淺析軟土地區(qū)橋梁基礎(chǔ)工程問題
2016-10-17
軟土一般指在靜水或緩流水環(huán)境中以細顆粒為主的近代粘性沉積土，是一種呈軟塑到流塑狀態(tài)的飽和粘性土，常含有機質(zhì)，天然孔隙比通常大于1，當e大于1.5時稱為淤泥，小于1.5大于1.0時稱為淤泥質(zhì)土。習慣上也把工程性質(zhì)接近淤泥土的粘性土統(tǒng)稱為軟土。軟土具有抗剪強度低、透水性低、高壓縮性、對結(jié)構(gòu)破壞敏感、流變性等特點。
在軟土地區(qū)修筑橋梁及道路人工構(gòu)造物必須首先進行較詳細的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)勘測工作，查明該處軟土的地質(zhì)及工程特性，掌握全面的、翔實的資料，這是正確布置構(gòu)造物，選擇適當結(jié)構(gòu)類型的首要條件，也是保證設(shè)計和施工能緊密結(jié)合實際情況，采取有針對性措施的必要條件。
軟土地基的強度、變形和穩(wěn)定是工程中必須全面、充分注意的問題，是造成橋梁、道路人工構(gòu)造物、基礎(chǔ)過大沉降、不均勻沉降、位移、傾斜、開裂、失穩(wěn)或嚴重損壞等事故的主要原因。
一、掌握工程地質(zhì)資料合理布設(shè)橋涵
我國沿海、內(nèi)陸等地的軟土由于沉積年代、環(huán)境的差異，成因的不同，他們的成層情況，粒度組成，礦物成分有所差別，使工程性質(zhì)有所不同。不同沉積類型的軟土，有時其物理性質(zhì)指標雖較相似，但工程性質(zhì)都并不很接近，不因借用。軟土的力學性質(zhì)參數(shù)宜盡可能通過現(xiàn)場原位測試取得，為設(shè)計提供可靠數(shù)據(jù)。
在軟土區(qū)，橋梁位置（尤其是大型橋梁）既要與路線走向協(xié)調(diào)，又要注意構(gòu)造物對工程地質(zhì)的要求，如果地基土屬深、厚軟粘土，特別是流動性的淤泥、泥炭和高靈敏度的軟土，不僅設(shè)計技術(shù)條件復(fù)雜，而且將給施工、養(yǎng)護、營運帶來許多困難，工程造價也就增大，應(yīng)力求避免，另選擇軟土較薄、均勻、靈敏度較小的地段可能更為有利。對于小橋涵，可優(yōu)先考慮地表“硬殼”層較厚，下臥為一般均勻軟土處，以爭取采用明挖剛性擴大基礎(chǔ)，降低造價。
在確定橋梁總長、橋臺位置時，除應(yīng)考慮泄洪、通航要求外，宜進一步結(jié)合橋臺和引道的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定考慮。如能利用地形、地質(zhì)條件，適當?shù)牟贾没蜓娱L引橋，使橋臺置于地基土質(zhì)較好或軟土較薄處，以引橋代替高路堤，減少橋臺和填土高度，會利用橋臺、路堤的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定，在造價、占地、養(yǎng)護費用、營運條件等統(tǒng)盤考慮后，往往在技術(shù)上，經(jīng)濟上都是合理的。
軟土地基上橋梁宜采用輕型結(jié)構(gòu)，減輕上部結(jié)構(gòu)及墩臺自重。由于地基易產(chǎn)生較大的不均勻沉降，一般以采用靜電結(jié)構(gòu)或整體性較好的結(jié)構(gòu)為宜，如橋梁上部可采用鋼筋混凝土空心板或箱形梁；橋臺采用柱式、支撐梁輕型橋臺或框架式等組合式橋臺；橋墩宜用樁柱式、排架式、空心墩等。涵洞宜用鋼筋混凝土管涵、整體基礎(chǔ)鋼筋混凝土蓋板涵、箱涵以保證涵身剛度和整體性。
二、軟土地基橋梁基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)注意問題
我國在軟土地區(qū)的橋梁基礎(chǔ)，常用的是剛性擴大基礎(chǔ)（天然地基或人工地基）和樁基礎(chǔ)，也有用沉井基礎(chǔ)的，現(xiàn)結(jié)合軟土地基的特點，介紹設(shè)計時應(yīng)注意的幾個問題。
1、剛性擴大淺基礎(chǔ)
在較穩(wěn)定、均勻、有一定強度的軟土上修筑對沉降要求不嚴格的矮、小橋梁，常爭取采用天然地基（或配合砂礫墊層）上的剛性擴大淺基礎(chǔ)。如軟土表層有較厚的“硬殼”也應(yīng)考慮利用。剛性擴大基礎(chǔ)常因軟土的局部塑性變形而使墩、臺發(fā)生不均勻沉降，由于后臺填土的影響使橋臺前后端沉降不均而發(fā)生后仰也是常見工程事故，有時還同時使橋臺向前滑移。因此在設(shè)計時應(yīng)注意基礎(chǔ)受力不同的邊緣（如橋臺基礎(chǔ)的前趾、后蹱）沉降的驗算及其抗滑動、傾覆的驗算。
防治措施：可采用人工地基如有針對性的布設(shè)砂礫墊層，對地基進行加載預(yù)壓以減少地基的沉降和調(diào)整沉降差，或采用深層攪拌法，以水泥土攪拌或粉體噴射攪拌樁加固軟土地基，按復(fù)合地基理論驗算地基各控制點的承載力和沉降（加固范圍應(yīng)包括橋頭路堤地基的一部分）；采取結(jié)構(gòu)措施如改用輕型橋臺，埋置式橋臺，必要時改用樁基礎(chǔ)等；也有建議對小橋（如單孔跨徑不超過8m，孔數(shù)不多于3孔）可將相墩臺剛性擴大基礎(chǔ)擴展聯(lián)合成整體，形成聯(lián)合基礎(chǔ)板，在滿足地基承載力和沉降同時，可以解決橋臺前傾后仰和滑移問題。但此時為避免基礎(chǔ)板過厚，常需配置受力鋼筋改為柔性基礎(chǔ)，應(yīng)先進行技術(shù)、經(jīng)濟方案比較，全面分析選用。
2、樁基礎(chǔ)和沉井基礎(chǔ)
在較深厚的軟土地基，大中型橋梁常采用樁基礎(chǔ)，它能獲得較好的技術(shù)效果，如經(jīng)濟上合理，應(yīng)是首選的方案。施工方法可以是打入（壓入）樁、鉆孔灌注樁等。要求基樁穿過軟土深入硬土（基巖）層以保證足夠的承載力和較小的沉降。軟土很厚采用長的摩擦樁時，應(yīng)注意樁底軟土強度和沉降的驗算，必要時可對樁周軟土進行壓漿處理或做成擴底樁。
打入樁的樁距應(yīng)較一般土質(zhì)的適當加大，并注意安排好樁的施打順序，避免已打入的鄰樁被擠移或上抬，影響質(zhì)量。鉆孔灌注樁一般應(yīng)先試樁取得施工經(jīng)驗，避免成孔時發(fā)生縮孔、坍孔。
軟土地基樁基礎(chǔ)設(shè)計中，應(yīng)充分注意由于軟土側(cè)向移動而使基樁撓曲和受到的附加水平壓力；由于軟土下沉而對基樁發(fā)生的負摩阻力，現(xiàn)分述如下：
?。?）地基軟土側(cè)向移動對基樁的影響。在軟土上樁基礎(chǔ)的橋臺、擋墻等，由于臺后填土重力的擠壓，地基軟土側(cè)向移動，樁——土問產(chǎn)生附加水平壓力，引起樁身撓曲，使橋臺后仰和向河槽傾移，甚至基樁折損等事故。在深厚軟土上修橋，特別是較高填土的橋臺日益增多，這類事故時有發(fā)生，已引起國內(nèi)外基礎(chǔ)工程界廣泛重視。
?。?）地基軟土下沉對基樁的影響。軟土下沉使基樁承受到負摩阻力，將產(chǎn)生較大的沉降或使樁身向壓屈破壞，必須予以重視，分析并計算基樁上負摩阻力。在較厚較軟土上下沉沉井，往往因下沉速快陜而發(fā)生沉井傾斜、位移等，應(yīng)事先注意采取防備措施如選用輕型沉井、平面形狀采用圓形或長寬比較小的矩形、立面形狀采用豎立式等，施工時盡量對稱挖土控制均勻下沉并及時糾偏。
三、橋臺及橋頭路堤軟土地基的穩(wěn)定
軟土地基抗剪強度低，在稍大的水平力作用下橋臺和橋頭路堤容易發(fā)生地基的縱向滑動失穩(wěn)，應(yīng)按已介紹的方法進行驗算，如穩(wěn)定性不夠，小橋可采用支撐梁、人工地基等，大中橋梁除將淺基改為樁基，延長引橋使填土高度降低或橋臺移至穩(wěn)定土層上外，常用方法是采取減少臺后土壓力措施或在臺前加筑反壓護道（應(yīng)注意臺前過水面積的保證），埋置式橋臺也可同時放緩溜坡，反壓護道（溜坡）長度、高度、坡度，以及地基加固方法等應(yīng)該經(jīng)計算確定，施工時注意臺前、后填土進度的配合，避免有過大的高差。
橋頭路堤填土（包括橋臺錐坡）橫向失穩(wěn)也須經(jīng)過驗算加以保證，需要時應(yīng)放緩坡度或加筑反壓護道。
橋頭路堤填土稍高時，路堤下沉使橋臺后傾是軟土地區(qū)橋梁工程常發(fā)生的事故。除應(yīng)對橋臺基礎(chǔ)采取前述的有針對性的結(jié)構(gòu)措施及改用輕質(zhì)材料填筑路堤外，一般也常對路基采用人工加固處理。
軟土地基加固技術(shù)，我國近年來發(fā)展很快，淺層加固處理有砂礫墊層，深層加固處理有堆載排水固結(jié)法、振沖法、深層水泥漿攪拌法、粉體噴攪法等得到廣泛的應(yīng)用，強夯法也在探討使用中。
參考文獻
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