橋梁工程地基加固方法探討

袁新利,黃松雄

(湖南路橋建設集團公司)

1 引 言

橋梁結構是通過橋梁基礎與地基共同作用來承擔橋梁結構的上部荷載。當橋梁結構地基的承載力不足或沉降過大不能滿足要求時需要進行地基加固處理。近二十年來,地基加固技術得到了很快的發展,新材料、新工藝、新理論不斷出現,應用于工程實踐中也取得了很大的成功。但從其原理來說可以分為兩大類,一類是提高土體的密度,一類是用其他材料來代替軟弱土,或摻和、打入到土體中。

提高土的密度是最古老的一種方法,而有時卻是最經濟有效的一種加固方法。當壓密土體不能達到預期的加固效果時,用其它材料代替軟弱土就是必要的手段。如換土墊層法,石灰樁、水泥攪拌樁等。

2 常規地基處理方法

(1)換土墊層法適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理。其主要作用是提高地基承載能力,減少橋梁上部結構的不均勻沉降。

(2)水泥攪拌樁。此方法主要適用于處理淤泥,淤泥質土,粉土,砂性土,泥炭土等各種成因的飽和軟粘土,含水量較高且地基承載力標準值不超過 120kPa的粘性土地基,其可以最大限度的利用原狀土的承載力。水泥攪拌樁可以形成防滲帷幕,并具有施工工期短、無公害、成本低等優點。

(3)振沖碎石樁適用于處理砂土、粉土、粉質粘土、素填土和雜填土地基,其樁體與原來的軟土組成一個整體,共同承受外部荷載。采用碎石樁加固地基可以提高地基承載力,減小地基沉降。因為碎石樁本身的抗剪強度大于軟土的抗剪強度,同時軟土與碎石樁合成的勾合體,其抗剪強度增大,從而使地基整體的抗剪性能得到很大的提高。另一方面,由于碎石樁的透水性較好,因此地基的排水性能得到了很大的改善,這為加速軟土地基固結,減小橋梁地基工程沉降提供了重要的條件。

(4)砂石樁主要適用于砂土及素填土、雜填土地基,主要領先樁的擠密作用和在施工中的振動作用,使樁周圍土的密度增大,從而使地基的承載能力提高,壓縮性降低。砂石樁在松散砂土和粉土地基中的作用可以概括為:擠密作用、振密作用、抗液化作用。在粘性土地基中的作用可以概括為置換作用、排水作用。

(5)灰土擠密樁適用于處于地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基,可處理地基深度達 15m以上。灰土擠密樁主要適用于消除大厚度黃土地基的自重濕陷性,可以利用成孔側向擠密,回填重錘夯實,使處理深度大大提高。當地基土的含水量大于 24%,飽和度大于 65%時,不宜采用這種方法。

(6)強夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基。強夯法加固地基后可以提高地基承載力達 4倍以上,其加固影響深度可達 10m,可以消除地基土的液化與黃土的濕陷性。

3 特殊地基處理技術

3.1 軟硬不均地基

對于某些橋梁墩臺的擴大基礎,基底設計標高處會出現地基土風化不均勻的情況。此時應首先根據現場檢查基坑開挖時是否及時進行了基坑截排水,如設排水溝、豎井集水抽排等,否則,應要求現場先完善截排水再結合情況進行處理。一般可以分為三種情況處理。

(1)當墩高小于 20m、跨度不大,相對軟弱部份占基底面積較大、風化界面產狀陡傾或垂直,軟硬部份基巖承載力差別不大時,可按相對較軟巖層的容許承載力進行基礎加固處理。

(2)當相對軟弱部份占基底面積不大且厚度較小時,可以采取在基底設置墊塊的辦法,將基礎置于較好的巖層上。

(3)當墩高較大,相對軟弱部份厚度大,風化界面傾斜時,宜考慮將擴大基礎改為樁基礎或半樁式基礎,要求樁端須置于較好的巖層內,以策安全。

3.2 巖溶地基的處理

(1)樁基礎。

樁坑開挖至設計樁底標高出現溶蝕空洞時,巖溶發育規模不大,盡量采取釬探等乎段查明巖溶底板埋置深度,若釬探無法查明,又無條件及時進行地質鉆探的工點,應單選其中一根孔樁繼續下挖,查明空洞發育情況后再進行處理,優先考慮按原位加長基樁穿過溶蝕空洞進入完整基巖,并進行樁基檢算,當承載力、位移等不滿足要求時(一般情況下按樁頂位移控制計算),應設法原位利用己開挖的孔樁,采取擴大樁徑等乎段提高基樁剛度,盡量避免將己開挖的樁孔報廢,多次擾動樁側土體的方案;萬不得己時,方可采取擴大樁間距或加樁的措施。

挖孔樁基礎樁孔開挖時,在設計樁底標高以上出現溶蝕空洞,導致孔樁難以完整連通,部份樁身失去樁側土抗力,降低基樁承載能力。施工處理時,一般采取對樁身進行圬工包護,包護最小厚度不得小于1.0m。

(2)擴大基礎。

當設計基底標高處基巖溶蝕高差小于 1.0m,溶溝、溶槽寬度1.0～2.0m左右,深3.0～4.0m,產狀垂直,對地基的承載力及穩定性影響不大的,則清除溶槽、溶溝內的軟弱充填物后,以漿砌片石或 C20片石混凝土進行填塞處理。

設計基底標高處溶蝕裂隙寬度在 1.5～2.0rn,貫通性好,產狀垂直且發育深度大,難以完全清除充填物進行換填處理,但裂隙兩側基巖完整者,則用 C20片石混凝土換填 2.0～3.0m深,然后在基礎底部設置鋼筋網或平鋪鋼軌跨過裂隙,必要時設置鋼筋混凝土地基梁跨過。

3.3 基坑涌砂的處理

基坑涌砂,一般采取噴射混凝土護壁的方法。首先應控制基坑每個循環的開挖深度不超過 1.0m,以0.4～0.6m較合適,先挖中間部份起到集水作用,逐漸往四周擴挖,然后在涌沙的坑壁附近由外向單打入木樁,以草袋或片石填塞,再噴射 10～20cm混凝土封閉,必要時于噴層后壓注水泥、水玻璃漿液止水。

4 特大型橋梁基礎

4.1 一般偏位

一般偏位在下沉初期入泥深度較小時進行糾正,入泥深度越小糾正就越容易、糾正的速度也越快。糾正方法如下。

(1)收緊偏位反方向的下拉纜和水平拉纜或邊纜;

(2)通過在偏位側的吸泥,使沉井在纜索拉力的作用下,逐步向正確方向移動,直至偏差完全糾正。

4.2 嚴重偏位

鋼沉井著床后,由于定位偏差太大,如果靠糾偏措施很難保證其準確回復到設計位置。發生這種偏位時,一般采取將鋼沉井重新浮起后,重新精確定位著床。在鋼沉井下沉著床過程中,應嚴格控制注水量,使沉井穩步下沉,以便及時進行糾偏,防止嚴重偏位的情況發生。

4.3 沉井扭轉

沉井在著床時的扭轉往往是因為錨碇系統拉纜張拉力不均衡、斜向水流力的作用等原因造成。

沉井的整個著床全過程,必須由測量進行動態監控,一旦出現沉井扭轉,應立即停止注水,并進行詳細觀測,確認沉井實際扭轉方向及角度。

4.4 沉井傾斜

沉井在著床時,如果加載不均衡、錨碇系統拉纜張拉力不均衡、河床不平整時,很容易發生傾斜。

沉井傾斜度不大時,可以通過對沉井刃腳局部吸泥進行糾正。糾正困難時,還可利用沉井下拉纜進行輔助糾正。傾斜度較大時,應立即浮起,調整沉井姿態后重新下沉著床。

5 結 語

橋梁的地基處理是一個十分復雜的體系,要根據具體的地質條件合理的選擇處理方法,在處理過程中還需要綜合考慮橋梁對地基要求、建筑結構類型和基礎型式、周圍環境條件、材料供應情況、施工條件因素。

[1] 周申一.沉井沉箱施工技術[M].人民交通出版社,2005.

[2] 馮麗娟.特殊地基橋梁基礎處理技術[J].路基工程,2006, (2):106-107.

[3] 龔曉南.復合地基設計和施工指南[M].人民交通出版社, 2003.

[4] 宣道光,吳繼民.軟土地基上高速公路橋梁典型病害的處治與加固[J].公路,2004,(9):167-177.

[5] 段良策.沉井設計與施工[M].同濟大學出版社,2006.

[6] 夏衛,蘇洪雯.海口世紀大橋主墩沉井施工[J].橋梁建設, 2002,(2):56-59.