淺談膨脹土地基橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工
2016-11-07
1 膨脹土的定義
1.1 膨脹土
膨脹土是土中粘粒成分主要由親水性礦物組成，同時(shí)具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的粘性土。一般粘性土都具有吸水膨脹、失水收縮的特性，但膨脹土的這種變形量特性比較顯著，容易帶來(lái)工程危害，對(duì)地基基礎(chǔ)帶來(lái)的危害最為顯著。
1.2 脹縮等級(jí)
膨脹土地基評(píng)價(jià)，應(yīng)根據(jù)地基的膨脹、收縮變形對(duì)基礎(chǔ)的影響程度進(jìn)行。地基的脹縮等級(jí)，按地基分級(jí)變形量Sc（mm）可分為三級(jí)：15≤Sc<30，為Ⅰ級(jí)；35≤Sc<70，為Ⅱ級(jí)； Sc≥70，為Ⅲ級(jí)。
1.3 大氣影響深度和大氣影響急劇深度
膨脹土地基的計(jì)算深度應(yīng)根據(jù)大氣影響深度確定。大氣影響深度是自然氣候作用下，由降水、蒸發(fā)、地溫等因素引起土的升降變形的有效深度。大氣影響急劇深度是指大氣影響特別顯著的深度。
2 項(xiàng)目概況
位于云南省東南部蒙自大屯海環(huán)湖東路及大屯海環(huán)湖北路工程，擬建一座鋼筋混凝土簡(jiǎn)支空心板橋梁。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察測(cè)量，蒙自地區(qū)的大氣影響深度為5.00m，大氣影響急劇層深度為2.25m。擬建場(chǎng)地膨脹土地基的脹縮等級(jí)較高，該場(chǎng)地地基的脹縮等級(jí)大多為Ⅲ級(jí)，少量為Ⅰ級(jí)或Ⅱ級(jí)，設(shè)計(jì)時(shí)按Ⅲ級(jí)膨脹土地基進(jìn)行設(shè)計(jì)。工程場(chǎng)地內(nèi)的部分地基土具有以下特性：
?。?）沖洪積粘土：褐紅、褐黃色，含少量角礫，可塑狀態(tài)，濕。土體結(jié)構(gòu)松散。層頂埋深為0.60～1.40，厚度為0.50～1.60m；呈薄層狀分布；
?。?）沖湖積粘土： 褐黃、灰綠、灰褐色，含少量腐殖物，軟塑狀態(tài)，飽和。層頂埋深為0.50～1.20m，厚度為0.60～2.30m；
?。?）粘土層： 褐黃、黃褐、灰綠色，含少量角礫及鐵錳質(zhì)結(jié)核，局部含量達(dá)5～35%；硬塑狀態(tài)，稍濕。層頂埋深為3.30～7.10，厚度為8.60～16.20m；
以上土層液限多大于40%，具有較高的塑性；其自由膨脹率均大于40 %，具有弱-中等膨脹潛勢(shì)；根據(jù)國(guó)家《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，應(yīng)判別為膨脹土。
3 設(shè)計(jì)方法
3.1 樁尖持力層設(shè)計(jì)
在進(jìn)行橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合地質(zhì)資料，沖洪積粘土層、沖湖積粘土層及粘土層深度多處于地面以下10-15m范圍內(nèi)，在滿足大氣影響深度和樁基承載力要求的前提下，設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)延長(zhǎng)樁基長(zhǎng)度，將樁尖放置在相對(duì)更加穩(wěn)定的新第三系泥灰?guī)r層，這樣就使橋梁上部結(jié)構(gòu)荷載傳遞到不受濕度變化影響的穩(wěn)定地帶。由此，使橋梁結(jié)構(gòu)整體不受膨脹上舉力的影響，避免造成結(jié)構(gòu)隱患。
3.2 結(jié)構(gòu)整體剛度設(shè)計(jì)
除考慮將樁基礎(chǔ)埋置在泥灰?guī)r層外，為增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體剛度，共同抵抗基礎(chǔ)重力方向有可能因地基土脹縮而產(chǎn)生的變形，設(shè)計(jì)時(shí)還在中墩樁頂處增加設(shè)置了橫系梁，使基礎(chǔ)有利地連接在一起，形成一個(gè)整體框架，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)合受力，大幅提高了基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。
4 施工方法
4.1 改良土質(zhì)
由于本工程場(chǎng)地地基膨脹土深度集中分布在地面以下15米以內(nèi)，除了設(shè)計(jì)時(shí)采用相應(yīng)的預(yù)防地基變形的手段外，在條件允許的情況下，結(jié)合工程經(jīng)濟(jì)能力和工期要求，施工時(shí)還可以采用換土、砂石墊層、土體改良等方法。換土可采用非膨脹性土或灰土：
?。?）對(duì)換填土的選擇應(yīng)遵循含水量適中、粒徑均勻等原則，換填土開(kāi)采后進(jìn)行翻松和攏推，對(duì)含水量超標(biāo)的土料進(jìn)行晾曬，對(duì)含水量偏低的土料進(jìn)行灑水調(diào)整；
（2）換填土必須保證干場(chǎng)作業(yè)，回避降水天氣；
?。?）換土施工由低至高分層攤鋪碾壓上升，分層換填至原地面高程后，還應(yīng)預(yù)留30cm超填余量，以人工配合推土機(jī)平整，保證土體結(jié)合；
（4）在施工過(guò)程中，如出現(xiàn)地下水，施工單位還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況專門研究制定地下水排降水方案。
換土法能夠得到比其他處理方法更大的地基承載力，從根本上改變地基土的性質(zhì)，工期也比較短。
目前，我國(guó)施工單位采用的主要土體改良方法有：水泥改良法、石灰改良法和化學(xué)劑改良法。
化學(xué)劑改良法以其能夠比較準(zhǔn)確的控制膨脹土的塑性指數(shù)和膨脹潛勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于膨脹土地基工程建設(shè)中。但此方法必須以大量實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備為依據(jù)，不僅要在施工前分別取改良前和改良后的未擾動(dòng)土樣做改良效果分析，而且還要對(duì)化學(xué)劑的注入壓力，注入化學(xué)劑的孔間距等參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析確定。
4.2 避水處理
膨脹土對(duì)橋梁基礎(chǔ)的危害主要來(lái)源于其遇水膨脹、失水收縮的變形特性。如果能夠有效地避免膨脹土與水接觸，就能夠較好的控制膨脹土漲縮危害。水分的來(lái)源主要分為兩方面：一是來(lái)自地面的滲水；二是來(lái)自土體內(nèi)的地下水轉(zhuǎn)移。
地面滲水的控制方法多種多樣，主要手段有設(shè)置地面排水系統(tǒng)和地下排水設(shè)施，具體有截水盲溝和排水溝等，在大量的橋梁基礎(chǔ)施工實(shí)踐中已經(jīng)積累了許多寶貴經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用比較成熟。
隔絕土體內(nèi)部的地下水轉(zhuǎn)移的方法主要有水平水分截?cái)鄬雍痛怪彼纸財(cái)鄬觾煞N。水平水分截?cái)鄬映Ｓ玫姆椒ㄊ牵罕∧しā?br />
薄膜截水法的主要措施是從在基礎(chǔ)換填土外圍鋪設(shè)聚乙烯薄膜，在薄膜上鋪設(shè)松散礫石。但該方法缺點(diǎn)明顯：首先，薄膜容易被撕裂形成空洞滲水；其次，隨著時(shí)間的推移，即使薄膜下是趕干燥的土壤，土中的水分仍舊會(huì)轉(zhuǎn)移，土壤也會(huì)吸水濕潤(rùn)；再次，薄膜法僅適用于淺層地基土。所以，薄膜法只是緩解了土體被水分的滲透時(shí)間。
垂直水分截?cái)鄬臃ㄊ遣贾迷诨A(chǔ)周圍，切斷可能進(jìn)入橋梁基礎(chǔ)范圍內(nèi)的水源，其效果比水平水分截?cái)鄬臃ㄉ院?。然而，即使垂直水分截?cái)鄬釉O(shè)置深度足以超過(guò)地基土季節(jié)性濕度變化的深度，水分仍然可以繞過(guò)截?cái)鄬?，從其下方滲入橋梁地基基礎(chǔ)。因此，這種方法也同樣只是減緩了水分轉(zhuǎn)移的速度。
綜上所述，工程中，將水平水分截?cái)鄬臃ê痛怪彼纸財(cái)鄬臃ňC合使用，效果更佳。
5 結(jié)束語(yǔ)
在設(shè)計(jì)與施工中，橋梁下部結(jié)構(gòu)必須遵循造價(jià)經(jīng)濟(jì)、安全耐久、養(yǎng)護(hù)方便、滿足使用的要求。下部結(jié)構(gòu)的影響對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)施工方案起著至關(guān)重要的作用。隨著科技水平的進(jìn)步和設(shè)計(jì)施工手段的越發(fā)先進(jìn)，當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)條件復(fù)雜、對(duì)下部結(jié)構(gòu)影響較大時(shí)，在保證橋梁質(zhì)量、提高經(jīng)濟(jì)效益的前提下，確定合理的設(shè)計(jì)施工方案就顯得尤為重要。
