预压处理岩溶区扩大基础桥台地基承载力不足特例探讨

刘普尧

摘要：贵阳市南明区五里冲片区市政路网建设工程遵义中路解放西路匝道一全桥共5联，其中第5联为2×20m钢筋混凝土连续箱梁，箱梁宽7.5m。第5联的最后一个墩台 P14#桥台设计为重力式U型桥台，原设计采用桩基承台基础。由于桥台基础范围内地质复杂，岩溶发育，且有流沙层，两次桩基施工均为成功，然后变更为钢筋混凝土扩大基础，并采用压浆固结进行加固，提高地基承载力；桥台施工完成后以桥台支反力的1.2倍荷载进行预压，消除地基沉降，消除或减小因基础沉降带来的箱梁内力。

关键词：桥台扩大基础；压浆固结；预压；消除沉降

1.工程概况

贵阳市南明区五里冲片区市政路网建设工程遵义中路解放西路匝道一全桥共5联，其中第5联为2×20m钢筋混凝土连续箱梁，箱梁宽7.5m。第5联的最后一个墩台 P14#桥台设计为重力式U型桥台，原设计采用桩基承台基础。桥台长6m，宽7.5m，桥台高3.35m。

根据地勘报告，桥台处地质情况非常复杂，岩溶非常发育，且相邻很近钻孔的地质相差较大，存在多层溶洞，岩层节理裂隙发育，岩体破碎，溶洞和流沙区域较深，岩心成碎块状。原地面以下依次为沥青混凝土层、水泥稳定混凝土层、平渣层、土层、强风化岩层、中风化岩层、溶腔及流沙混合区域、中风化岩层。其中路面（原地面）以下5.4～10m能够达到中风化岩层，中风化岩层厚度为3m～6m；中风化岩层下面为溶腔和流沙混合区域，溶腔和流沙混合区域为原地面以下12～17m，溶腔和流沙混合区域高为4m至14m。

P14#桥台原设计为6根1.5m的挖孔灌注桩，桩孔开挖至10～15m范围，桩孔均不同程度遇到岩溶、流沙区，坍塌比较严重。由于施工区距民房较近，无法采取冲孔工艺，桩孔无法继续开挖。鉴于此，将原6根1.5m桩基变更为4根1.8根桩基，改变原桩孔位置。根据变更设计，P1-14-1桩孔开挖至原地面以下27.9m，P1-14-2桩孔开挖至原地面以下25m，P1-14-3桩孔开挖至原地面以下31.8m，P1-14-4桩孔开挖至原地面以下31.8m，桩孔达到了设计要求的嵌岩深度并终孔，桩基钢筋笼下入桩孔后因周边协调问题，未能进行桩基混凝土的灌注。2014年9月下旬，桥台孔桩区域全部坍塌，坍陷还在不断向外延伸发展，孔桩区域坍陷形成空洞并延伸至解放西路行车道下2米以上，为防止安全事故发生，对P1-14桥台四个孔桩及地陷处采用C15素混凝土回填至锁口。

2.桥台基础存在的问题

根据上述情况，P14#桥台基础存在以下问题：桥台右侧离贵阳市第四人民医院宿舍很近，最近距离为8m，左侧为正在运行的贵阳市解放西路，可作为桥台基础范围有限；桥台下面有一根直径100cm的自来水管不能迁改，对桩基布孔产生很大影响，水管距离路面以下为1.5m；地面以下3m为粘土层，基础如采用扩大基础，基底承载力无法满足要求；基础区域地质情况复杂，存在多层溶洞，岩层节理裂隙发育，岩体破碎，溶洞、流沙区域较深；由于之前6根桩孔开挖因坍塌未成孔，后续变更的四个孔桩位置已经开挖过且已经坍塌，且已用C15素混凝土回填，现桥台基础区域已無法重新布置桩孔，且桩孔开挖难度非常大。

3.桥台基础方案

鉴于桥台基础存在上述的问题，且为缓解五里冲片区交通压力，遵义中路解放西路匝道一需在短期内建成通车，P14#桥台基础采用桩基形式，施工工期较长。为保证工期，经专家会决定P14#桥台基础采取扩大基础，由于第5联中间墩已施工完成，不宜将第5联的连续结构改为简支结构，因此需解决扩大基础地基承载力不足和基础沉降对连续箱梁不利两个问题。为此，桥台方案如下：

3.1原已施工的4根桩基，因现场阻工并导致已开挖的桩孔坍塌，采用C15混凝土回填，故桩基底部可能会有素回填土，桩基本身会有断桩等情况。故须对桩基进行钻孔采样。根据采样的情况，在桩基底部与桩基断层部分采取压浆固结的方式，加强桩基竖向的承载力。压浆参数为：水灰比1：1，注浆压力0.5～1MPa。

3.2根据施工单位提供的挖孔记录，本次解放西路路面以下5.0～10.0m为粘土，粘土下面有3.0～6.0m为中风化岩层，岩层下面为高4m～9.5m流沙区域。根据地勘资料，粘土的地基承载力200Kpa，强风化岩层的地基承载力为300Kpa，不能满足桥台基础基底承载力要求，故须对桥台基础范围内的粘土层与强风化岩层进行注浆加固。

注浆采用钢花管注浆，注浆范围为扩大基础范围内，注浆孔间距1.5m，注浆深度范围为解放西路路面以下至中风化岩层顶面所有的黏土层和强风化层。钢花管采用钻机成孔，竖向插入钢花管，钢花管直径为Ф50×4mm。注浆由基础的一侧向另外一侧进行，地基注浆按固结钢管周围有限范围内土体设计，分段注浆，注浆参数通过试验确定，初步拟定注浆参数为：水泥浆水灰比为1：1，注浆压力为0.1Mpa～0.5Mpa，并在施工过程中根据现场实际情况调整水灰比和注浆压力，单根钢花管注浆有效范围不得少于1.3m。施工过程中钻孔施工严格控制机械振动、粉尘和噪音，确保对周围建筑物与环境的影响，注浆过程中观察洞内浆液流向，以便及时调整方案，同时加强对周边建筑物与解放西路地表沉降、位移观测。

注浆完成后，须在原桩孔及其他位置取试样以验证注浆效果。

3.3在注浆加固的地基上设置钢筋混凝土扩大基础，扩大基础厚2.2m，基础前趾襟边宽2m，以增加后期预压的堆码面积。在扩大基础上浇筑桥台及台帽。

3.4待桥台和台帽混凝土强度达到90%后进行预压。预压总荷载为上部结构（含二期恒载）自重和汽车荷载在桥台支座上的支反力的1.2倍，共计280t。

预压材料采用沙袋和吊车配重块，预压荷载尽量布置在桥台前墙、台帽及基础前趾襟边。预压前在桥台基础4角及4边的中点布设沉降观测点。预压过程中当加载至总预压荷载的0.3倍、0.5倍、0.8倍、1.0倍、1.2倍时量测观测点的沉降数据。加载完成后每天早、晚监测沉降观测点的沉降数据，直至沉降数据收敛为止，且观测时间不少于20d。

3.5预压完成后进行卸载，卸载完后按正常程序施工上部结构箱梁及铺装。

4.结果

根据预压和监测结果，预压荷载1天加载完成，第三天沉降已收敛，各测点累积沉降量在1cm～1.5cm，预压20d后按常规方法施工桥梁上部结构和二期铺装。并于2016年3月底施工完成经竣工验收后交付使用。截至目前，该桥已正常通车2年半的时间，未发现桥台和上部箱梁结构有开裂等异常现象发生。

5.结束语

贵阳市南明区五里冲片区市政路网建设工程遵义中路解放西路匝道一P14#桥台基础处理方案采用注浆加固表层低承载力土体和原作废桩基混凝土，并通过预压的方式消除或减少工后沉降并验证了注浆加固后的地基承载力，成功避免了桥台桩基难成孔和基础大开挖带来的不利影响，减少了工程投资，降低了施工难度，缩短了施工工期，并得到了较好的社会效益。

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