消除海上公路路堤側(cè)向位移對(duì)跨海大橋樁基不利影響的探索與實(shí)踐

楊俊

摘 要：臺(tái)州中心港區(qū)（臨海）疏港公路一期白沙至頭門段工程作為通往頭門島的主通道，施工期間海上路基與跨海大橋的過渡段（K6+914～K7+900）地基沉降在不斷發(fā)展，由此引起的側(cè)向位移對(duì)橋梁樁基的不利影響是樁基安全最大的風(fēng)險(xiǎn)因素，直接影響到工程的質(zhì)量與進(jìn)度。通過多方論證，對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)、樁基結(jié)構(gòu)、橋臺(tái)形式以及路基填料進(jìn)行了方案調(diào)整，完成了疏港公路海上路基與跨海大橋過渡段的特殊處理，經(jīng)過3年的運(yùn)行表明橋樁及鄰近結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)，水平位移及沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示在環(huán)境等因素不發(fā)生大的改變的情況下，這種穩(wěn)定狀態(tài)將持續(xù)保持。

關(guān)鍵詞：路基沉降；側(cè)向位移；樁基不利影響；特殊處理；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

1 工程概況

臺(tái)州中心港區(qū)（臨海）疏港公路一期白沙至頭門段工程路線全長約15.608公里，其中海上路堤長約3公里，跨海大橋約5.71公里。海上路堤段所處海域平均潮位為0.27m（1985國家高程基準(zhǔn)，下同），平均高潮位為3.15m，極端高潮位為5.63m（p=1/100）；地基主要為淤泥、淤泥質(zhì)黏土及粉質(zhì)黏土，具有含水量大，壓縮性高，滲透性小的特點(diǎn)，物理、力學(xué)性質(zhì)差，采用塑料排水板處理，深度30m，預(yù)壓期12個(gè)月。由浙江頭門港投資開發(fā)有限公司建設(shè)，浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，浙江省交通工程建設(shè)集團(tuán)有限公司等單位參與施工。

圖1 項(xiàng)目位置示意圖

K6+914（橋頭，見圖1）處涂面標(biāo)高為-4.5m，為與橋梁順接，根據(jù)橋涵設(shè)計(jì)汽車荷載等級(jí)：公路-Ⅰ級(jí)，橋涵與路基設(shè)計(jì)洪水頻率1/100，特大橋設(shè)計(jì)洪水頻率1/300的要求，路堤頂設(shè)計(jì)標(biāo)高為9.36m，路堤總高度為13.86m。路堤采用組合式斷面，在3.0m標(biāo)高以下采用斜坡拋石堤，單側(cè)鎮(zhèn)壓層總寬度約35m；以上采用陡墻式，墻背采用宕渣填筑，墻頂設(shè)置1.1m高度防浪墻。鎮(zhèn)壓層采用理拋大塊石護(hù)面，陡墻腳采用扭王塊消浪處理。

2 問題產(chǎn)生及方案比選

2.1 問題產(chǎn)生

路基從2010年8月開始填筑，并設(shè)置了沉降板進(jìn)行觀測(cè)，至2011年6月填筑至3.0m標(biāo)高，度過7～9月主汛期后，于2011年10月開始埋設(shè)深層測(cè)斜管及孔隙水壓力計(jì)，然后從2012年2月繼續(xù)開始填筑，至2012年12月填筑至預(yù)壓標(biāo)高，進(jìn)行等載預(yù)壓。

根據(jù)沉降監(jiān)測(cè)可知，至2013年底，地基沉降仍在不斷發(fā)展，距離公路工程通用的沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)0.2mm/d仍有較大差距，由此引起的側(cè)向位移對(duì)橋梁樁基的不利影響是樁基安全最大的風(fēng)險(xiǎn)因素，直接影響到工程的質(zhì)量與進(jìn)度。為保證頭門港區(qū)2014年的開港要求，根據(jù)項(xiàng)目的總體安排及橋梁工程施工組織計(jì)劃，急需對(duì)K6+914～K7+090路橋過渡段設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化調(diào)整。

2.2 方案選定

我們委托浙江公路水運(yùn)工程咨詢公司對(duì)上述基礎(chǔ)處理方案進(jìn)行了計(jì)算復(fù)核，結(jié)論如下：

1）采用鋼圍堰處理方案，各墩臺(tái)的圍堰頂（樁頂）位移和鋼管（樁基）最大位移總量均得到了一定程度的減少，平均減少幅度約25%，在采用組合方案后，側(cè)向位移值進(jìn)一步減少，平均可再減少約12%。因此初審認(rèn)為設(shè)計(jì)方案對(duì)降低圍堰（樁基）側(cè)向位移總量是有效的。

2）采用鋼圍堰處理方案，上部結(jié)構(gòu)完成后各墩臺(tái)的樁頂側(cè)向位移或圍堰空腔底轉(zhuǎn)角位移均得到了一定程度的減少，側(cè)向位移平均減少幅度約31%，在采用組合方案后，側(cè)向位移和轉(zhuǎn)角位移進(jìn)一步減少，可再減少約18%。因此初審認(rèn)為設(shè)計(jì)方案對(duì)降低上部結(jié)構(gòu)完成后的樁頂側(cè)向位移和圍堰空腔底轉(zhuǎn)角位移是有效的。

3）設(shè)置排樁的目的不僅僅是進(jìn)一步減少側(cè)向位移，同時(shí)也考慮到巖土的各向異性，側(cè)向位移的運(yùn)動(dòng)方向并不一定如理論描述的順橋向，可能存在一定的偏角，導(dǎo)致鋼圍堰預(yù)留空間不足，采用排樁后，樁頂采用冠梁聯(lián)系，整體剛度大大增加，樁前軟土的側(cè)向位移無論何種方向作用于排樁上，均可轉(zhuǎn)化為大致的順橋向，從而能夠充分利用鋼圍堰的預(yù)留空間，進(jìn)一步保證樁基的安全。

考慮到橋梁結(jié)構(gòu)的特殊性，樁基一旦發(fā)生較大位移，將引起上部結(jié)構(gòu)的開裂或破壞，而運(yùn)營階段一旦發(fā)生病害，不僅造成公路中斷通行，而且社會(huì)影響很差，同時(shí)修復(fù)困難，因此，建議采用鋼圍堰+排樁組合方案.

3處理方案

由于建設(shè)期臺(tái)州灣海域沒有類似的工程參考僅依據(jù)沉降觀測(cè)資料尚不足以支撐樁周土體的位移發(fā)展預(yù)測(cè)，單一優(yōu)化基礎(chǔ)處理方案對(duì)適應(yīng)土體變形的要求尚存在著一定的可變度。考慮到本工程的特殊性，原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)在現(xiàn)行工程條件下偏高，嚴(yán)格按照該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)防，不但工程技術(shù)難度極大，同時(shí)工程造價(jià)上也不經(jīng)濟(jì)，基于“可維護(hù)、易修復(fù)”的使用原則，將原設(shè)計(jì)剛架橋（墩梁固結(jié)）調(diào)整為簡支結(jié)構(gòu)，并結(jié)合基礎(chǔ)處理組合方案（鋼圍堰+排樁組合方案）將其樁基結(jié)構(gòu)、橋臺(tái)形式以及路基填料進(jìn)一步方案優(yōu)化后。

4 運(yùn)行監(jiān)測(cè)及效果檢驗(yàn)

4.1 監(jiān)測(cè)及運(yùn)行情況

項(xiàng)目于2014年10月完工，同期我們委托浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院試驗(yàn)中心對(duì)疏港公路試運(yùn)行期間該段的水平位移及沉降情況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。

監(jiān)測(cè)單位采用了固定式測(cè)斜儀和滑動(dòng)式測(cè)斜儀相互驗(yàn)證方式以更好地分析橋樁位移變形情況。通過采集到的數(shù)據(jù)形成“沉降—時(shí)間關(guān)系曲線”分析推斷出箱涵在道路試運(yùn)行監(jiān)測(cè)期內(nèi)相對(duì)橋面發(fā)生了約70mm的沉降，沉降速率從15年1月份的每月5mm左右減小為16年6月份的3mm左右，收斂趨勢(shì)較明顯。監(jiān)測(cè)過程中我們也發(fā)現(xiàn)箱涵路面與路基路面連接處有裂縫但無明顯錯(cuò)臺(tái)無跳車現(xiàn)象，這顯示路基與箱涵之間應(yīng)無明顯差異沉降。

監(jiān)測(cè)單位的結(jié)論顯示：橋樁及鄰近結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)，水平位移及沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示在環(huán)境等因素不發(fā)生大的改變的情況下，這種穩(wěn)定狀態(tài)將持續(xù)保持。

4.2 成果分析

本方案走出了百年一遇潮位及百年一遇波浪組合的原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)束縛，大膽提出了基于“可維護(hù)、易維修”的使用原則，將工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整為滿足二十年一遇潮位及二十年一遇波浪組合。

通過多手段沉降預(yù)測(cè)和力學(xué)模型分析提出常規(guī)的鋼圍堰保護(hù)和排樁保護(hù)方案，最終將鋼圍堰+排樁組合方案用于實(shí)踐，有效解決了巖土的各向異性引起的側(cè)向位移方向不定性（側(cè)向位移的運(yùn)動(dòng)方向并不一定如理論描述的順橋向，可能存在一定的偏角）對(duì)樁基的影響；并將原設(shè)計(jì)剛架橋梁板調(diào)整為簡支結(jié)構(gòu)，采用空心板，以更能很好地適應(yīng)可能發(fā)生的大變形，有效解決了設(shè)置大直徑鋼管圍堰后，圍堰內(nèi)鉆孔樁外側(cè)無土體約束，樁基自由長度加大與剛架結(jié)構(gòu)梁體對(duì)位移極為敏感的矛盾，同時(shí)采用不銹鋼錨釘固定以抵抗在極端不利的情況下產(chǎn)生的海浪對(duì)空心板梁的浮托力。

5 結(jié)語

路橋過渡段處理一直是行業(yè)中不易解決的難題，加上在大海中修建高填方路基并與大橋過渡如果采用常規(guī)措施，因其沉降期對(duì)土體的位移發(fā)展難以精確預(yù)測(cè)，不利于工期和質(zhì)量控制。通過本工程在海上路基與跨海大橋過渡段處理的探索與實(shí)踐證明了本方案確實(shí)是成功的，我們也將繼續(xù)對(duì)該部位進(jìn)行不定期的觀察，收集更為詳實(shí)的數(shù)據(jù)，為日后類似海上道路工程提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：浙江頭門港投資開發(fā)有限公司工程技術(shù)部）