桥梁基础施工技术要点分析

2018-12-27史佳琪

山西建筑 2018年34期

史佳琪

(山西远方路桥(集团)有限责任公司，山西大同 037006)

1 概述

桥梁基础大多可视为群桩基础，由摩擦端承桩和承台组成，在上部结构的竖向荷载作用下，桩、承台、土体相互作用产生沉降，是一个十分复杂的过程。许多因素都与沉降有关，包括桩的几何尺寸，成桩的施工工艺，土体的性质条件，外部荷载情况等。因而与单桩沉降对比，群桩沉降的计算更为繁琐，一般来说，单桩沉降远小于群桩沉降，其中单桩沉降主要取决于桩身的摩擦力，而群桩沉降主要取决于地下土质，除此之外，单桩沉降还取决于桩身形状，然而，桩身形状这一要素却与群桩沉降没有直接关联。

群桩受到竖向荷载产生沉降的作用机理主要是：首先群桩承台受到的竖向荷载通过桩的侧摩阻力和端承力进行传递，传递给桩下部的地基土和相邻桩，两种力在传递的过程中会发生应力重叠，从而影响桩和地基土的受力情况。桥梁桩、承台以及地基土之间的作用关系受到承台以和地基土相互间摩擦力的影响。承台一定程度上阻碍了桩的上部与地基土的相对位移，使得桩的侧向摩擦力减少，也变更了其中力的传递程序，在竖向作用力不断变大的情况下，侧向摩擦力的发挥区域由桩的中下部逐渐向上下两个方向传递。同时，承台与地基土的接触应力对桩的侧摩阻力和端承力有所影响，改变了地基土和桩的受力性状。因此，群桩基础的受力情况，相比单桩承台来说，更加的复杂。

一般来说，群桩沉降变形中，变形最为明显的位置涉及到桩与桩之间土体的压缩以及变形，还涉及到桩顶下部土体的压缩以及变形。群桩沉降量为上述两种压缩以及变形的总和。在我国现阶段的基础沉降依据规范中的分层总和法计算。

2 桥梁基础沉降计算方法

目前国内对于群桩基础的沉降变形研究还具有一定的局限性，其中在基础沉降计算中综合考虑多重因素的计算方式较为罕见，现有的一些有具体计算思路的方法均是基于不同的出发点，基于一定的简化和假定所提出的，具有一定的局限，以下做简略介绍。

2.1 等代实体深基础模式法

这种计算方法是将桩基础视为实体深基础，当外荷载N>抗剪力T时，基础产生较大的剪切应变，此时群桩周围土体和桩间土的整体性遭受破坏，依靠土体的残余抗力抵抗基础沉降。抗力总和即总抗剪力，表示为T。

2.2 等代墩基计算方法

假设在单桩全长或者群桩部分桩长范围内均不存在土体位移情况，也就是说，在等代墩基范围以内，桩间土体无位移或者变形，类似于实体墩基的沉降量计算法，其与浅基础沉降量计算法也比较相似，计算方法可以归纳为以下两类：1)忽略桩间土体压缩以及变形量，将等代墩基底部置于桩体顶部位置，并假设桩体地基变形100%由地基整体压缩变形引起。2)将桩间土体压缩以及变形量考虑在内，将等代墩基底部置于桩体顶部位置，视桩间土体压缩以及变形为整体变形的一部分。

3 桥梁基础沉降的控制方法

一般来说，在桥梁工程中，控制桥梁基础沉降最好的方法就是进行地基处理加固。在实际工程中，桥梁基础的持力层经常是压缩性比较大的软弱土层，以淤泥、淤泥质土为主。这类软弱土的土体形式基本上以细小颗粒为主，大部分具有软塑和流塑的形式，孔隙比基本上都大于1。一般淤泥的孔隙比要大于1.5，淤泥质土的孔隙比在1～1.5之间。软弱土的分布主要在我国的沿海以及内陆的地区。在工程上习惯把土体质量很差且土质条件接近于淤泥质土的软粘性土统称为是软弱土。此类软弱土都具有一些共同特性，例如高含水量、高压缩性、高灵敏度、强度比较低、透水性较低以及密度较低[3]。

地基处理就是通过采用一定的措施提高软弱土的压缩性和承载能力，减少地基沉降。地基处理按不同的作用机理可以分为换土垫层法，挤密压实法，排水固结法，搅拌桩法，灌浆胶接法等等[4]。

4 工程实例分析

4.1 工程概况

某高速公路工程位于山西北部，其中某桥墩采用圆端形实体墩，桥墩下部采用长度达25 m摩擦桩形式的钻孔灌注桩，共计8个桩，直径为1 m。桩底土层为云母石英片岩且桩底承载能力为σ0=450。桥墩下部钻孔灌注桩采用冲击钻成孔，桥墩于施工完成后，箱梁架设时发生沉降。

4.2 工程地质情况

各岩土层的主要特征自上而下叙述如下：

第⑥1层强风化石英闪长岩(J3h)：紫红色，原岩结构构造已遭受破坏，岩石已强烈风化为碎石状，岩芯破碎，锤击声脆，用手不易折，风化蚀变较强烈。风化程度差异性较大。层厚2.00 m～2.50 m，层顶埋深15.90 m～16.70 m。

第⑥2层全风化石英闪长岩(J3h)：灰绿色，见云母片，原岩结构较清晰，致密，岩芯呈短柱状，较破碎，中细粒状结构，块状构造，风化裂隙和构造裂隙一般发育。钻孔岩芯采取率在65%～90%，岩石RQD指标约40%～50%，岩石饱和单轴抗压强度46.30 MPa～67.0 MPa，平均值为56.6 MPa，系较硬岩，岩体完整程度属较破碎，岩体基本质量等级为Ⅳ级。该层仅局部控制，层顶埋深17.90 m～19.20 m，揭露层厚6.30 m。

4.3 桥梁沉降要因探究

项目桥梁在箱梁施工完成后以及试运行之前，某桥墩发生严重沉陷，且沉陷量超过了相关规范限值，此时如果不实施相应的整改策略，则会严重危害项目桥梁的工程安全性，导致桥梁难以正常运行。经研究可知导致桥梁基础沉陷的要因众多，主要原因有以下两点：

1)施工桩基过程中质量管理不严格，当在打桩过程中发现勘察资料异常后没有及时提出，同时也没有采取相应处理措施，导致施工完成后留有隐患。2)第二个要因是指地质勘察材料与实际不符，依据对项目桥梁沉陷桥墩附近土质的补充勘察得知，桥梁桩体底部位于全风化的土层地质之中，有别于原有的勘察材料。

4.4 桥梁沉降处置措施

据现场资料得知，项目桥梁的基础沉降远超规范限制，总量约59.8 mm，结合实际情况，给出了两种桥梁沉降处置措施并予以比较研究。

1)处置措施一：下部增设承台法。下部增设承台法即在旧有承台下部补充设置承台，厚度为2 m，同时沿着顺桥方向在旧有承台纵向两侧2.4 m距离内前后各增加3根桩径1.0 m的桩。增补承台与原承台采用植筋连接。沿着顺桥方向在旧有承台下部补设6根40a工字钢，有效实现新旧混凝土的连接。优势如下：一是新增承台与旧有承台连接牢固，整体性好；二是新增承台与旧有承台相互间作用力合理，结构更可靠。不足如下：土方作业量大且旧有承台下部埋设钢筋难操作。

2)处置措施二：上部增设承台法。在原承台前后各2.4 m距离内增设新下部承台，此外在上述距离以内纵向两侧各增设3根桩，直径均为1.0 m，新下部承台与旧有承台间埋设钢筋，旧有承台上部增设厚度2 m的新上部承台，新上部承台与桥墩间埋设钢筋，保证连接牢固。优势如下：一是土方作业量不大，对周围环境影响小；二是新增承台与旧有承台间埋设钢筋容易操作。不足如下：新增承台与旧有承台间混凝土的连接不牢固；桩基承载能力不佳。通常来说，面对施工进程中发生的基础沉降现象，往往实施“下部增设承台”的处置措施，而面对运行进程中发生的基础沉降现象，往往实施“上部增设承台”的处置措施。