淺談濱海吹填區(qū)市政橋臺處理方案

尹晨霞 馬春佳

中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司 天津 300381

1 概述

溫州市甌江口新區(qū)起步區(qū)位于溫州都市區(qū)東部，甌江入海口處，總用地面積8.63km2。本項(xiàng)目規(guī)劃城市道路共26條，道路總長度為48.69km，橋梁41座、河道11條、約140hm2綠化等，如圖1。

圖1 甌江口起步區(qū)平面圖

本項(xiàng)目屬淺灘圍墾形成的城市新區(qū)，屬濱海淤積平原地貌，淤泥和淤泥質(zhì)土厚度為40～60m。根據(jù)地勘資料，地層巖性自天然地表往下依次可分為：①層素填土；②1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土；②1’層粉砂淤泥；②2層淤泥；③1層淤泥質(zhì)粘土；④2層粉質(zhì)粘土；④3層圓礫；⑤2’層卵石等。工程地質(zhì)特性表現(xiàn)為高壓縮性、高靈敏度，易流變、蠕變，力學(xué)強(qiáng)度低，分布范圍廣等特點(diǎn)。

2 解決橋臺病害的設(shè)計(jì)思路

2.1 防治橋臺失穩(wěn)

在淤泥質(zhì)地基上修建橋臺，如遇到橋臺前后高差較大、淤泥層力學(xué)強(qiáng)度低、厚度大等情況，軟土層在臺后路基荷重的作用下，不斷被壓縮并產(chǎn)生側(cè)向擠出，并進(jìn)一步產(chǎn)生水平塑性流動，在橋臺樁基上產(chǎn)生很大的附加水平力，會對橋臺滑動穩(wěn)定性造成不良影響，橋臺處理不當(dāng)易產(chǎn)生橋臺前移，進(jìn)而引起橋臺失穩(wěn)。因此減小橋臺前后高差，加強(qiáng)臺前、臺后地基處理，均有利于橋臺的穩(wěn)定。

2.2 防治“橋頭跳車”病害

在軟土地基上修建橋梁，“橋頭跳車”是常見的病害之一。橋頭跳車不僅對行車安全和舒適性造成很大的危害，還可能導(dǎo)致汽車發(fā)生側(cè)向漂移、側(cè)翻等嚴(yán)重事故。其主要是地基沉降不均與橋梁與路面結(jié)構(gòu)之間的剛度差異以及車輛自身的速度和荷載等因素。本項(xiàng)目選擇了吹填土作為地基，由于其強(qiáng)度較低，而且吹填土屬于非固結(jié)和可壓縮性較大的土壤類型，隨著公路運(yùn)營年限的增加，臺后地基會逐漸增加，同時路基也會因?yàn)槟晗薜脑黾佣l(fā)生沉降。相比之下，橋梁采用了樁基，其沉降程度較小。因此本項(xiàng)目中控制橋梁臺后路基的沉降是解決“橋頭跳車”問題的關(guān)鍵。

目前“橋頭跳車”的解決辦法如下：（1）對于軟基區(qū)域，土壤的承載能力較低，容易導(dǎo)致路基沉陷和橋頭跳車等問題。為了解決這些問題，可以采取一些措施來加固軟基。（2）在設(shè)計(jì)和建設(shè)路基時，選擇合適的填料也是非常重要的。采用輕型填料可以降低路基的自重，減少對軟基的壓力。（3）臺背路基的設(shè)計(jì)中可以設(shè)置剛性搭板。增加路基的穩(wěn)定性和承載能力，從而減少橋頭跳車等安全隱患的發(fā)生。

本項(xiàng)目橋梁眾多，因此如何防治橋臺失穩(wěn)、“橋頭跳車”等病害，從橋梁布跨、橋臺形式的選擇以及橋臺地基處理均是本項(xiàng)目的重點(diǎn)關(guān)注的問題。

3 工程實(shí)例

甌江口起步區(qū)規(guī)劃河道眾多，多為10～30m寬河道，以跨越規(guī)劃寬度為30m的第二支橫河上的經(jīng)四路二號橋?yàn)槔：拥酪?guī)劃上口寬度為30m，河底標(biāo)高-1.5m，設(shè)計(jì)常水位1.5m，設(shè)計(jì)20年一遇設(shè)計(jì)洪水位2.35m。

3.1 橋梁布跨

橋梁若采用較小跨徑進(jìn)行布置，橋臺承臺埋置深度過大（承臺頂部標(biāo)高為-2.677m。而地面標(biāo)高在3.7m左右，承臺基坑開挖深度達(dá)8.5m），承臺施工難度大，而且臺前臺后高差大，增加了橋臺失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。為了解決這個問題，起步區(qū)內(nèi)的所有橋梁在橋梁布跨時均采取加長橋長，減小臺后填土的做法，樁基和臺身均在河岸土體內(nèi)，解決了橋臺的不對稱土壓力，減小了承臺的埋深，橋臺也無大開挖，同時避免了橋臺水平位移及橋臺基坑施工困難的問題。最終，經(jīng)四路二號橋采用3跨16m鋼筋混凝土簡支梁橋，橋梁立面圖見圖2。

圖2 橋型立面圖

3.2 橋臺形式的選擇

軟土地區(qū)橋梁設(shè)計(jì)中，需要采用有足夠水平抗力的橋臺結(jié)構(gòu)。在工程初期，要選擇相適應(yīng)的橋臺形式以及軟基相適應(yīng)的構(gòu)造布置，這在這個工程開展尤為重要。現(xiàn)已廣泛采用組合式、重力式橋臺、埋置式橋臺和薄壁式橋臺四種橋臺形式。

結(jié)合甌江口橋梁步跨的方式，橋臺采用淺埋重力式橋臺，基礎(chǔ)采用雙排樁基礎(chǔ)。重力式橋臺以其自身重量對臺后土壓力進(jìn)行了平衡（見圖2）。其具有良好的整體性、較高的剛度和較強(qiáng)的抗傾覆性能。同時具有良好的適應(yīng)性，可以布置在河岸邊，不會對河道造成擠壓，并與河道的駁坎連接。由于甌江口橋臺的自重較大，為了提高其穩(wěn)定性能，一般采用雙排樁基礎(chǔ),可以分擔(dān)臺后回填和前緣沉降引起的不均勻沉降，從而增強(qiáng)橋臺的穩(wěn)定性能.甌江口橋梁的橋臺能夠安全可靠地承受各種荷載和環(huán)境條件的影響[1]。

3.3 橋臺地基處理

臺前河道駁坎采用多排水泥攪拌樁復(fù)合地基外加片石護(hù)坡，具體見圖2。

臺后路基處理根據(jù)《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》和《溫州市市政工程設(shè)計(jì)導(dǎo)則》的要求：橋臺和路基之間允許的工后沉降控制在≤0.1m。鑒于起步區(qū)地質(zhì)的特殊性，本工程采用多種處理方式相結(jié)合臺后路基處理方案，具體方案見圖3。

圖3 臺后路基處理斷面圖

3.3.1 堆載預(yù)壓處理

本工程地基處理采用堆載預(yù)壓[2]處理方式和真空聯(lián)合堆載預(yù)壓道路。堆載預(yù)壓處理方式：卸載前標(biāo)高比道路設(shè)計(jì)標(biāo)高約高1.0m；真空聯(lián)合堆載預(yù)壓：道路范圍處理后標(biāo)高約為2.5m。待達(dá)到設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行道路路基路面的施工。

3.3.2 水泥攪拌樁復(fù)合樁基處理

地基處理后，橋頭路段，進(jìn)行水泥攪拌復(fù)合樁基，在檢測合格后，滿鋪一層雙向土工格柵，再鋪一層40cm級配碎石褥墊層，然后按設(shè)計(jì)要求加載回填巖渣至路面結(jié)構(gòu)層底。特別注意水泥攪拌樁施工完成并經(jīng)檢驗(yàn)合格后進(jìn)行現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土及樁上路基填料的施工，路基填料應(yīng)填筑至路面結(jié)構(gòu)底，水泥攪拌樁處理范圍內(nèi)應(yīng)有不小于6個月的預(yù)壓期。同時注意水泥攪拌樁施工完成后方可進(jìn)行橋梁灌注樁的施工。

在進(jìn)行復(fù)合樁基處理方法選擇時，提出了預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、高壓旋噴樁、水泥攪拌樁三種方案。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁依靠樁身側(cè)摩阻力和樁端阻力提供承載和控制沉降，不能有效改變土體整體的性能，造價(jià)比較高，因此不建議采用。高壓旋噴樁是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至土層一定深度后，以不小于20MPa的壓力將漿液從噴嘴中噴射出來，從而將噴料和原有軟土進(jìn)行充分混合，從而形成具有一定強(qiáng)度的樁體，為了增加基礎(chǔ)的承載力，降低基礎(chǔ)沉降，與周邊土共同構(gòu)成了一種半柔性、半剛性的復(fù)合地基。水泥攪拌樁是一種以水泥為固化劑，通過深層攪拌設(shè)備，將軟弱土層與固化劑強(qiáng)行拌合到一起，從而達(dá)到增強(qiáng)地基承載能力、降低基礎(chǔ)沉降的目的。現(xiàn)將三種處理方法進(jìn)行比較，具體見表1。

表1 復(fù)合樁基處理方法比較表

3.3.3 泡沫輕質(zhì)土換填的特點(diǎn)

(1)輕質(zhì)性

現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土[3]具有輕質(zhì)、質(zhì)輕等特點(diǎn)，其體積密度較傳統(tǒng)民用材料小，如表2所示。

表2 幾種主要土建材料的容重比較(單位：kN/m3)

(2)容重和強(qiáng)度可調(diào)節(jié)性

工程實(shí)踐中，通常采用3—12kN/m3的密度調(diào)整泡沫輕質(zhì)土；但在0.3—5.0MPa的范圍內(nèi)，其極限抗壓強(qiáng)度可調(diào)。采用現(xiàn)場試驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的方法，研究了泡沫輕質(zhì)土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

(3)良好的施工性

采用現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土，澆筑點(diǎn)所占面積較少，可在狹窄的空間中進(jìn)行，可代替路基填料，不需振搗、碾壓，施工方便、效率高。其優(yōu)良的施工性能還表現(xiàn)在：現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土基本可以連續(xù)澆筑，施工中不需特殊養(yǎng)護(hù)。

(4)良好的環(huán)保特性

泡沫輕質(zhì)土是一種新型的無機(jī)材料，它的使用不會對環(huán)境造成任何污染，具有顯著的環(huán)保優(yōu)勢；在公路建設(shè)和陡峭的山區(qū)公路建設(shè)中，可以節(jié)約用地，防止高填高挖造成的環(huán)境污染，對于保護(hù)自然環(huán)境具有重要的意義。

3.3.4 橋頭搭板采用深埋式搭板

王濤等[4]針對傳統(tǒng)淺埋式橋頭搭板容易出現(xiàn)板底脫空而斷裂的現(xiàn)狀, 提出了深埋式橋頭搭板的概念,通過對比計(jì)算分析表明:采用深埋式橋頭搭板可以有效減小臺背地基沉降、搭板翹曲變形和板底應(yīng)力,同時增強(qiáng)地基剛度,減緩橋頭搭板斷裂的可能性,本工程采用了深埋式橋頭搭板。采用深埋式橋頭搭板的優(yōu)點(diǎn)：

(1)本工程橋梁多位于交叉口附近，采用深埋式搭板有利于交叉口找坡。

(2)采用深埋式搭板可以減少橋梁與道路交接處瀝青面層的反射裂縫。

(3)深埋式搭板可減少溫度荷載對搭板的影響。

3.4 施工要求

為了避免橋梁病害的發(fā)生，不僅要求在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)充分考慮各種不利因素，施工中也需要采用合理的施工順序，方可避免橋臺的病害發(fā)生。為保證橋臺樁基的施工期的安全性，要求橋臺樁基施工必須在臺前及臺后軟基處理完工后方可進(jìn)行。并應(yīng)在施工完成后對橋臺樁基實(shí)施位移觀測，如出現(xiàn)位移過大應(yīng)及時采取相應(yīng)措施，以免影響橋臺伸縮縫安裝；臺后回填應(yīng)在橋梁主體結(jié)構(gòu)完成后施做。

3.5 工程實(shí)際效果

起步區(qū)橋梁自施工完成后，施工單位對臺后進(jìn)行了沉降觀測。經(jīng)過一年半的施工后實(shí)測（表3），結(jié)果表明：施工后頭3個月產(chǎn)生了3mm左右的沉陷，6個月以后達(dá)到了平穩(wěn)狀態(tài)，超過一年以后幾乎沒有沉降。

表3 橋梁工后沉降觀測統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論

通過甌江口新區(qū)起步區(qū)工程實(shí)例，為了避免軟土地基橋梁病害的產(chǎn)生，在橋臺設(shè)計(jì)中充分考慮各種不利因素的影響，既要做好橋梁布跨、橋臺形式的選擇，在施工中也要采取合理的施工順序，方能徹底解決橋臺穩(wěn)定性的問題。同時采用新工藝、新技術(shù)解決軟土地區(qū)橋頭跳車問題，橋梁臺后采用水泥攪拌樁復(fù)合地基+輕質(zhì)泡沫混凝土的新型地基處理方案，結(jié)合橋頭深埋搭板的工法有效地減少了路橋銜接處不均勻沉降問題。