橋梁工程地基加固方法探討

袁新利,黃松雄

(湖南路橋建設(shè)集團(tuán)公司)

1 引 言

橋梁結(jié)構(gòu)是通過橋梁基礎(chǔ)與地基共同作用來承擔(dān)橋梁結(jié)構(gòu)的上部荷載。當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)地基的承載力不足或沉降過大不能滿足要求時(shí)需要進(jìn)行地基加固處理。近二十年來,地基加固技術(shù)得到了很快的發(fā)展,新材料、新工藝、新理論不斷出現(xiàn),應(yīng)用于工程實(shí)踐中也取得了很大的成功。但從其原理來說可以分為兩大類,一類是提高土體的密度,一類是用其他材料來代替軟弱土,或摻和、打入到土體中。

提高土的密度是最古老的一種方法,而有時(shí)卻是最經(jīng)濟(jì)有效的一種加固方法。當(dāng)壓密土體不能達(dá)到預(yù)期的加固效果時(shí),用其它材料代替軟弱土就是必要的手段。如換土墊層法,石灰樁、水泥攪拌樁等。

2 常規(guī)地基處理方法

(1)換土墊層法適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理。其主要作用是提高地基承載能力,減少橋梁上部結(jié)構(gòu)的不均勻沉降。

(2)水泥攪拌樁。此方法主要適用于處理淤泥,淤泥質(zhì)土,粉土,砂性土,泥炭土等各種成因的飽和軟粘土,含水量較高且地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值不超過 120kPa的粘性土地基,其可以最大限度的利用原狀土的承載力。水泥攪拌樁可以形成防滲帷幕,并具有施工工期短、無公害、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

(3)振沖碎石樁適用于處理砂土、粉土、粉質(zhì)粘土、素填土和雜填土地基,其樁體與原來的軟土組成一個(gè)整體,共同承受外部荷載。采用碎石樁加固地基可以提高地基承載力,減小地基沉降。因?yàn)樗槭瘶侗旧淼目辜魪?qiáng)度大于軟土的抗剪強(qiáng)度,同時(shí)軟土與碎石樁合成的勾合體,其抗剪強(qiáng)度增大,從而使地基整體的抗剪性能得到很大的提高。另一方面,由于碎石樁的透水性較好,因此地基的排水性能得到了很大的改善,這為加速軟土地基固結(jié),減小橋梁地基工程沉降提供了重要的條件。

(4)砂石樁主要適用于砂土及素填土、雜填土地基,主要領(lǐng)先樁的擠密作用和在施工中的振動(dòng)作用,使樁周圍土的密度增大,從而使地基的承載能力提高,壓縮性降低。砂石樁在松散砂土和粉土地基中的作用可以概括為:擠密作用、振密作用、抗液化作用。在粘性土地基中的作用可以概括為置換作用、排水作用。

(5)灰土擠密樁適用于處于地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基,可處理地基深度達(dá) 15m以上?；彝翑D密樁主要適用于消除大厚度黃土地基的自重濕陷性,可以利用成孔側(cè)向擠密,回填重錘夯實(shí),使處理深度大大提高。當(dāng)?shù)鼗恋暮看笥?24%,飽和度大于 65%時(shí),不宜采用這種方法。

(6)強(qiáng)夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基。強(qiáng)夯法加固地基后可以提高地基承載力達(dá) 4倍以上,其加固影響深度可達(dá) 10m,可以消除地基土的液化與黃土的濕陷性。

3 特殊地基處理技術(shù)

3.1 軟硬不均地基

對于某些橋梁墩臺的擴(kuò)大基礎(chǔ),基底設(shè)計(jì)標(biāo)高處會(huì)出現(xiàn)地基土風(fēng)化不均勻的情況。此時(shí)應(yīng)首先根據(jù)現(xiàn)場檢查基坑開挖時(shí)是否及時(shí)進(jìn)行了基坑截排水,如設(shè)排水溝、豎井集水抽排等,否則,應(yīng)要求現(xiàn)場先完善截排水再結(jié)合情況進(jìn)行處理。一般可以分為三種情況處理。

(1)當(dāng)墩高小于 20m、跨度不大,相對軟弱部份占基底面積較大、風(fēng)化界面產(chǎn)狀陡傾或垂直,軟硬部份基巖承載力差別不大時(shí),可按相對較軟巖層的容許承載力進(jìn)行基礎(chǔ)加固處理。

(2)當(dāng)相對軟弱部份占基底面積不大且厚度較小時(shí),可以采取在基底設(shè)置墊塊的辦法,將基礎(chǔ)置于較好的巖層上。

(3)當(dāng)墩高較大,相對軟弱部份厚度大,風(fēng)化界面傾斜時(shí),宜考慮將擴(kuò)大基礎(chǔ)改為樁基礎(chǔ)或半樁式基礎(chǔ),要求樁端須置于較好的巖層內(nèi),以策安全。

3.2 巖溶地基的處理

(1)樁基礎(chǔ)。

樁坑開挖至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高出現(xiàn)溶蝕空洞時(shí),巖溶發(fā)育規(guī)模不大,盡量采取釬探等乎段查明巖溶底板埋置深度,若釬探無法查明,又無條件及時(shí)進(jìn)行地質(zhì)鉆探的工點(diǎn),應(yīng)單選其中一根孔樁繼續(xù)下挖,查明空洞發(fā)育情況后再進(jìn)行處理,優(yōu)先考慮按原位加長基樁穿過溶蝕空洞進(jìn)入完整基巖,并進(jìn)行樁基檢算,當(dāng)承載力、位移等不滿足要求時(shí)(一般情況下按樁頂位移控制計(jì)算),應(yīng)設(shè)法原位利用己開挖的孔樁,采取擴(kuò)大樁徑等乎段提高基樁剛度,盡量避免將己開挖的樁孔報(bào)廢,多次擾動(dòng)樁側(cè)土體的方案;萬不得己時(shí),方可采取擴(kuò)大樁間距或加樁的措施。

挖孔樁基礎(chǔ)樁孔開挖時(shí),在設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高以上出現(xiàn)溶蝕空洞,導(dǎo)致孔樁難以完整連通,部份樁身失去樁側(cè)土抗力,降低基樁承載能力。施工處理時(shí),一般采取對樁身進(jìn)行圬工包護(hù),包護(hù)最小厚度不得小于1.0m。

(2)擴(kuò)大基礎(chǔ)。

當(dāng)設(shè)計(jì)基底標(biāo)高處基巖溶蝕高差小于 1.0m,溶溝、溶槽寬度1.0～2.0m左右,深3.0～4.0m,產(chǎn)狀垂直,對地基的承載力及穩(wěn)定性影響不大的,則清除溶槽、溶溝內(nèi)的軟弱充填物后,以漿砌片石或 C20片石混凝土進(jìn)行填塞處理。

設(shè)計(jì)基底標(biāo)高處溶蝕裂隙寬度在 1.5～2.0rn,貫通性好,產(chǎn)狀垂直且發(fā)育深度大,難以完全清除充填物進(jìn)行換填處理,但裂隙兩側(cè)基巖完整者,則用 C20片石混凝土換填 2.0～3.0m深,然后在基礎(chǔ)底部設(shè)置鋼筋網(wǎng)或平鋪鋼軌跨過裂隙,必要時(shí)設(shè)置鋼筋混凝土地基梁跨過。

3.3 基坑涌砂的處理

基坑涌砂,一般采取噴射混凝土護(hù)壁的方法。首先應(yīng)控制基坑每個(gè)循環(huán)的開挖深度不超過 1.0m,以0.4～0.6m較合適,先挖中間部份起到集水作用,逐漸往四周擴(kuò)挖,然后在涌沙的坑壁附近由外向單打入木樁,以草袋或片石填塞,再噴射 10～20cm混凝土封閉,必要時(shí)于噴層后壓注水泥、水玻璃漿液止水。

4 特大型橋梁基礎(chǔ)

4.1 一般偏位

一般偏位在下沉初期入泥深度較小時(shí)進(jìn)行糾正,入泥深度越小糾正就越容易、糾正的速度也越快。糾正方法如下。

(1)收緊偏位反方向的下拉纜和水平拉纜或邊纜;

(2)通過在偏位側(cè)的吸泥,使沉井在纜索拉力的作用下,逐步向正確方向移動(dòng),直至偏差完全糾正。

4.2 嚴(yán)重偏位

鋼沉井著床后,由于定位偏差太大,如果靠糾偏措施很難保證其準(zhǔn)確回復(fù)到設(shè)計(jì)位置。發(fā)生這種偏位時(shí),一般采取將鋼沉井重新浮起后,重新精確定位著床。在鋼沉井下沉著床過程中,應(yīng)嚴(yán)格控制注水量,使沉井穩(wěn)步下沉,以便及時(shí)進(jìn)行糾偏,防止嚴(yán)重偏位的情況發(fā)生。

4.3 沉井扭轉(zhuǎn)

沉井在著床時(shí)的扭轉(zhuǎn)往往是因?yàn)殄^碇系統(tǒng)拉纜張拉力不均衡、斜向水流力的作用等原因造成。

沉井的整個(gè)著床全過程,必須由測量進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控,一旦出現(xiàn)沉井扭轉(zhuǎn),應(yīng)立即停止注水,并進(jìn)行詳細(xì)觀測,確認(rèn)沉井實(shí)際扭轉(zhuǎn)方向及角度。

4.4 沉井傾斜

沉井在著床時(shí),如果加載不均衡、錨碇系統(tǒng)拉纜張拉力不均衡、河床不平整時(shí),很容易發(fā)生傾斜。

沉井傾斜度不大時(shí),可以通過對沉井刃腳局部吸泥進(jìn)行糾正。糾正困難時(shí),還可利用沉井下拉纜進(jìn)行輔助糾正。傾斜度較大時(shí),應(yīng)立即浮起,調(diào)整沉井姿態(tài)后重新下沉著床。

5 結(jié) 語

橋梁的地基處理是一個(gè)十分復(fù)雜的體系,要根據(jù)具體的地質(zhì)條件合理的選擇處理方法,在處理過程中還需要綜合考慮橋梁對地基要求、建筑結(jié)構(gòu)類型和基礎(chǔ)型式、周圍環(huán)境條件、材料供應(yīng)情況、施工條件因素。

[1] 周申一.沉井沉箱施工技術(shù)[M].人民交通出版社,2005.

[2] 馮麗娟.特殊地基橋梁基礎(chǔ)處理技術(shù)[J].路基工程,2006, (2):106-107.

[3] 龔曉南.復(fù)合地基設(shè)計(jì)和施工指南[M].人民交通出版社, 2003.

[4] 宣道光,吳繼民.軟土地基上高速公路橋梁典型病害的處治與加固[J].公路,2004,(9):167-177.

[5] 段良策.沉井設(shè)計(jì)與施工[M].同濟(jì)大學(xué)出版社,2006.

[6] 夏衛(wèi),蘇洪雯.海口世紀(jì)大橋主墩沉井施工[J].橋梁建設(shè), 2002,(2):56-59.