某疏港橋梁橋臺樁基偏位處理與研究

黃海松，馬　麗，繆夢曦

（1蘇交科集團(tuán)股份有限公司， 江蘇 南京 210017；2.中國核工業(yè)二四建設(shè)有限公司，四川 綿陽 621000）

某疏港橋梁橋臺樁基偏位處理與研究

黃海松1，馬麗2，繆夢曦1

（1蘇交科集團(tuán)股份有限公司， 江蘇 南京 210017；2.中國核工業(yè)二四建設(shè)有限公司，四川 綿陽 621000）

控制橋臺樁基偏位一直是工程界設(shè)計者們關(guān)注的焦點(diǎn)之一，在軟土地區(qū)尤為突出。文章結(jié)合某疏港道路橋梁橋臺樁基偏位事故，對連云港軟土地區(qū)的橋梁橋臺的處理措施與施工注意事項進(jìn)行了探討；在已有研究及大量橋臺偏位工程事故調(diào)查的基礎(chǔ)上，對常見的橋臺樁基偏位原因進(jìn)行總結(jié)，以期為軟土地區(qū)的工程設(shè)計和施工提供參考。

軟土地基；橋臺樁基；樁基偏位；處理措施

結(jié)合某疏港道路橋梁橋臺樁基偏移事故處理分析，對連云港軟土地區(qū)的橋臺臺后、臺前處理的設(shè)計及施工應(yīng)注意的問題進(jìn)行了探討。同時在已有研究［1-6］及大量基坑工程事故調(diào)查的基礎(chǔ)上，對常見的橋梁樁基偏位事故因素進(jìn)行分析。

1 工程概況

某疏港航道橋梁位于連云港市某區(qū)，起于A大道，止于B大道，終點(diǎn)路段跨越河后與B大道平交，路線全長670 m，道路等級為一級疏港道路，行車速度50 km/h，道路紅線寬35 m，是一條區(qū)內(nèi)集散貨運(yùn)輸通道，全線有一座5×20 m簡支空心板梁橋。后因橋梁設(shè)計變更，將原設(shè)計5×20 m變更為4×20 m簡支空心板梁橋。

根據(jù)勘察報告土層揭示，第1層黏土：棕褐色夾灰黃色，軟塑 ；第2層淤泥：青灰色，流塑，有光澤，干強(qiáng)度中等，韌性中等，夾粉土及粉砂薄層，含腐殖質(zhì)及螺殼；厚度16.8 m，層頂標(biāo)高-17.0 m；承載力基本容許值［fa0］=50 kPa，鉆孔樁樁側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik=12 kPa；第3層粉質(zhì)黏土：灰黃色，稍有光澤，搖震反應(yīng)無，軟塑-可塑，承載力基本容許值［fa0］=220 kPa；第4層粉土；第5層粉質(zhì)黏土；第6層粉土；第7層黏土。各土層物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 物理力學(xué)參數(shù)表

道路工程中的A大道一側(cè)橋頭段采用水泥雙向攪拌樁處理，等邊三角形布置，樁徑50 cm，其中橋頭漸變段樁間距1.5 m，橋頭段樁間距1.2 m。B大道一側(cè)橋頭段未進(jìn)行地基處理（臺后填土高度約3.6 m）。其中，水泥雙向攪拌樁復(fù)合地基處理后，分層填筑80 cm碎石墊層（含兩層土工格柵），再分層填筑山場碎石（土），路基頂面30 cm范圍內(nèi)填筑采用小粒徑碎石土（最大粒徑不超過12 cm）填筑，且應(yīng)具有良好的級配，有利于整平碾壓。

橋梁工程中原5×20 m簡支空心板梁橋變更為4×20 m簡支空心板梁橋。其中，橋臺仍采用肋板式橋臺，臺下雙排Φ120@320鉆孔灌注樁，樁長36 m；橋墩寬1.1 m，單排Φ120鉆孔灌注樁，樁長48 m。此外，臺前采用1∶1.5坡率進(jìn)行護(hù)坡處理。橋梁設(shè)計平面圖見圖1。

圖1 橋梁設(shè)計平面圖

2 偏位原因分析

2014年下半年在臺后填筑施工過程中發(fā)生橋臺樁位偏移，其中4#橋臺（B大道交叉口側(cè)）發(fā)生沿道路縱向（偏向河內(nèi)）的偏移， 平均偏移量約為20 cm。橋臺偏移示意圖見圖2。

圖2 橋臺偏移示意圖

從現(xiàn)場測量情況來看，未進(jìn)行橋臺后處理的B大道一側(cè)橋臺移位量較經(jīng)過橋臺后處理的A大道一側(cè)橋臺偏移要大得多，同時3#墩橋梁伸縮縫已擠密失效。

2.1 客觀原因

（1）地質(zhì)條件

連云港地區(qū)軟土地基屬海相積，具高孔隙比，高壓縮性，高含水率的特性，其力學(xué)指標(biāo)較差，粘聚力Cq通常約為6 kPa左右，內(nèi)摩擦角Φ最小為0.2°。本項目由于橋梁樁基先于路基施工，路基的側(cè)向變形被橋梁樁基所約束，導(dǎo)致路基土壓力會對橋梁樁基產(chǎn)生較大的側(cè)向水平推力。

（2）臨近動荷載的影響

4#橋臺緊鄰B大道，而B大道處于通車運(yùn)營期，路基穩(wěn)定尚未完成。區(qū)內(nèi)淤泥強(qiáng)度低，壓縮性大，變形不易控制，易產(chǎn)生嚴(yán)重的擠土效應(yīng)；同時由于淤泥的c、Φ值都很小，在路基路面自重和車輛載荷的長期作用下，淤泥強(qiáng)度迅速下降（可減小3.1～4.5倍［6］），變形向路基兩側(cè)和底部擴(kuò)散，且可能發(fā)生深層滑移。

（3）河道開挖

開挖河道時，由于橋梁臺前土體的挖除所引起土壓力的變化，導(dǎo)致河道周圍土體產(chǎn)生滑動，橋梁橋臺樁基向河道內(nèi)方向移動。同時該工程河道開挖并未按橋梁臺前“先反壓后挖，分層開挖”的原則，可能造成臺前卸載較快，進(jìn)一步加劇橋梁橋臺樁基的偏移。

2.2 主觀方面

（1）設(shè)計方案不合理

①B大道一側(cè)橋梁橋臺臺后未進(jìn)行必要的路基處理設(shè)計；②在橋梁臺前未加筑反壓護(hù)道（應(yīng)注意臺前過水面積的保證）；③在路基及橋梁施工期間未提出觀測頻率要求（必要時可要求進(jìn)行深層位移觀測）。④原支撐體系抗傾覆安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求［7］。

綜上所述，由于設(shè)計時橋梁河道周圍實(shí)際環(huán)境調(diào)查不夠，樁基實(shí)際承受主動土壓力大于設(shè)計值，同時對地面附加荷載及尚未完成的固結(jié)考慮不全面（如道路車載等動荷載）等原因，造成設(shè)計時樁長嵌固深度不足、側(cè)向約束小和河道內(nèi)支撐體系（反壓護(hù)道）不足等一系列問題，給樁基偏位的發(fā)生埋下嚴(yán)重隱患。

（2）路橋施工順序不合理

通常情況下，特別是在軟土地區(qū)中，橋梁樁基施工應(yīng)在路基沉降基本穩(wěn)定后的前提下進(jìn)行的，以降低樁的側(cè)向壓力。反之，如果路基施工完成后再進(jìn)行橋梁樁基的施工，橋梁樁基勢必承擔(dān)較大的水平推力。

（3）施工工藝不規(guī)范

臺后填土施工填土速度過快和大型振動壓路機(jī)的采用也進(jìn)一步加大了橋梁樁基的偏位量。

（4）現(xiàn)場管理不善

樁基偏移發(fā)生時，未及時進(jìn)行橋臺臺后填料卸載，錯過最佳復(fù)位時機(jī)。

工程實(shí)踐表明，在這種軟土地基上解決橋臺偏位的問題，采用常規(guī)的地基處理方法——水泥攪拌樁復(fù)合地基處理效果不佳，易導(dǎo)致橋臺樁基的偏移和橋臺臺后跳車。樁基偏位發(fā)生后，采用低應(yīng)變發(fā)射波法對樁基完整性進(jìn)行檢測，結(jié)果表明樁身混凝土未產(chǎn)生裂縫（共檢測了3根樁）。

3 處理措施

3.1 加固方案

基于上述原因，本項目處理方案的設(shè)計思路為：采用既能減小臺后填土水平推力，又能降低臺后沉降的剛性基礎(chǔ)下雙層結(jié)構(gòu)［7］的橋臺后處理的同時，新建植筋橋梁樁基的聯(lián)合拉結(jié)方式增強(qiáng)已偏位的4#橋臺樁基的自身剛度。

經(jīng)多方案優(yōu)選比較后，最終選定在4#橋臺臺后采用新建2排Φ80 cm的鉆孔灌注樁（L=26 m），剛性樁樁頂則通過樁間連系梁60 cm×80 cm連接，并在其上現(xiàn)澆鋪設(shè)40 cm整體蓋板（取代防止刺入路堤的剛帽）。待臺后穩(wěn)定后，再澆筑與原承臺下標(biāo)高、樁長一致的1排Φ120 cm鉆孔灌注樁，原橋臺后側(cè)通過植筋方式將新舊橋臺澆筑成整體，同時耳墻也在合適的位置采用類似的植筋方式，重新澆筑耳墻、背墻；最后，采用20 cm厚粘土包裹著的粉煤灰進(jìn)行臺后回填。橋臺加固平面圖、立面圖分別見圖3、圖4。

圖3 橋臺加固平面圖（單位：cm）

圖4 橋臺加固立面圖（單位：cm）

3.2 施工與監(jiān)測措施

（1）加大密監(jiān)測頻率，搶險期間每天2次，其余時間每天1次，監(jiān)測結(jié)果及時通報有關(guān)單位，超過警戒值必須及時報警，必要時可新增深層土體水平位移監(jiān)測點(diǎn)；（2）必須按有關(guān)質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范與規(guī)程進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行下一步工序；（3）做好檢驗(yàn)與監(jiān)測，完善資料，及時報警，做好應(yīng)急措施；（4）施工單位針對該加固方案制定專門的加固施工組織、監(jiān)測方案報設(shè)計單位批準(zhǔn)后實(shí)施；（5）新老結(jié)構(gòu)物植筋連接，其主筋必須滿焊15d（最大鋼筋直徑）。

4 結(jié)語

本文結(jié)合某疏港道路橋梁橋臺樁基偏移的病害處理，對常見的橋梁樁基事故因素進(jìn)行了分析，得出如下結(jié)論：

（1）對地質(zhì)條件和現(xiàn)場條件進(jìn)行充分考察，在臺后穩(wěn)定性驗(yàn)算時，應(yīng)充分考慮外部荷載（特別是動荷載）以及軟土流變引起的土壓力對結(jié)構(gòu)物的影響。同時，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，擬定相應(yīng)的設(shè)計計算模型等。

（2）對于存在深厚軟土的路段，特別是結(jié)構(gòu)物銜接處（如路橋、路涵等），即使填土高度較小，也應(yīng)對軟土地基進(jìn)行必要的處治。

（3）在軟土地基上進(jìn)行路橋施工前，應(yīng)制定完備的系統(tǒng)的監(jiān)控方案，一旦發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時分析原因，提出解決方案。

（4）對于軟土地區(qū)的施工一定要按照先路后橋的順序施工，且嚴(yán)格遵循信息法施工，以便做好提前預(yù)警工作。

（5）加強(qiáng)施工管理，重視施工監(jiān)理與驗(yàn)收工作，確保質(zhì)量滿足各項相關(guān)規(guī)范；同時，應(yīng)做好施工檢測工作。

［1］龔曉南.高速公路地基處理理論與實(shí)踐［M］. 北京：人民交通出版社，2005.

［2］李杰等.某高速公路橋梁樁基的加固方案研究［J］.公路，2008（4）：70～73.

［3］劉慧珊.軟土地基樁基礎(chǔ)橋臺工作機(jī)理與設(shè)計方法研究［D］.長沙：中南大學(xué)，2009.

［4］李雪峰.軟土地基橋頭路基填筑對橋臺樁基礎(chǔ)影響研究［D］.長沙：長沙理工大學(xué)，2011.

［5］吳徐華，袁述林，鄧爽.橋墩立柱偏位分析與糾偏處治［J］.公路工程， 2013，38（1）：146-148.

［6］黃海松，李原，李瑩.某基坑坍塌事故處理與研究.四川建筑，2009，29（2）118-120.

［7］黃海松，李原，李瑩.水泥樁聯(lián)合淺層置換處理控制橋臺后路基沉降［J］.路基工程，2010（1）：181-182.

Research and Treatments on Pile Foundation Diviation of a Port Bridge

Huang Haisong1， Ma Li2， Miao Mengxi1
（1. JSTI Group， Nanjing 210017， China； 2. China Nuclear Industry 24 Construction Ltd.， Mianyang 621000， China）

How to control the displacement of bridge piles foundation is always the focus of designers attention， especially in the soft region. Combining with the accident pile foundation displacement of a bridge for port， the treatment measures and construction points for attention of bridge pile foundation in soft soil area of Liangyungang are discussed. Meanwhile， on the basis of present researches and the investigation of bridge piles foundation accidents， the common factors that causing engineering accident are summarized in order to provide reference for engineering design and construction in similar soft soil area.

soft soil foundation； bridge piles foundation； pile foundation deviation； treatment measure

U442.2

B

1672-9889（2016）01-0061-03

黃海松（1980-），男，江西贛州人，高級工程師，主要從事道路、軟基處理、隧道方面的設(shè)計與研究工作。

2015-03-17）