預壓處理巖溶區擴大基礎橋臺地基承載力不足特例探討

劉普堯

摘要：貴陽市南明區五里沖片區市政路網建設工程遵義中路解放西路匝道一全橋共5聯，其中第5聯為2×20m鋼筋混凝土連續箱梁，箱梁寬7.5m。第5聯的最后一個墩臺 P14#橋臺設計為重力式U型橋臺，原設計采用樁基承臺基礎。由于橋臺基礎范圍內地質復雜，巖溶發育，且有流沙層，兩次樁基施工均為成功，然后變更為鋼筋混凝土擴大基礎，并采用壓漿固結進行加固，提高地基承載力；橋臺施工完成后以橋臺支反力的1.2倍荷載進行預壓，消除地基沉降，消除或減小因基礎沉降帶來的箱梁內力。

關鍵詞：橋臺擴大基礎；壓漿固結；預壓；消除沉降

1.工程概況

貴陽市南明區五里沖片區市政路網建設工程遵義中路解放西路匝道一全橋共5聯，其中第5聯為2×20m鋼筋混凝土連續箱梁，箱梁寬7.5m。第5聯的最后一個墩臺 P14#橋臺設計為重力式U型橋臺，原設計采用樁基承臺基礎。橋臺長6m，寬7.5m，橋臺高3.35m。

根據地勘報告，橋臺處地質情況非常復雜，巖溶非常發育，且相鄰很近鉆孔的地質相差較大，存在多層溶洞，巖層節理裂隙發育，巖體破碎，溶洞和流沙區域較深，巖心成碎塊狀。原地面以下依次為瀝青混凝土層、水泥穩定混凝土層、平渣層、土層、強風化巖層、中風化巖層、溶腔及流沙混合區域、中風化巖層。其中路面（原地面）以下5.4～10m能夠達到中風化巖層，中風化巖層厚度為3m～6m；中風化巖層下面為溶腔和流沙混合區域，溶腔和流沙混合區域為原地面以下12～17m，溶腔和流沙混合區域高為4m至14m。

P14#橋臺原設計為6根1.5m的挖孔灌注樁，樁孔開挖至10～15m范圍，樁孔均不同程度遇到巖溶、流沙區，坍塌比較嚴重。由于施工區距民房較近，無法采取沖孔工藝，樁孔無法繼續開挖。鑒于此，將原6根1.5m樁基變更為4根1.8根樁基，改變原樁孔位置。根據變更設計，P1-14-1樁孔開挖至原地面以下27.9m，P1-14-2樁孔開挖至原地面以下25m，P1-14-3樁孔開挖至原地面以下31.8m，P1-14-4樁孔開挖至原地面以下31.8m，樁孔達到了設計要求的嵌巖深度并終孔，樁基鋼筋籠下入樁孔后因周邊協調問題，未能進行樁基混凝土的灌注。2014年9月下旬，橋臺孔樁區域全部坍塌，坍陷還在不斷向外延伸發展，孔樁區域坍陷形成空洞并延伸至解放西路行車道下2米以上，為防止安全事故發生，對P1-14橋臺四個孔樁及地陷處采用C15素混凝土回填至鎖口。

2.橋臺基礎存在的問題

根據上述情況，P14#橋臺基礎存在以下問題：橋臺右側離貴陽市第四人民醫院宿舍很近，最近距離為8m，左側為正在運行的貴陽市解放西路，可作為橋臺基礎范圍有限；橋臺下面有一根直徑100cm的自來水管不能遷改，對樁基布孔產生很大影響，水管距離路面以下為1.5m；地面以下3m為粘土層，基礎如采用擴大基礎，基底承載力無法滿足要求；基礎區域地質情況復雜，存在多層溶洞，巖層節理裂隙發育，巖體破碎，溶洞、流沙區域較深；由于之前6根樁孔開挖因坍塌未成孔，后續變更的四個孔樁位置已經開挖過且已經坍塌，且已用C15素混凝土回填，現橋臺基礎區域已無法重新布置樁孔，且樁孔開挖難度非常大。

3.橋臺基礎方案

鑒于橋臺基礎存在上述的問題，且為緩解五里沖片區交通壓力，遵義中路解放西路匝道一需在短期內建成通車，P14#橋臺基礎采用樁基形式，施工工期較長。為保證工期，經專家會決定P14#橋臺基礎采取擴大基礎，由于第5聯中間墩已施工完成，不宜將第5聯的連續結構改為簡支結構，因此需解決擴大基礎地基承載力不足和基礎沉降對連續箱梁不利兩個問題。為此，橋臺方案如下：

3.1原已施工的4根樁基，因現場阻工并導致已開挖的樁孔坍塌，采用C15混凝土回填，故樁基底部可能會有素回填土，樁基本身會有斷樁等情況。故須對樁基進行鉆孔采樣。根據采樣的情況，在樁基底部與樁基斷層部分采取壓漿固結的方式，加強樁基豎向的承載力。壓漿參數為：水灰比1：1，注漿壓力0.5～1MPa。

3.2根據施工單位提供的挖孔記錄，本次解放西路路面以下5.0～10.0m為粘土，粘土下面有3.0～6.0m為中風化巖層，巖層下面為高4m～9.5m流沙區域。根據地勘資料，粘土的地基承載力200Kpa，強風化巖層的地基承載力為300Kpa，不能滿足橋臺基礎基底承載力要求，故須對橋臺基礎范圍內的粘土層與強風化巖層進行注漿加固。

注漿采用鋼花管注漿，注漿范圍為擴大基礎范圍內，注漿孔間距1.5m，注漿深度范圍為解放西路路面以下至中風化巖層頂面所有的黏土層和強風化層。鋼花管采用鉆機成孔，豎向插入鋼花管，鋼花管直徑為Ф50×4mm。注漿由基礎的一側向另外一側進行，地基注漿按固結鋼管周圍有限范圍內土體設計，分段注漿，注漿參數通過試驗確定，初步擬定注漿參數為：水泥漿水灰比為1：1，注漿壓力為0.1Mpa～0.5Mpa，并在施工過程中根據現場實際情況調整水灰比和注漿壓力，單根鋼花管注漿有效范圍不得少于1.3m。施工過程中鉆孔施工嚴格控制機械振動、粉塵和噪音，確保對周圍建筑物與環境的影響，注漿過程中觀察洞內漿液流向，以便及時調整方案，同時加強對周邊建筑物與解放西路地表沉降、位移觀測。

注漿完成后，須在原樁孔及其他位置取試樣以驗證注漿效果。

3.3在注漿加固的地基上設置鋼筋混凝土擴大基礎，擴大基礎厚2.2m，基礎前趾襟邊寬2m，以增加后期預壓的堆碼面積。在擴大基礎上澆筑橋臺及臺帽。

3.4待橋臺和臺帽混凝土強度達到90%后進行預壓。預壓總荷載為上部結構（含二期恒載）自重和汽車荷載在橋臺支座上的支反力的1.2倍，共計280t。

預壓材料采用沙袋和吊車配重塊，預壓荷載盡量布置在橋臺前墻、臺帽及基礎前趾襟邊。預壓前在橋臺基礎4角及4邊的中點布設沉降觀測點。預壓過程中當加載至總預壓荷載的0.3倍、0.5倍、0.8倍、1.0倍、1.2倍時量測觀測點的沉降數據。加載完成后每天早、晚監測沉降觀測點的沉降數據，直至沉降數據收斂為止，且觀測時間不少于20d。

3.5預壓完成后進行卸載，卸載完后按正常程序施工上部結構箱梁及鋪裝。

4.結果

根據預壓和監測結果，預壓荷載1天加載完成，第三天沉降已收斂，各測點累積沉降量在1cm～1.5cm，預壓20d后按常規方法施工橋梁上部結構和二期鋪裝。并于2016年3月底施工完成經竣工驗收后交付使用。截至目前，該橋已正常通車2年半的時間，未發現橋臺和上部箱梁結構有開裂等異常現象發生。

5.結束語

貴陽市南明區五里沖片區市政路網建設工程遵義中路解放西路匝道一P14#橋臺基礎處理方案采用注漿加固表層低承載力土體和原作廢樁基混凝土，并通過預壓的方式消除或減少工后沉降并驗證了注漿加固后的地基承載力，成功避免了橋臺樁基難成孔和基礎大開挖帶來的不利影響，減少了工程投資，降低了施工難度，縮短了施工工期，并得到了較好的社會效益。

【參考文獻】

[1]向慶剛，陳洪凱，廖云平，劉榮燦.強震區橋臺地基沉陷失效破壞機理研究[J].重慶交通大學學報（自然科學版），2011，30（S1）：563-565.

[2]白繁義，李秀娟.高壓旋噴注漿技術在橋臺地基加固中的應用[J].城市道橋與防洪，2005（04）：34-35+145.

[3]陳朝栩.傾斜地基橋臺樁基加固的有限元分析[J].福建交通科技，2017（05）：30-32+48.

[4]張偉明.預防軟土地基橋臺位移病害的措施[J].科技創新與應用，2017（10）：249.

[5]張帆.整體式無縫橋梁橋臺高度對主梁受力性能研究[J].山西建筑，2017，43（14）：171-172.

[6]吳文杰. 黃土地區橋臺尺寸效應和地基沉降對U型橋臺力學性能的影響研究[D].蘭州交通大學，2017.