橋梁基礎(chǔ)施工技術(shù)要點(diǎn)分析

史 佳 琪

(山西遠(yuǎn)方路橋(集團(tuán))有限責(zé)任公司，山西 大同 037006)

1 概述

橋梁基礎(chǔ)大多可視為群樁基礎(chǔ)，由摩擦端承樁和承臺組成，在上部結(jié)構(gòu)的豎向荷載作用下，樁、承臺、土體相互作用產(chǎn)生沉降，是一個十分復(fù)雜的過程。許多因素都與沉降有關(guān)，包括樁的幾何尺寸，成樁的施工工藝，土體的性質(zhì)條件，外部荷載情況等。因而與單樁沉降對比，群樁沉降的計算更為繁瑣，一般來說，單樁沉降遠(yuǎn)小于群樁沉降，其中單樁沉降主要取決于樁身的摩擦力，而群樁沉降主要取決于地下土質(zhì)，除此之外，單樁沉降還取決于樁身形狀，然而，樁身形狀這一要素卻與群樁沉降沒有直接關(guān)聯(lián)。

群樁受到豎向荷載產(chǎn)生沉降的作用機(jī)理主要是：首先群樁承臺受到的豎向荷載通過樁的側(cè)摩阻力和端承力進(jìn)行傳遞，傳遞給樁下部的地基土和相鄰樁，兩種力在傳遞的過程中會發(fā)生應(yīng)力重疊，從而影響樁和地基土的受力情況。橋梁樁、承臺以及地基土之間的作用關(guān)系受到承臺以和地基土相互間摩擦力的影響。承臺一定程度上阻礙了樁的上部與地基土的相對位移，使得樁的側(cè)向摩擦力減少，也變更了其中力的傳遞程序，在豎向作用力不斷變大的情況下，側(cè)向摩擦力的發(fā)揮區(qū)域由樁的中下部逐漸向上下兩個方向傳遞。同時，承臺與地基土的接觸應(yīng)力對樁的側(cè)摩阻力和端承力有所影響，改變了地基土和樁的受力性狀。因此，群樁基礎(chǔ)的受力情況，相比單樁承臺來說，更加的復(fù)雜。

一般來說，群樁沉降變形中，變形最為明顯的位置涉及到樁與樁之間土體的壓縮以及變形，還涉及到樁頂下部土體的壓縮以及變形。群樁沉降量為上述兩種壓縮以及變形的總和。在我國現(xiàn)階段的基礎(chǔ)沉降依據(jù)規(guī)范中的分層總和法計算。

2 橋梁基礎(chǔ)沉降計算方法

目前國內(nèi)對于群樁基礎(chǔ)的沉降變形研究還具有一定的局限性，其中在基礎(chǔ)沉降計算中綜合考慮多重因素的計算方式較為罕見，現(xiàn)有的一些有具體計算思路的方法均是基于不同的出發(fā)點(diǎn)，基于一定的簡化和假定所提出的，具有一定的局限，以下做簡略介紹。

2.1 等代實體深基礎(chǔ)模式法

這種計算方法是將樁基礎(chǔ)視為實體深基礎(chǔ)，當(dāng)外荷載N>抗剪力T時，基礎(chǔ)產(chǎn)生較大的剪切應(yīng)變，此時群樁周圍土體和樁間土的整體性遭受破壞，依靠土體的殘余抗力抵抗基礎(chǔ)沉降。抗力總和即總抗剪力，表示為T。

2.2 等代墩基計算方法

假設(shè)在單樁全長或者群樁部分樁長范圍內(nèi)均不存在土體位移情況，也就是說，在等代墩基范圍以內(nèi)，樁間土體無位移或者變形，類似于實體墩基的沉降量計算法，其與淺基礎(chǔ)沉降量計算法也比較相似，計算方法可以歸納為以下兩類：1)忽略樁間土體壓縮以及變形量，將等代墩基底部置于樁體頂部位置，并假設(shè)樁體地基變形100%由地基整體壓縮變形引起。2)將樁間土體壓縮以及變形量考慮在內(nèi)，將等代墩基底部置于樁體頂部位置，視樁間土體壓縮以及變形為整體變形的一部分。

3 橋梁基礎(chǔ)沉降的控制方法

一般來說，在橋梁工程中，控制橋梁基礎(chǔ)沉降最好的方法就是進(jìn)行地基處理加固。在實際工程中，橋梁基礎(chǔ)的持力層經(jīng)常是壓縮性比較大的軟弱土層，以淤泥、淤泥質(zhì)土為主。這類軟弱土的土體形式基本上以細(xì)小顆粒為主，大部分具有軟塑和流塑的形式，孔隙比基本上都大于1。一般淤泥的孔隙比要大于1.5，淤泥質(zhì)土的孔隙比在1～1.5之間。軟弱土的分布主要在我國的沿海以及內(nèi)陸的地區(qū)。在工程上習(xí)慣把土體質(zhì)量很差且土質(zhì)條件接近于淤泥質(zhì)土的軟粘性土統(tǒng)稱為是軟弱土。此類軟弱土都具有一些共同特性，例如高含水量、高壓縮性、高靈敏度、強(qiáng)度比較低、透水性較低以及密度較低[3]。

地基處理就是通過采用一定的措施提高軟弱土的壓縮性和承載能力，減少地基沉降。地基處理按不同的作用機(jī)理可以分為換土墊層法，擠密壓實法，排水固結(jié)法，攪拌樁法，灌漿膠接法等等[4]。

4 工程實例分析

4.1 工程概況

某高速公路工程位于山西北部，其中某橋墩采用圓端形實體墩，橋墩下部采用長度達(dá)25 m摩擦樁形式的鉆孔灌注樁，共計8個樁，直徑為1 m。樁底土層為云母石英片巖且樁底承載能力為σ0=450。橋墩下部鉆孔灌注樁采用沖擊鉆成孔，橋墩于施工完成后，箱梁架設(shè)時發(fā)生沉降。

4.2 工程地質(zhì)情況

各巖土層的主要特征自上而下敘述如下：

第⑥1層強(qiáng)風(fēng)化石英閃長巖(J3h)：紫紅色，原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造已遭受破壞，巖石已強(qiáng)烈風(fēng)化為碎石狀，巖芯破碎，錘擊聲脆，用手不易折，風(fēng)化蝕變較強(qiáng)烈。風(fēng)化程度差異性較大。層厚2.00 m～2.50 m，層頂埋深15.90 m～16.70 m。

第⑥2層全風(fēng)化石英閃長巖(J3h)：灰綠色，見云母片，原巖結(jié)構(gòu)較清晰，致密，巖芯呈短柱狀，較破碎，中細(xì)粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙一般發(fā)育。鉆孔巖芯采取率在65%～90%，巖石RQD指標(biāo)約40%～50%，巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度46.30 MPa～67.0 MPa，平均值為56.6 MPa，系較硬巖，巖體完整程度屬較破碎，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。該層僅局部控制，層頂埋深17.90 m～19.20 m，揭露層厚6.30 m。

4.3 橋梁沉降要因探究

項目橋梁在箱梁施工完成后以及試運(yùn)行之前，某橋墩發(fā)生嚴(yán)重沉陷，且沉陷量超過了相關(guān)規(guī)范限值，此時如果不實施相應(yīng)的整改策略，則會嚴(yán)重危害項目橋梁的工程安全性，導(dǎo)致橋梁難以正常運(yùn)行。經(jīng)研究可知導(dǎo)致橋梁基礎(chǔ)沉陷的要因眾多，主要原因有以下兩點(diǎn)：

1)施工樁基過程中質(zhì)量管理不嚴(yán)格，當(dāng)在打樁過程中發(fā)現(xiàn)勘察資料異常后沒有及時提出，同時也沒有采取相應(yīng)處理措施，導(dǎo)致施工完成后留有隱患。2)第二個要因是指地質(zhì)勘察材料與實際不符，依據(jù)對項目橋梁沉陷橋墩附近土質(zhì)的補(bǔ)充勘察得知，橋梁樁體底部位于全風(fēng)化的土層地質(zhì)之中，有別于原有的勘察材料。

4.4 橋梁沉降處置措施

據(jù)現(xiàn)場資料得知，項目橋梁的基礎(chǔ)沉降遠(yuǎn)超規(guī)范限制，總量約59.8 mm，結(jié)合實際情況，給出了兩種橋梁沉降處置措施并予以比較研究。

1)處置措施一：下部增設(shè)承臺法。下部增設(shè)承臺法即在舊有承臺下部補(bǔ)充設(shè)置承臺，厚度為2 m，同時沿著順橋方向在舊有承臺縱向兩側(cè)2.4 m距離內(nèi)前后各增加3根樁徑1.0 m的樁。增補(bǔ)承臺與原承臺采用植筋連接。沿著順橋方向在舊有承臺下部補(bǔ)設(shè)6根40a工字鋼，有效實現(xiàn)新舊混凝土的連接。優(yōu)勢如下：一是新增承臺與舊有承臺連接牢固，整體性好；二是新增承臺與舊有承臺相互間作用力合理，結(jié)構(gòu)更可靠。不足如下：土方作業(yè)量大且舊有承臺下部埋設(shè)鋼筋難操作。

2)處置措施二：上部增設(shè)承臺法。在原承臺前后各2.4 m距離內(nèi)增設(shè)新下部承臺，此外在上述距離以內(nèi)縱向兩側(cè)各增設(shè)3根樁，直徑均為1.0 m，新下部承臺與舊有承臺間埋設(shè)鋼筋，舊有承臺上部增設(shè)厚度2 m的新上部承臺，新上部承臺與橋墩間埋設(shè)鋼筋，保證連接牢固。優(yōu)勢如下：一是土方作業(yè)量不大，對周圍環(huán)境影響小；二是新增承臺與舊有承臺間埋設(shè)鋼筋容易操作。不足如下：新增承臺與舊有承臺間混凝土的連接不牢固；樁基承載能力不佳。通常來說，面對施工進(jìn)程中發(fā)生的基礎(chǔ)沉降現(xiàn)象，往往實施“下部增設(shè)承臺”的處置措施，而面對運(yùn)行進(jìn)程中發(fā)生的基礎(chǔ)沉降現(xiàn)象，往往實施“上部增設(shè)承臺”的處置措施。

5 結(jié)語

相關(guān)工程建設(shè)中，橋梁基礎(chǔ)沉降對上部結(jié)構(gòu)危害很大，需對設(shè)計計算及施工工藝做深入的研究，對于一些已發(fā)生沉降的工程需要對相關(guān)加固措施進(jìn)行研究，前景十分廣闊。