力；由于軟土下沉而對(duì)基樁發(fā)生的負(fù)摩阻力，現(xiàn)分述如下：
（1）地基軟土側(cè)向移動(dòng)對(duì)基樁的影響。在軟土上樁基礎(chǔ)的橋臺(tái)、擋墻等，由于臺(tái)后填土重力的擠壓，地基軟土側(cè)向移動(dòng)，樁——土問(wèn)產(chǎn)生附加水平壓力，引起樁身?yè)锨箻蚺_(tái)后仰和向河槽傾移，甚至基樁折損等事故。在深厚軟土上修橋，特別是較高填土的橋臺(tái)日益增多，這類事故時(shí)有發(fā)生，已引起國(guó)內(nèi)外基礎(chǔ)工程界廣泛重視。
?。?）地基軟土下沉對(duì)基樁的影響。軟土下沉使基樁承受到負(fù)摩阻力，將產(chǎn)生較大的沉降或使樁身向壓屈破壞，必須予以重視，分析并計(jì)算基樁上負(fù)摩阻力。在較厚較軟土上下沉沉井，往往因下沉速快陜而發(fā)生沉井傾斜、位移等，應(yīng)事先注意采取防備措施如選用輕型沉井、平面形狀采用圓形或長(zhǎng)寬比較小的矩形、立面形狀采用豎立式等，施工時(shí)盡量對(duì)稱挖土控制均勻下沉并及時(shí)糾偏。
三、橋臺(tái)及橋頭路堤軟土地基的穩(wěn)定
軟土地基抗剪強(qiáng)度低，在稍大的水平力作用下橋臺(tái)和橋頭路堤容易發(fā)生地基的縱向滑動(dòng)失穩(wěn)，應(yīng)按已介紹的方法進(jìn)行驗(yàn)算，如穩(wěn)定性不夠，小橋可采用支撐梁、人工地基等，大中橋梁除將淺基改為樁基，延長(zhǎng)引橋使填土高度降低或橋臺(tái)移至穩(wěn)定土層上外，常用方法是采取減少臺(tái)后土壓力措施或在臺(tái)前加筑反壓護(hù)道（應(yīng)注意臺(tái)前過(guò)水面積的保證），埋置式橋臺(tái)也可同時(shí)放緩溜坡，反壓護(hù)道（溜坡）長(zhǎng)度、高度、坡度，以及地基加固方法等應(yīng)該經(jīng)計(jì)算確定，施工時(shí)注意臺(tái)前、后填土進(jìn)度的配合，避免有過(guò)大的高差。
橋頭路堤填土（包括橋臺(tái)錐坡）橫向失穩(wěn)也須經(jīng)過(guò)驗(yàn)算加以保證，需要時(shí)應(yīng)放緩坡度或加筑反壓護(hù)道。
橋頭路堤填土稍高時(shí)，路堤下沉使橋臺(tái)后傾是軟土地區(qū)橋梁工程常發(fā)生的事故。除應(yīng)對(duì)橋臺(tái)基礎(chǔ)采取前述的有針對(duì)性的結(jié)構(gòu)措施及改用輕質(zhì)材料填筑路堤外，一般也常對(duì)路基采用人工加固處理。
軟土地基加固技術(shù)，我國(guó)近年來(lái)發(fā)展很快，淺層加固處理有砂礫墊層，深層加固處理有堆載排水固結(jié)法、振沖法、深層水泥漿攪拌法、粉體噴攪法等得到廣泛的應(yīng)用，強(qiáng)夯法也在探討使用中。
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