消除海上公路路堤側(cè)向位移對跨海大橋樁基不利影響的探索與實踐

楊俊

摘 要：臺州中心港區(qū)（臨海）疏港公路一期白沙至頭門段工程作為通往頭門島的主通道，施工期間海上路基與跨海大橋的過渡段（K6+914～K7+900）地基沉降在不斷發(fā)展，由此引起的側(cè)向位移對橋梁樁基的不利影響是樁基安全最大的風(fēng)險因素，直接影響到工程的質(zhì)量與進(jìn)度。通過多方論證，對橋梁上部結(jié)構(gòu)、樁基結(jié)構(gòu)、橋臺形式以及路基填料進(jìn)行了方案調(diào)整，完成了疏港公路海上路基與跨海大橋過渡段的特殊處理，經(jīng)過3年的運行表明橋樁及鄰近結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)，水平位移及沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示在環(huán)境等因素不發(fā)生大的改變的情況下，這種穩(wěn)定狀態(tài)將持續(xù)保持。

關(guān)鍵詞：路基沉降；側(cè)向位移；樁基不利影響；特殊處理；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

1 工程概況

臺州中心港區(qū)（臨海）疏港公路一期白沙至頭門段工程路線全長約15.608公里，其中海上路堤長約3公里，跨海大橋約5.71公里。海上路堤段所處海域平均潮位為0.27m（1985國家高程基準(zhǔn)，下同），平均高潮位為3.15m，極端高潮位為5.63m（p=1/100）；地基主要為淤泥、淤泥質(zhì)黏土及粉質(zhì)黏土，具有含水量大，壓縮性高，滲透性小的特點，物理、力學(xué)性質(zhì)差，采用塑料排水板處理，深度30m，預(yù)壓期12個月。由浙江頭門港投資開發(fā)有限公司建設(shè)，浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院設(shè)計，浙江省交通工程建設(shè)集團(tuán)有限公司等單位參與施工。

圖1 項目位置示意圖

K6+914（橋頭，見圖1）處涂面標(biāo)高為-4.5m，為與橋梁順接，根據(jù)橋涵設(shè)計汽車荷載等級：公路-Ⅰ級，橋涵與路基設(shè)計洪水頻率1/100，特大橋設(shè)計洪水頻率1/300的要求，路堤頂設(shè)計標(biāo)高為9.36m，路堤總高度為13.86m。路堤采用組合式斷面，在3.0m標(biāo)高以下采用斜坡拋石堤，單側(cè)鎮(zhèn)壓層總寬度約35m；以上采用陡墻式，墻背采用宕渣填筑，墻頂設(shè)置1.1m高度防浪墻。鎮(zhèn)壓層采用理拋大塊石護(hù)面，陡墻腳采用扭王塊消浪處理。

2 問題產(chǎn)生及方案比選

2.1 問題產(chǎn)生

路基從2010年8月開始填筑，并設(shè)置了沉降板進(jìn)行觀測，至2011年6月填筑至3.0m標(biāo)高，度過7～9月主汛期后，于2011年10月開始埋設(shè)深層測斜管及孔隙水壓力計，然后從2012年2月繼續(xù)開始填筑，至2012年12月填筑至預(yù)壓標(biāo)高，進(jìn)行等載預(yù)壓。

根據(jù)沉降監(jiān)測可知，至2013年底，地基沉降仍在不斷發(fā)展，距離公路工程通用的沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)0.2mm/d仍有較大差距，由此引起的側(cè)向位移對橋梁樁基的不利影響是樁基安全最大的風(fēng)險因素，直接影響到工程的質(zhì)量與進(jìn)度。為保證頭門港區(qū)2014年的開港要求，根據(jù)項目的總體安排及橋梁工程施工組織計劃，急需對K6+914～K7+090路橋過渡段設(shè)計進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化調(diào)整。

2.2 方案選定

我們委托浙江公路水運工程咨詢公司對上述基礎(chǔ)處理方案進(jìn)行了計算復(fù)核，結(jié)論如下：

1）采用鋼圍堰處理方案，各墩臺的圍堰頂（樁頂）位移和鋼管（樁基）最大位移總量均得到了一定程度的減少，平均減少幅度約25%，在采用組合方案后，側(cè)向位移值進(jìn)一步減少，平均可再減少約12%。因此初審認(rèn)為設(shè)計方案對降低圍堰（樁基）側(cè)向位移總量是有效的。

2）采用鋼圍堰處理方案，上部結(jié)構(gòu)完成后各墩臺的樁頂側(cè)向位移或圍堰空腔底轉(zhuǎn)角位移均得到了一定程度的減少，側(cè)向位移平均減少幅度約31%，在采用組合方案后，側(cè)向位移和轉(zhuǎn)角位移進(jìn)一步減少，可再減少約18%。因此初審認(rèn)為設(shè)計方案對降低上部結(jié)構(gòu)完成后的樁頂側(cè)向位移和圍堰空腔底轉(zhuǎn)角位移是有效的。

3）設(shè)置排樁的目的不僅僅是進(jìn)一步減少側(cè)向位移，同時也考慮到巖土的各向異性，側(cè)向位移的運動方向并不一定如理論描述的順橋向，可能存在一定的偏角，導(dǎo)致鋼圍堰預(yù)留空間不足，采用排樁后，樁頂采用冠梁聯(lián)系，整體剛度大大增加，樁前軟土的側(cè)向位移無論何種方向作用于排樁上，均可轉(zhuǎn)化為大致的順橋向，從而能夠充分利用鋼圍堰的預(yù)留空間，進(jìn)一步保證樁基的安全。

考慮到橋梁結(jié)構(gòu)的特殊性，樁基一旦發(fā)生較大位移，將引起上部結(jié)構(gòu)的開裂或破壞，而運營階段一旦發(fā)生病害，不僅造成公路中斷通行，而且社會影響很差，同時修復(fù)困難，因此，建議采用鋼圍堰+排樁組合方案.

3處理方案

由于建設(shè)期臺州灣海域沒有類似的工程參考僅依據(jù)沉降觀測資料尚不足以支撐樁周土體的位移發(fā)展預(yù)測，單一優(yōu)化基礎(chǔ)處理方案對適應(yīng)土體變形的要求尚存在著一定的可變度。考慮到本工程的特殊性，原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)在現(xiàn)行工程條件下偏高，嚴(yán)格按照該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)防，不但工程技術(shù)難度極大，同時工程造價上也不經(jīng)濟(jì)，基于“可維護(hù)、易修復(fù)”的使用原則，將原設(shè)計剛架橋（墩梁固結(jié)）調(diào)整為簡支結(jié)構(gòu)，并結(jié)合基礎(chǔ)處理組合方案（鋼圍堰+排樁組合方案）將其樁基結(jié)構(gòu)、橋臺形式以及路基填料進(jìn)一步方案優(yōu)化后。

4 運行監(jiān)測及效果檢驗

4.1 監(jiān)測及運行情況

項目于2014年10月完工，同期我們委托浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院試驗中心對疏港公路試運行期間該段的水平位移及沉降情況進(jìn)行了監(jiān)測。

監(jiān)測單位采用了固定式測斜儀和滑動式測斜儀相互驗證方式以更好地分析橋樁位移變形情況。通過采集到的數(shù)據(jù)形成“沉降—時間關(guān)系曲線”分析推斷出箱涵在道路試運行監(jiān)測期內(nèi)相對橋面發(fā)生了約70mm的沉降，沉降速率從15年1月份的每月5mm左右減小為16年6月份的3mm左右，收斂趨勢較明顯。監(jiān)測過程中我們也發(fā)現(xiàn)箱涵路面與路基路面連接處有裂縫但無明顯錯臺無跳車現(xiàn)象，這顯示路基與箱涵之間應(yīng)無明顯差異沉降。

監(jiān)測單位的結(jié)論顯示：橋樁及鄰近結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)，水平位移及沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示在環(huán)境等因素不發(fā)生大的改變的情況下，這種穩(wěn)定狀態(tài)將持續(xù)保持。

4.2 成果分析

本方案走出了百年一遇潮位及百年一遇波浪組合的原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)束縛，大膽提出了基于“可維護(hù)、易維修”的使用原則，將工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整為滿足二十年一遇潮位及二十年一遇波浪組合。

通過多手段沉降預(yù)測和力學(xué)模型分析提出常規(guī)的鋼圍堰保護(hù)和排樁保護(hù)方案，最終將鋼圍堰+排樁組合方案用于實踐，有效解決了巖土的各向異性引起的側(cè)向位移方向不定性（側(cè)向位移的運動方向并不一定如理論描述的順橋向，可能存在一定的偏角）對樁基的影響；并將原設(shè)計剛架橋梁板調(diào)整為簡支結(jié)構(gòu)，采用空心板，以更能很好地適應(yīng)可能發(fā)生的大變形，有效解決了設(shè)置大直徑鋼管圍堰后，圍堰內(nèi)鉆孔樁外側(cè)無土體約束，樁基自由長度加大與剛架結(jié)構(gòu)梁體對位移極為敏感的矛盾，同時采用不銹鋼錨釘固定以抵抗在極端不利的情況下產(chǎn)生的海浪對空心板梁的浮托力。

5 結(jié)語

路橋過渡段處理一直是行業(yè)中不易解決的難題，加上在大海中修建高填方路基并與大橋過渡如果采用常規(guī)措施，因其沉降期對土體的位移發(fā)展難以精確預(yù)測，不利于工期和質(zhì)量控制。通過本工程在海上路基與跨海大橋過渡段處理的探索與實踐證明了本方案確實是成功的，我們也將繼續(xù)對該部位進(jìn)行不定期的觀察，收集更為詳實的數(shù)據(jù)，為日后類似海上道路工程提供借鑒。

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（作者單位：浙江頭門港投資開發(fā)有限公司工程技術(shù)部）