軟土地基橋臺失穩處理方法探究

(重慶交通大學 重慶 400074)

引言

橋臺是橋梁的重要結構，它的作用是支承橋梁的上部結構，并且把荷載傳遞給地基。它位于橋梁兩端，是支承橋梁上部結構，連接路堤的橋梁結構。橋臺的主要功能除了傳遞橋梁上部結構的各種荷載到基礎外，還可以起到抵擋橋臺臺后填土荷載、連接橋頭線路和橋上線路、穩定橋頭路基的作用。所以橋臺應該具有足夠的強度、剛度和穩定性，使得橋梁結構穩定，并且避免由于垂直力和水平力協同作用而產生的滑移、沉降和偏轉。橋臺穩定關系橋梁結構的安全和耐久。在橋臺方面，我們要進行科學的設計、安全的施工、充分的養護，只有這三方面協調，才能保證結構的安全，提高經濟、社會效益。

從改革開放開始，全國特別是長江流域地區開展了規模大、力度強的基礎設施建設，而這其中道路工程、橋梁工程的建設發展比較迅速。其中這些橋梁工程的使用年齡均在20年以內,但已經有相當多的橋梁發生老化破損現象,危橋數量逐年遞增。通過對部分危橋的調查和處理，我們發現建在深厚軟土基上的橋臺失穩問題相當突出普遍,為了防止類似于三水大橋南橋臺的失穩事件再次發生，我們應當總結工程經驗。因此研究橋臺臺后軟土地基的處治方法有非常重要的經濟、技術意義。

一、橋臺地基失穩帶來的病害

橋臺由于軟土地基的大幅度沉降或流動引起的橋臺失穩或上部結構的病害形形色色，這些事故主要是：

(一)橋臺滑移

對于在軟土地基中的橋臺，由于橋梁與路堤沉降量上不同，樁基礎的橋臺沉降一般較小，而根據航道靜空規范上的要求，臺后高路堤的沉降應當較大，這個矛盾的出現引起了橋頭跳車，進而影響了橋梁的使用，甚至會降低橋梁的耐久性。雖然在設計中可以設置橋頭搭板來調整沉降差，但常常因為調坡距離較短，當發生較大沉降時，依舊會造成二次跳車；有時也不設置搭板，而采用加鋪引道面層的方法來防止跳車，但大量實際結果表明，加鋪引道會引起行車不舒適，而引道養護又困難，效果并不如預期。如江蘇省淮安市的蘇北灌溉總渠特大橋就加鋪了引道面層[1]。但是據淮安工學院的孫文彬教授觀測后，加鋪后效果并不理想。由于軟土地基厚度不一，而且土層含水量分布不均勻，極易發生不均勻沉降，加之擋土墻后填土壓力的作用，可能會致使橋臺向河心滑動，嚴重者會導致橋臺前傾。如淮安市郊繞城段某橋梁由于地基勘探不夠準確，施工中技術欠缺，導致橋臺傾斜過大，使得上部預制結構橋面翹凸。橋臺滑移主要特征為：伸縮裝置損壞，伸縮機能受損，接縫寬度縮小；支座形變超過最大形變范圍，甚至支座破壞；梁端與背墻緊貼，情況嚴重時，背墻破壞或梁端部分屈服，墻面剝落。

(二)橋臺傾斜、垂直裂縫

由于軟土層具有厚度不均勻和壓縮性不均勻以及橋臺基底應力合力有偏心距的特性，導致橋臺很容易傾斜，當上部結構約束較大但橋臺自身強度不足時，橋臺下部會出現裂縫。在205國道與305省道淮安段的公路改建工程中，孫文彬教授等人對全部路線上的橋梁檢測后發現，有近十余座橋梁的橋臺發生傾斜，還有部分橋橋臺下部出現裂縫。經過分析，出現這種病害的主要原因為軟土地基土質不均，加之水流沖刷橋臺，造成橫橋向出現過大的沉降差，使得橋臺出現傾斜或裂縫。

(三)橋梁伸縮縫破壞、接縫寬度不足

橋梁伸縮縫是用于滿足橋面形變的需要，設置在兩梁端之間、梁端與橋臺之間或橋梁的鉸接位置上的結構物。規范要求伸縮縫在平行、垂直于橋梁中軸這兩個方向都能滿足自由伸縮的功能，車輛行駛過程中要做到平穩、不產生噪音、不跳車；要能防止雜物阻塞；安裝、檢查、養護、除污都要相對方便。橋梁伸縮縫的作用巨大，但是施工難度極高，還有許多的技術難題有待進一步解決。孫文彬教授等人在對淮安市正在使用中的橋梁伸縮縫調查中發現，有超過半成的橋梁伸縮縫不能發揮正常的工作性能，其中大多數的伸縮縫已經受到不同程度的破壞，伸縮能力也已經喪失，嚴重威脅到橋梁的使用，有些已造成大量橋梁安全事故。經過他們與設計單位、施工單位的合作調查，發現絕大多數的伸縮縫的破壞主要由于橋臺產生的病害，其中橋臺滑移直接導致其頂部擠向梁端，因而伸縮縫閉合失效甚至大梁局部彎曲開裂；橋臺傾斜會破壞橋梁伸縮縫，同時影響行車的平順從而造成伸縮縫附近的橋面結構與路面結構連鎖破壞。如淮安市區的黃河橋與鹽河橋的伸縮縫均已失效，205國道和305省道上也有類似問題。

二、橋臺地基失穩隱患的處理方法

(一)加樁法

加樁法包括碎石樁、樹根樁、灌注樁等方法。所謂加樁法即在軟土地基周圍補加鉆孔樁或打入鋼筋混凝土預制樁，使得這類復合土體有較強的抗拉、抗壓、抗剪能力，從而提高基礎承載力。

(二)復合地基法

復合地基法包括水泥土攪拌樁復合地基、高壓噴射注漿樁復合地基、砂樁地基、振沖樁復合地基、土和灰土擠密樁復合地基、水泥粉煤灰碎石樁復合地基及夯實水泥土樁復合地基等。復合地基通過在天然地基中加設加筋材料，使得基體和增強體共同承擔荷載作用。

以珠海市斗門縣某大橋為例，原設計為9跨16m的T梁，座板式橋臺，橋臺基礎為灌注樁。場地下有30m的淤泥，工程性質較差。由于施工時沒有對臺后軟土基進行處理，兩側橋臺不久便出現較大變形，危及橋梁安全[2]。經多方比較，王亦賀等人采用了CFG樁復合地基來控制軟土地基變形的進一步發展，同時對上部結構采用外包法和注漿法來進行加固。因為CFG樁是碎石樁發展而來的復合地基剛性樁。而碎石樁的材料都是散體粒狀材料，沒有粘結力，要通過周圍土體向其擠壓才能發揮樁體作用。但CFG樁因加入了水泥、粉煤灰，所以樁體有一定粘結力，故可在樁體各個方向受力。CFG樁與樁間土不僅可以使得樁與土共同承擔荷載，還可調整樁與土垂直和水平兩個方向上荷載的分擔作用。這種處理方法可以加快病害橋臺臺后軟土土基在病害發生時的固結速度，使軟土土基承載力上升。CFG樁復合地基處理臺后病害具有巨大優勢，因為其調整靈活、變形小、施工簡單、造價低，是在軟土地區處理地基的常用方法。

(三)結構加固法

包括注漿法、外包法(鋼板、鋼筋混凝土)等。通過加固結構來防止橋臺出現的結構裂縫進一步發展，使之正常服役。

(四)分離橋臺法

包括錨拉板法、臺后加筋法等。由于橋臺與上部結之間有相對位移，臺后軟土就會產生變形。通過分離橋臺，不僅可以恢復橋臺伸縮縫的功能，還可以減少橋臺臺后的填土壓力。

例如中山市某大橋，此橋建成于1993年，上部為鋼筋混凝土連續箱梁，全橋一聯，橋臺采用肋墻式埋置橋臺，鉆孔灌注樁基礎，臺后填土最高達5.90m。場地工程地質情況大致為：淤泥質土厚22m，下為殘積層及強風化層，施工時未對臺后軟基進行處理。建成不久后橋臺出現向臺背側傾斜和向橋側滑移的變形。至1998年，橋臺背墻與箱梁已相互擠壓，造成橋臺與箱梁底板不同程度的損壞，給橋梁使用留下了安全隱患。經過研究，王亦賀等人決定采用(下接第119頁)分離橋臺法進行處治。處理后至今未見變形進一步發展。軟土地區橋臺臺后病害主要以橋臺的傾斜、滑動為主，采用在橋臺臺背外側加樁的方法，增加了結構整體的抗彎強度及抗變形能力，同時新樁基形成了橋臺臺前錨拉擋墻，控制了變形進一步發展，防止繼續破壞上部結構。這一方法對軟土層薄和已經過長期固結的橋臺基底病害處治來說十分經濟可靠。

(五)減輕荷載法

減輕荷載法包括橋梁加跨法，改用輕型材料等方法。橋臺病害的處理常采用綜合處理法，上、下部結構同時處理。當今設計人員以減輕荷載法、平衡荷載法為主要設計方法，其內容主要有增加橋長，降低橋臺標高，或者采用整板、筏板基礎等，通過加大底面來分散受力，使基底壓應力小于地基容許承壓力。同時減輕臺背荷載，臺后用輕質材料或設空箱減少臺后路基重量也是常用方法之一。在臺后填土前埋設樁，將大部分填土荷載轉移到前置樁基上，從而減少橋臺所受荷載，進而減少橋臺位移。淤泥質軟土層工程性質十分差，加之橋頭填土較高，軟土下臥層難以承受如此高的土壓力,致使橋臺出現沉陷和水平位移，如果情況嚴重軟土下臥層會發生剪切滑動，使橋臺和路堤一起坍塌，后果十分嚴重。所以臺后可增設小跨徑，適當增長橋長，減輕地基荷載，削弱臺后土壓力，防止橋臺移動和沉陷。另外，在軟基中不可輕易壓縮河道、減少橋長，這些做法會提高橋臺滑動變形的可能性。另外也可以根據試算數據來適當地增加橋長，增加抗滑系數，對于橋臺穩定也有一定幫助。

三、結語

橋臺作為橋梁的重要構造物，其結構安全直接關系橋梁整體，因此必須具有足夠的強度、剛度和穩定性，并避免造成過大的沉降、滑移和偏轉[3]。軟土地基上的橋臺由于地基承載力差、土體壓縮性大存在很多造成橋臺失穩的隱患，而且這些隱患經常會導致或者間接誘發橋梁上部結構事故。大量工程實踐表明，處理橋臺病害尚沒有完全徹底有效的方法。因此建橋前必須設計、施工、勘察三部門做好詳細溝通，進行充分的地質勘察，調查清楚橋位所處的地形地貌、地質水文等自然情況，設計部門也應該因地制宜，按照規范嚴格做好設計每個環節安全的把關，施工部門應該謹慎安全地施工，結合當地施工經驗、建筑材料和經濟條件，作充分論證，科學采取施工方案，確保橋臺堅固穩定，路橋銜接平順，完善橋梁功能，提高橋梁服務水平，避免橋臺地基失穩事故的發生。