[關(guān)鍵詞] 軟基 橋梁 設(shè)計(jì)

公路穿越軟土地區(qū)是經(jīng)常發(fā)生的事情。本文是其在橋梁設(shè)計(jì)方面所要注意的問題提出一些見解，供廣大橋梁工作者參考，并在實(shí)際工作中得到應(yīng)用。因?yàn)樵O(shè)計(jì)工作中的細(xì)小疏溜，往往會(huì)給建筑物的正常使用留下隱患，旦發(fā)生問題再進(jìn)行處理，便直接造成經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)形象的負(fù)面影響。

1．軟土地區(qū)的橋涵常見病害

公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)橋梁的墩臺(tái)沉降和位移的容許極限值（cm），作了明確的規(guī)定。

（1）簡支梁橋：

①墩臺(tái)均勻總沉降值（有包括365JT施工中的沉降）2.0。

②相鄰墩臺(tái)均勻總沉降差值（有包括施工中的沉降）1.0。

③墩臺(tái)頂面水平位移值0.5。

（）拱橋墩臺(tái)的沉降和位移的容許值由計(jì)算決定。

其中L為相鄰墩臺(tái)間最小跨徑長度，以m計(jì)；跨徑小于25m時(shí)仍以25m計(jì)算。對(duì)于一般橋梁來說，跨徑均在30m以下，因而三項(xiàng)的限值分別為11cm、6cm、3cm。軟土地基由于在荷載作用下的排水固結(jié)，隨著空隙水的逐步排出，地基土的體積相應(yīng)減小和壓縮，從而引起沉降，若有偏壓荷載，還必將產(chǎn)生傾斜或側(cè)移，其數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過以上數(shù)字，所以軟土地基如果不進(jìn)行處理，是絕對(duì)滿足不了規(guī)范對(duì)橋涵設(shè)計(jì)的要求的。墩臺(tái)的設(shè)計(jì)除了要計(jì)算沉降之外，還應(yīng)進(jìn)行橋臺(tái)與路堤一并沿滑動(dòng)弧面滑動(dòng)的深層滑動(dòng)驗(yàn)算，以求得橋臺(tái)總體的穩(wěn)定性。

對(duì)于橋墩主要是考慮沉降問題。對(duì)于橋臺(tái)，由于臺(tái)后填土一般都在5m以上，因而除了沉降之外，還有偏壓荷載，使軟弱土層產(chǎn)生塑性流變，橋臺(tái)跟關(guān)傾斜或側(cè)移，結(jié)果將使橋梁脫離支承，伸縮裝置損壞，預(yù)留伸縮間隙不足，甚至上部構(gòu)造頂緊臺(tái)背，使梁產(chǎn)生壓曲。如廣東省就有多座公路橋梁，因橋基地層有較厚的軟土層，橋臺(tái)設(shè)計(jì)為肋式埋置橋臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，基樁按磨擦樁或嵌巖樁設(shè)計(jì)，于施工完成時(shí)即發(fā)生臺(tái)帽下肋身斷裂，分析其原因是軟基處理和預(yù)壓的時(shí)間不夠，先期沉降未完成，橋臺(tái)和上部構(gòu)造已造建成，由于下面軟土層發(fā)生流變引起橋臺(tái)變位，而上部構(gòu)造為鋼筋混凝土空心板或鋼筋混凝土簡支T形梁，并做成橋面連續(xù)。橋臺(tái)上的橡膠支座產(chǎn)生最大剪切變形，影響邊跨他端橋墩上的橡膠支座向相反方向變形。而臺(tái)肋僅在上、下聯(lián)接處設(shè)置有短鋼筋，臺(tái)身的抗彎剛度和抗剪強(qiáng)度不夠，致使薄弱處產(chǎn)生斷裂。對(duì)一起拱橋來說，一旦其沉降和位移值超過計(jì)算控制值，往往使拱腳和拱頂?shù)膹澗刂党瑯?biāo)，產(chǎn)生裂縫甚至引起橋梁坍塌。而涵洞則發(fā)生沉陷或扭曲變形，影響正常的排水功能，甚至報(bào)廢。

2．軟土地區(qū)的橋梁勘測(cè)

軟土地區(qū)的橋梁勘測(cè)工作，除了按一般地區(qū)的方法進(jìn)行水文和地質(zhì)的勘測(cè)之外，還要特別注意地基土的試驗(yàn)研究工作，一是要注意軟弱地層的塑性流變。在野外測(cè)量調(diào)查時(shí)，根據(jù)地形地貌特征，如：是否有地下水滲流、沼澤地泥潭等進(jìn)行判別，特別是對(duì)沿海地區(qū)圍海（河）造地范圍，上層為2—5米的人工填土，下層均有不同程度的軟弱層埋置，須進(jìn)行仔細(xì)調(diào)查，布置地質(zhì)鉆孔，探明各層的深度和厚度，并取樣和做實(shí)驗(yàn)，判明其是否為軟土，有無受震液化可能，含水、壓縮性如何，然后再判定其對(duì)墩臺(tái)的穩(wěn)定性影響，對(duì)于軟土地區(qū)橋涵地其的土質(zhì)調(diào)查：

（1）要判定其是否為軟土。所謂軟土它是軟弱粘性土的簡稱，是第四紀(jì)后期形成的海相、泄湖相、三角洲相、溺谷相和湖沼相的粘性土沉積物或河流沖積物，有的屬于新近瘀積物。其中最為軟弱的是淤泥和淤泥和淤泥質(zhì)土。這類土的特點(diǎn)是天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪強(qiáng)度低、壓縮系數(shù)高、滲透系數(shù)小。在荷載作用上，軟粘土地基承載能力低，地基沉降變形大，不均勻沉降也大，而且沉降穩(wěn)定歷時(shí)比較長。在比較深厚的軟粘土層上，結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)的沉降往往持續(xù)數(shù)年乃至數(shù)十年之久。軟粘土地基是工程實(shí)踐中遇到最多而需要進(jìn)行人工處理的地基，它廣泛地分布在我國東南沿海及內(nèi)地。軟土的主要判定指標(biāo)如表1。

表 1

指標(biāo)

土名

天暖含水量W（%）

孔隙比e

壓縮

系數(shù)

al-2

（Mpa-1）

飽和度Sr

（%）

有機(jī)質(zhì)含量

（%）

滲透

系數(shù)

K

（m/s）

快 剪

內(nèi)磨

察角（度）

粘聚

力C（kpa）

淤泥

＞50

＞1.1

＞0.55

＞96

＞10

＞10-8

＞5

＞10

粘性土

＞40

＞1.0

＞0.5

＞95

＞10

＞5×10-8

＞5

＞20

砂性土

＞30

＞0.8

＞0.35

＞93

＞10

＞5×10-6

＞16

＞12

（2）要判別其是否為可液化土。可液化土的含義為：飽和砂或粒徑大于0.05mm的顆粒總重量占40%以上的飽和輕亞粘土，應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)鑒定其在地震時(shí)能否液化。

軟弱土層在地震進(jìn)能否液化，用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)進(jìn)行鑒定。具體判定標(biāo)準(zhǔn)參照《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》；若為液化土層，須對(duì)有關(guān)土層的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行修正。

（3）合理計(jì)算土層的沉降量。地基沉降的計(jì)算包括兩方面內(nèi)容：一是最終沉降量；二是沉降的時(shí)間過程。人們提出了多種計(jì)算最終沉降量的方法，但對(duì)工程實(shí)際應(yīng)用較多的是分層計(jì)算總和法和彈性理論法，以這兩種方法為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，并參照相關(guān)工程的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)數(shù)值進(jìn)行修正。

3．軟土地區(qū)函洞的設(shè)計(jì)

軟土地區(qū)涵洞的設(shè)計(jì)主要注意以下幾點(diǎn)：

一是地基必須與路基的軟基處理一并考慮，并在涵洞區(qū)段內(nèi)，排水固結(jié)處理措施要適當(dāng)加密，預(yù)壓排水固結(jié)時(shí)需設(shè)臨時(shí)管道過水，涵洞正式施工時(shí)拆除。砂墊層必須與路基砂墊層連通，以形成通暢的排不通道。二是涵洞孔徑可適當(dāng)加大，給使用功能留有余地。三是構(gòu)造物要采用整體性強(qiáng)，自重輕，剛度大，基底承載力要求低（如不大于8Mpa）的鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)。四是涵洞的施工必須地軟基處理的先期沉降完成之后進(jìn)行，施工時(shí)要預(yù)留沉降量（如10cm）橫向按H/50預(yù)留上拱（H為填土厚度），以免產(chǎn)生沉降后砂墊層發(fā)生不連續(xù)而造成排水通路不流暢現(xiàn)象。

4．軟土地區(qū)橋臺(tái)的設(shè)計(jì)和防止橋臺(tái)側(cè)向移動(dòng)的措施

軟土地我橋臺(tái)的設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮以下一些問題：

（1）在橋臺(tái)設(shè)計(jì)中加強(qiáng)自身的穩(wěn)定性，這主要是加強(qiáng)臺(tái)身及基礎(chǔ)的剛度，以增強(qiáng)抗水平推力的能力。

①在設(shè)計(jì)中采用群樁基礎(chǔ)避免采用單排樁，以雙排樁或多排樁來共同承擔(dān)由于引道填土或臺(tái)前臺(tái)后不均勻下沉而對(duì)基樁產(chǎn)生的彎矩和剪力。

②采用斜樁基礎(chǔ)。所謂的斜樁基礎(chǔ)實(shí)則為豎直樁與斜樁的混合樁基以豎直樁承擔(dān)橋臺(tái)的設(shè)計(jì)荷載，另在臺(tái)前加設(shè)一定傾斜角度的斜樁來抵抗由于橋頭填土和軟基下沉變形而產(chǎn)生的水平推力，斜樁較豎直樁在施工上有一定的難度，但在國仙的工程實(shí)踐中已多次采用。

③合理安排伸縮縫位置。對(duì)于多跨（一般＞8跨）橋梁，可在相鄰橋臺(tái)的一跨采用伸縮縫，并設(shè)置四氟板支座，以利橋臺(tái)及上部位稱變形。另外，對(duì)于薄壁橋臺(tái)的壁厚取值須比標(biāo)準(zhǔn)圖適當(dāng)加大，避免臺(tái)壁出現(xiàn)裂縫。

（2）要采取減輕臺(tái)后荷載和均衡壓重的措施。

減輕臺(tái)后荷載的辦法有：

①布置橋孔時(shí)有意識(shí)地將橋臺(tái)后移，使臺(tái)后路堤成為低填土式的。

②采用溜坡埋置式橋臺(tái)（錐坡坡腳處設(shè)置反壓護(hù)道）、箱形橋臺(tái)和臺(tái)后設(shè)置跳板，減輕橋治的偏壓荷載。

③臺(tái)后填土采用輕質(zhì)材料或在填土內(nèi)埋設(shè)波紋鐵管、鋼筋混凝土圓管等，既減輕臺(tái)背填土重量，又增強(qiáng)臺(tái)背填土的穩(wěn)定，能收到良好的效果。

④加大錐體護(hù)坡范圍并以重力式擋墻作錐體護(hù)坡的坡腳基礎(chǔ)，以大錐體填土來平衡臺(tái)背引道填土壓力并達(dá)到以臺(tái)前臺(tái)后軟基均勻下沉之目的，起到保護(hù)橋臺(tái)整體結(jié)構(gòu)的作用。

（3）橋臺(tái)軟基處理的方法

在討論方法的選用原則及處理前后注意的事項(xiàng)之前，首先討論恰當(dāng)?shù)牡鼗幚矸椒ㄔO(shè)計(jì)順序。

地基處理方法的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)建議按圖1所示的順序進(jìn)行。首先根據(jù)建筑物對(duì)地基的各種要求和地基條件確定需要進(jìn)行人工處理的天然地層地范圍以及地基處理要求。其次，根據(jù)天然地層的條件、地基處理的具體要求、地基處理方法的原理、過去應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)和機(jī)具設(shè)備、材料條件，進(jìn)行地基處理方案可行性研究，提出多種可行方案。最后，對(duì)提出的各種方案進(jìn)行365JT技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、進(jìn)度等方面的比較分析，考慮環(huán)保要求，確定采用一種或幾種地基處理方法。初步確定地基處理方法。初步確定地基處理方案后，可視需要進(jìn)行小型現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)或進(jìn)行補(bǔ)充調(diào)查，然后進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。實(shí)踐表明這是比較恰當(dāng)?shù)牡鼗幚矸椒ㄔO(shè)計(jì)順序。

軟基處理是提高地基承載力和防止橋臺(tái)側(cè)向移動(dòng)的主要措施，目前公路橋梁中常用和行之有效的方法有：

①排水固結(jié)法

排水固結(jié)法的原理的軟土地基在荷載作用下，土中孔隙水慢慢排出，空隙比減小，地基發(fā)生固結(jié)變形，同時(shí)隨著超靜水壓力逐漸消散，土的有效應(yīng)力增大，地基土的強(qiáng)度逐步增長。

建筑物對(duì)地基要求職

固結(jié)法常用于解決軟粘土地基的沉降和穩(wěn)定問題，可使地基的沉銜在加載預(yù)壓期間基本完成或大部分完成，使建筑物在使用期間不致產(chǎn)生過大的沉降和沉降差。同時(shí)可增加地基土的抗剪強(qiáng)度，從而提高地基的承載力的穩(wěn)定性。

排水固結(jié)法是由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分組合而成的，排水系統(tǒng)可在天然地基中設(shè)置豎向排水體（如普通砂井、代裝砂井、塑料排水板等），以及利用天然地基土層本身的透水性。加壓系統(tǒng)有堆載法、真空法、降低地下水位法、電參法有及聯(lián)合法。

②振密、擠密法

振密、擠密法的原理是采用一定的手段，通過振動(dòng)，擠壓使地基土體孔隙減小，強(qiáng)度提高，達(dá)到地基處理的目的。如：表層壓實(shí)法、強(qiáng)夯法、振沖擠密法等等。

③置換及拌入法

以砂碎石等材料置換軟弱土體，形成復(fù)合地基，或在軟弱地基中部分土體內(nèi)摻入水泥、水泥砂漿，以及石灰等物，形成固體，與未加固部分形成復(fù)合地基，達(dá)到提高地基承載力，減小壓縮量的目的。如：墊層法、開挖置換法、碎石樁法、高壓噴射注漿法、深層攪拌法、石灰樁法。

④加筋法

通過在土層中埋設(shè)強(qiáng)度較大的土工聚合物、拉筋、受力構(gòu)件等達(dá)到提高地在承載力，減小沉降，或維持建筑物穩(wěn)定的地基處理方法稱為加筋法。如：土工聚合物、加筋土等。

至于采用何種方法須根據(jù)工程規(guī)模、施工場(chǎng)地、工期要求、路面結(jié)構(gòu)等，合理先取，另外，在大型工程中常常將預(yù)制場(chǎng)設(shè)在橋頭填方位置，既起堆載預(yù)村地基的作用，又作上部結(jié)構(gòu)制作工場(chǎng)，合理利用資源，節(jié)約造價(jià)。

5．橋臺(tái)施工過程中應(yīng)注意的問題

地基處理大都是隱蔽工程，而且大部分地基處理方法的加固效果并不是施工結(jié)束后就能充分體現(xiàn)，需待使用一段時(shí)間后才能逐步顯示其是否達(dá)到以如期效果，所以一個(gè)成功工程必須在各個(gè)施工環(huán)節(jié)中把握質(zhì)量關(guān)，并合理安排施工程序和加強(qiáng)檢測(cè)監(jiān)步，才能得以保證。故在施工中要特別注意以下幾個(gè)問題：

（1）軟土處理中，應(yīng)進(jìn)行填土沉降和側(cè)移的觀測(cè)，一般應(yīng)待其先期沉降量完成之后，再進(jìn)行橋臺(tái)的施工。若要同時(shí)進(jìn)行，橋臺(tái)必須作出特殊的設(shè)計(jì)，以策安全。

（2）要實(shí)行臺(tái)背填土緩速施工，并隨進(jìn)觀測(cè)橋臺(tái)有無位移和變形。

（3）要采取適當(dāng)?shù)氖┕こ绦颍丛诮ㄖ蚺_(tái)之前，將臺(tái)后填土以外的填土先行逐層夯實(shí)，待橋臺(tái)結(jié)構(gòu)建成后再進(jìn)行臺(tái)后填土，須逐層夯填密實(shí)。

（4）臺(tái)背與臺(tái)前的填土，宜同時(shí)逐層夯填密實(shí)。

（5）做好資料的整理記錄，并總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，為以后處理相關(guān)工程提供借鑒。