山區(qū)濕陷性黃土橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)探討

張 剛 衛(wèi)

(太原市市政工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

山區(qū)濕陷性黃土橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)探討

張 剛 衛(wèi)

(太原市市政工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

針對濕陷性黃土地區(qū)的特點(diǎn)，對濕陷性黃土的處理措施進(jìn)行了探討,并結(jié)合工程實(shí)例,從設(shè)計(jì)方案、處理的經(jīng)濟(jì)比較及方案比選等各個方面進(jìn)行了分析論述,總結(jié)出了該地區(qū)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的參考建議。

濕陷性黃土,橋梁樁基礎(chǔ),設(shè)計(jì)

0 引言

黃土在我國分布較廣，其主要分布在陜西、山西、甘肅等大部分地區(qū)以及河南的西部，其次是青海、寧夏、河北一部分地區(qū)，新疆、山東以及遼寧等地局部也有發(fā)現(xiàn)。其中，濕陷性黃土約占黃土分布總面積的60%，以晚更新世Q3和全新世Q4黃土為主。大部分表層新黃土具有濕陷性，濕陷性土層厚10 m～25 m。濕陷性黃土山區(qū)溝壑縱橫、形態(tài)復(fù)雜、坡陡溝深，溝槽發(fā)育速度快；黃土物質(zhì)疏松，垂直節(jié)理，易遭受侵蝕，此類地區(qū)進(jìn)行橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不穩(wěn)定因素多。

1 濕陷性黃土的主要特點(diǎn)

1.1 濕陷性

濕陷性黃土即具有強(qiáng)烈的結(jié)構(gòu)性欠壓密土，黃土浸水后在土的自重或者外荷載的作用下會發(fā)生下沉的現(xiàn)象即為濕陷。黃土濕陷的現(xiàn)象是一個復(fù)雜的地質(zhì)物理和化學(xué)過程，其濕陷機(jī)理比較公認(rèn)的說法為黃土浸水后膠結(jié)物質(zhì)發(fā)生的物理和化學(xué)反應(yīng)，促使結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度降低。黃土濕陷條件是指黃土中存在的孔隙直徑不小于周圍顆粒直徑的架空結(jié)構(gòu)，與本身的孔隙比和含水率等土的物理性質(zhì)有關(guān)。天然孔隙比越大或者天然含水率越小，其濕陷性越強(qiáng)。

1.2 濕陷性黃土的判定

黃土濕陷性的判別，按照《公路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，當(dāng)δzs≥70時可定為濕陷性黃土，否則定為非濕陷性黃土。根據(jù)濕陷量和自重濕陷量的計(jì)算值Δzs將場地濕陷類型不同的地基劃分為Ⅰ(輕微),Ⅱ(中級),Ⅲ(嚴(yán)重),Ⅳ(很嚴(yán)重)。

1.3 黃土濕陷性對橋梁樁基的影響

濕陷性黃土地區(qū)橋涵建筑物根據(jù)其重要性、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受水浸濕后的危害程度分為A,B,C,D四類。實(shí)踐證明，濕陷性黃土地基處理后，施工完后仍可能產(chǎn)生部分或不均勻下沉。如果在橋梁設(shè)計(jì)中未考慮或未充分考慮黃土濕陷性，就可能造成樁端地基的破壞、樁身失穩(wěn)、橋墩不均勻沉降，從而影響橋梁使用，故將其列為A類。

2 橋梁基礎(chǔ)濕陷性的消除措施

2.1 墊層法

墊層法包括灰土墊層與土墊層。當(dāng)要求消除基礎(chǔ)底下1 m～3 m濕陷性黃土濕陷量時可采用局部(或整片)土墊層進(jìn)行處理，當(dāng)同時要求提高原狀土的承載力和增強(qiáng)水穩(wěn)定性時，可采用整片灰土墊層對其進(jìn)行處理。

2.2 強(qiáng)夯法

當(dāng)采用強(qiáng)夯法對濕陷性黃土地基進(jìn)行處理時，應(yīng)先在場地內(nèi)挑選有代表性的地段對其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性施工或試夯，土的天然含水量不宜高于塑限含水量的1%～3%。

2.3 擠密法

當(dāng)擠密處理的深度小于12 m時，不宜預(yù)鉆孔，擠密孔徑在0.35 m～0.45 m之間；當(dāng)擠密處理深度大于12 m，宜采用預(yù)鉆孔，其直徑為0.25 m～0.3 m，擠密填料的孔直徑為0.5 m～0.6 m比較適宜。

2.4 預(yù)浸水法

預(yù)浸水法適用范圍為處理濕陷性黃土層的厚度高于10 m，自重濕陷量計(jì)算值大于500 mm的場地。浸水前可通過試坑浸水實(shí)驗(yàn)判斷耗水量、浸水時間和濕陷量等等。

3 工程實(shí)例設(shè)計(jì)

3.1 工程概況

太原東山地區(qū)東中環(huán)府東街東延跨線橋工程，橋梁中心樁號位于主線K8+988.38處，橋梁全長為331.68 m，在上跨南內(nèi)環(huán)東街路口處采用35 m+50 m+35 m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，其余采用3×35 m(變接截面連續(xù)梁兩側(cè)各一聯(lián)，共2聯(lián))等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，橋梁寬度23.5 m，橋墩采用帶橫梁雙立柱橋墩，基礎(chǔ)均為承臺配樁基，橋臺采用樁接蓋梁形式。橋梁立面圖如圖1所示。

根據(jù)野外鉆探揭露的地層情況結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料總體研究，這次勘察深度范圍內(nèi)場地地基土成因類型及沉積時代自上而下依次為：

本橋下部橋墩標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)采用承臺配樁基，樁基礎(chǔ)均按摩擦樁設(shè)計(jì)，樁徑1.5 m。3×35 m等截面預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)橋墩基礎(chǔ)承臺尺寸為10.3 m(橫橋向)×10.3 m(縱橋向)×2.5 m(高度)，承臺下樁基為3排9根φ1.5 m的樁基，采用鉆孔灌注樁，樁間距為3.9 m。

標(biāo)準(zhǔn)跨橋墩布置圖如圖2所示。

3.2 樁基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

方案一：先采用素土擠密樁處理濕陷性黃土，處理完檢驗(yàn)濕陷性完全消除后再施工樁基礎(chǔ)。

處理示意圖如圖3所示。

方案二：工期緊時，采用不預(yù)先處理地基，設(shè)計(jì)可直接加長由于濕陷引起的樁長。

3.3 經(jīng)濟(jì)比較

以單個承臺下樁基造價進(jìn)行比較。經(jīng)計(jì)算素土擠密處理后樁長為55 m(素土擠密樁處理長度10 m)，不處理直接加長樁長為75 m?；炷凉嘧毒C合單價1 500元/m，素土擠密樁綜合單價22元/m。

方案一:9×55×1 500+441×10×22=83.95萬元。

方案二：9×75×1 500=101.25萬元。

3.4 方案比選

相對而言，方案一造價相對低，但施工周期長，施工噪聲大、振動大，在公路中運(yùn)用相對多，市政工程由于各種市政管線的影響有時候受制約；方案二縮短施工周期，但造價大、樁長加長施工中易塌孔。

4 結(jié)語

濕陷性黃土地層易造成橋梁樁端地基的破壞、樁身失穩(wěn)、橋墩不均勻沉降，對橋梁使用安全影響較大。因此，在山區(qū)濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時，樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)慎之又慎，應(yīng)根據(jù)施工的具體場地、施工周期、專業(yè)管線、濕陷等級以及經(jīng)濟(jì)等要求做出合理的決策方案。

[1] JTG D63-2007，公路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50025-2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S].

[3] 羅宇生.濕陷性黃土地基處理[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[4] 楊承剛.濕陷性黃土地區(qū)鐵路橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探討[J].河南科技，2009(8)：91-92.

Discussion on foundation design of mountain collapsible loess bridge

ZHANG Gang-wei

(TaiyuanMunicipalEngineeringDesign&ResearchInstitute,Taiyuan030002,China)

According to the characteristics of collapsible loess area, this paper discussed the treatment measures of collapsible loess, and combining with engineering examples, from the design scheme, treatment economic comparison and schemes selection and other aspects made analysis and discussion, summarized the reference of pile foundation design in this area.

collapsible loess, bridge pile foundation, design

1009-6825(2014)28-0203-02

2014-07-29

張剛衛(wèi)(1981- ),男,工程師

U443.1

A