軟土地區(qū)橋梁臺后路基處理設計研究

趙 習 剛

(南京市市政設計研究院有限責任公司，江蘇 南京 210008)

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軟土地區(qū)橋梁臺后路基處理設計研究

趙 習 剛

(南京市市政設計研究院有限責任公司，江蘇 南京 210008)

根據(jù)橋后跳車現(xiàn)象的產(chǎn)生原因，從橋臺后現(xiàn)狀土基處理與橋臺后路基填料比選兩方面，介紹了橋臺后路基處理的關鍵技術(shù)，并結(jié)合實例，探討了橋梁臺后軟基處理方案的選取及設計方法，旨在減小橋梁臺后不均勻沉降現(xiàn)象的發(fā)生，保證后臺路基的穩(wěn)定性。

軟土地區(qū)，橋梁，路基，軟基處理

0 引言

由于濱海、湖沼、谷地、河灘沉積地區(qū)土質(zhì)存在高含水量、高孔隙比、高壓縮性、抗剪強度低等特性，存在較厚的軟土層，該區(qū)域軟土土質(zhì)的道路路基承載力較低，同時由于橋梁凈空需求，橋臺臺后填土厚度較大，臺后路基為原狀軟土層的情況下容易產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。橋梁臺后高填方路基在長期荷載作用下容易產(chǎn)生較大沉降，而相鄰的橋梁結(jié)構(gòu)由于基礎一般采用樁基礎，基礎穿過軟土層或者較大深度進入軟土層，承載力高，結(jié)構(gòu)整體沉降量較小，因此軟土地區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)與臺后路基之間容易產(chǎn)生較大不均勻沉降，產(chǎn)生普遍存在的橋后跳車現(xiàn)象，使得車輛通行舒適性較差，嚴重時會影響道路通行安全。綜上所述，軟土地區(qū)橋梁臺后路基必須進行地基處理。

1 橋涵后軟基處理方案選擇

目前道路路基軟土層主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，其天然孔隙比e0≥1.0，十字板剪切強度τ<35 kPa，壓縮系數(shù)a0.1-0.2>0.5。由于橋臺后10 cm工后沉降要求，常規(guī)的排水固結(jié)及針對夯實等方法在深厚軟土的橋后處理中一般難以達到工后沉降控制要求，因此軟土地區(qū)橋后路基往往選擇樁基進行處理，根據(jù)軟土地區(qū)多年的工作經(jīng)驗及已建工程的實際經(jīng)驗，橋頭跳車是結(jié)構(gòu)物與臺后路基不均勻沉降客觀上造成的病害，軟土地區(qū)橋梁和道路建設的頑疾，始終未能得到真正有效的治理。橋后跳車原因主要有以下幾種：1)橋頭路堤及錐坡范圍內(nèi)地基處理不徹底，引起地基基礎下沉；2)臺后柔性路基填筑設計、施工工后沉降過大。

這兩點可對橋后土基處理、填料選擇等進行控制和預防，而結(jié)構(gòu)物與路堤間的剛?cè)嵬蛔兙托枰线m的橋后搭板進行過渡，并防止臺背填料下沉引起的橋頭跳車。

橋臺后作為路段與橋梁構(gòu)筑物的銜接點，與常規(guī)道路填筑有所不同，必須考慮橋臺和橋后擋土墻對填料壓實及攤鋪的影響，臺后壓路機一般難以達到壓實。

因此，橋臺后路基處理包括兩大關鍵點：1)橋臺后現(xiàn)狀土基處理；2)橋臺后路基填料比選。

1.1 橋臺后現(xiàn)狀土基處理

根據(jù)橋臺后路基土質(zhì)情況及填筑高度，目前常用的幾種橋臺后路基處理方法概述如下：

1)水泥土攪拌樁處理。水泥土攪拌樁復合地基：水泥土攪拌樁是利用水泥作為固化劑，利用固化劑和軟土之間產(chǎn)生的一系列物理、化學作用，形成的抗壓強度比天然土強度高得多，并具有整體性、水穩(wěn)性且壓縮性小的水泥加固土樁體。施工速度快，無需預壓。一般工程中處理深度最長為15 m。深層攪拌法常用于處理正常固結(jié)的淤泥、淤泥質(zhì)土、素填土、黏性土(軟塑、可塑)等土層。水泥土攪拌樁干法加固深度不宜大于15 m，濕法加固深度不宜大于20 m。

2)預應力混凝土管樁。預應力混凝土管樁一般在預制廠用離心法生產(chǎn)。樁徑有300 mm，400 mm，500 mm等，每節(jié)長度8 m，10 m，12 m不等，接樁時，接頭數(shù)量不宜超過4個。管壁內(nèi)設Φ12 mm～Φ22 mm主筋10根～20根，外面繞以Φ6 mm螺旋箍筋，多以C30混凝土制造?；炷凉軜陡鞴?jié)段之間的連接可以用角鋼焊接或法蘭螺栓連接。由于用離心法成型，混凝土中多余的水分由于離心力而甩出，故混凝土致密，強度高，抵抗地下水和其他腐蝕的性能好。

3)高壓旋噴樁。高壓旋噴樁是以高壓旋轉(zhuǎn)的噴嘴將水泥漿噴入土層與土體混合，形成連續(xù)搭接的水泥加固體。施工占地少、振動小、噪聲較低，對于特殊的不能使噴出漿液凝固的土質(zhì)不宜采用。施工速度快，處理深度可達30 m。

4)CFG樁處理。CFG樁即水泥粉煤灰碎石樁，由碎石、石屑、砂、粉煤灰摻水泥加水拌和，用各種成樁機械制成的具有一定強度的可變強度樁。CFG樁是一種低強度混凝土樁，可充分利用樁間土的承載力共同作用，并可傳遞荷載到深層地基中去，具有較好的技術(shù)性能和經(jīng)濟效果。CFG樁適用于處理黏性土、粉土、砂土和自重固結(jié)已完成的素填土地基。對淤泥質(zhì)土應按地區(qū)經(jīng)驗或通過現(xiàn)場試驗確定其適用性。

1.2 橋臺后路基填料比選

根據(jù)軟土路基處理工程經(jīng)驗，路基填料的合理選擇對橋臺后壓實度的保證，工后沉降的控制均有很大關系，常見的臺后填料主要有以下幾種：1)砂石：合理級配的碎石和砂混合料。2)宕渣：山體爆破后的碎石和土石混合物。3)EPS輕質(zhì)填料：主要有塊材和粒料兩種，是由可發(fā)性聚苯乙烯原料經(jīng)過預發(fā)、熟化、成型、烘干和切割等工藝制成。用作路基填料的EPS材料密度不宜小于20 kg/m3，壓縮模量不宜小于3.5 MPa，抗壓強度不應小于250 kPa。4)粉煤灰：是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細灰，粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物。5)氣泡混凝土：通過引氣劑，對現(xiàn)澆混凝土進行特殊的孔隙處理，可有效的減小臺后填料的自重，同時混凝土可提供可靠的材料強度，也能同時滿足工后沉降及路基填料強度要求。氣泡混凝土施工最小濕重度不應小于5.0 kN/m3，最大濕重度不宜大于11.0 kN/m3。高速公路、一級公路中，輕、中等及重交通情況下用作路床填料時無側(cè)限抗壓強度不小于0.8 MPa，用作路堤填料時無側(cè)限抗壓強度不小于0.6 MPa；二級及以下公路用作路床填料時無側(cè)限抗壓強度不小于0.6 MPa，用作路堤填料時無側(cè)限抗壓強度不小于0.5 MPa。

當軟土地區(qū)臺后填筑高度較大時，選擇輕質(zhì)填料可有效減小臺后不均勻沉降。泡沫輕質(zhì)填料填筑路基時，除應進行穩(wěn)定驗算外，尚應進行強度、抗滑動、抗傾覆穩(wěn)定驗算。

2 橋梁臺后路基處理方案研究

2.1 設計內(nèi)容

1)沉降計算。根據(jù)設計規(guī)范，高速公路、一級公路、城市快速路、城市主干路橋臺臺后容許工后沉降不大于0.1 m，二級公路、城市次干路、城市支路橋臺臺后容許工后沉降不大于0.2 m；沉降計算采用分層總和法計算，總沉降(S)采用沉降系數(shù)(ms)乘以主固結(jié)沉降(Sc)：S=msSc。

2)穩(wěn)定驗算。軟土路基土層特性，穩(wěn)定驗算采用瑞典圓弧滑動法中的固結(jié)有效應力法，改進總強度法，土層考慮固結(jié)；固結(jié)有效應力法采用直剪快剪強度指標，考慮固結(jié)時安全系數(shù)大于1.2；改進總強度法采用靜力觸探、十字板剪指標，考慮固結(jié)時安全系數(shù)大于1.3。

3)輕質(zhì)填料強度、抗滑動、抗傾覆穩(wěn)定驗算。

2.2 橋梁臺后軟基處理方案

根據(jù)溫州地區(qū)軟基特點及工程經(jīng)驗，研究分析橋梁臺后路基處理方案。

本項目位于溫州市甌海中心區(qū)，道路標準段寬度40 m，雙向六車道路幅，為城市主干道，橋頭路面標高7.6 m，橋臺采用重力式橋臺，承臺頂標高1.0 m，臺后路堤兩側(cè)采用鋼筋混凝土擋墻與橋臺耳墻銜接，考慮承臺開挖及回填，橋梁臺后填土高度6.6 m，橋頭地質(zhì)鉆孔土層頂標高3.3 m，水位標高2.6 m，土層參數(shù)如表1所示。

橋頭路基采用水泥攪拌樁處理，樁徑0.6 m，間距1.2 m，等邊三角形布置，樁長15 m(根據(jù)施工經(jīng)驗間距取最小值，樁長取最大值)。方案一臺后路面結(jié)構(gòu)以下填料采用常規(guī)的透水性好的砂礫，方案二臺后路面結(jié)構(gòu)以下填料采用氣泡混凝土輕質(zhì)填料填筑。采用巖土理正軟件進行軟基驗算。

表1 土層參數(shù)表

考慮路堤荷載取現(xiàn)狀地面標高以上土層厚度，第1層為3.2 m路堤填料層，第2層為1.2 m厚路面結(jié)構(gòu)層；計算荷載高度4.3 m。水泥攪拌樁樁頂30 cm片石嵌擠，樁頂鋪筑50 cm砂礫墊層，砂礫中間鋪設三向鋼塑土工格柵。

深度修正后的復合地基承載力：淤泥質(zhì)土，僅進行深度修正，埋深從天然地面算起，fa=fspk+ηdγm(h-0.5)，ηd=1.0，γm=6.2kN/m3，經(jīng)計算fa=108kN。

方案一，第1層路堤填料為3.2m砂礫層，重度9kN/m3，路面竣工時,地基沉降0.532m，基準期內(nèi)的殘余沉降0.154m>0.1m,各層穩(wěn)定系數(shù)均大于1.2。

方案二，第1層路堤填料為3.2m氣泡混凝土，重度9kN/m3，路面竣工時,地基沉降0.32m，基準期內(nèi)的殘余沉降 0.089m<0.1m，各層穩(wěn)定系數(shù)均大于1.2。氣泡混凝土輕質(zhì)填料底層為平面，頂上1.2 m路面結(jié)構(gòu)層壓重，抗滑動、抗浮驗算均滿足規(guī)范要求。

方案一橋臺臺后處理斷面見圖1，方案二橋臺臺后處理斷面見圖2。

因此，本項目采用水泥攪拌樁結(jié)合氣泡混凝土輕質(zhì)填料處理臺后路基，能有效減小臺后工后沉降，達到規(guī)范容許工后變形要求。

3 結(jié)語

軟土地區(qū)橋梁臺后道路路基沉降較大，需進行地基處理，并采用輕質(zhì)填料填筑：橋臺臺后填筑高度在4 m左右，可以有效減小路基工后沉降，達到路基規(guī)范要求。在橋梁臺后填方高度大于4 m的路基填筑時，建議采用水泥攪拌樁結(jié)合超載預壓方式處理，超載預壓期不小于6個月。

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Study on bridge abutment post-foundation treatment design in soft soil area

Zhao Xigang

(NanjingMunicipalDesignAcademyCo.,Ltd,Nanjing210008,China)

According to bridge abutment bump phenomenon causes, starting from two aspects of bridge abutment post soil foundation treatment and abutment post subgrade filling comparison, the paper introduces critical techniques of abutment post subgrade treatment, and explores bridge abutment post soft foundation scheme selection and design methods by combining with examples, with a view to reduce uneven abutment post subsidence and to guarantee the subgrade stability.

soft soil area, bridge, subgrade, soft foundation treatment

1009-6825(2016)32-0198-03

2016-09-06

趙習剛(1983- )，男，工程師

U416.1

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