不均勻地基區域舊橋擴寬設計和基礎施工管控

王 煒 趙華耕 趙群威

（湖北省黃黃高速公路管理處 武漢 430074）

黃（石）黃（梅）高速公路于2000年1月正式貫通，路線全長142 km，是湖北省境內通車較早的高速公路之一。該高速公路自開通運營以來，車流量逐年遞增，現已趨于飽和，節假日等出行高峰時段擁堵時有發生。黃黃高速公路在路網規劃上目前不具備全線擴寬的條件，所以進行重點路段改擴建不僅必要，而且非常緊迫。

1 工程項目概況

黃黃高速公路（編號G50）赤東湖中橋位于湖北省黃岡市蘄春縣，中心樁號K756＋400，跨越205省道，是進出黃黃高速公路二里湖服務區的樞紐。由于二里湖服務區是鄂東片區效益最好的服務區，24 h超負荷運轉，致使服務區前后兩公里成了黃黃高速公路最容易發生車輛擁堵的路段之一。因此，該路段改擴建非常有必要，而赤東湖中橋作為該路段的樞紐，則是整個改擴建項目的控制性工程。

赤東湖中橋擬擴建區域屬長江III級階地垅崗地帶，原始地貌標高在49.61～52.81 m之間，場區覆蓋層與32 m，表層為雜填土，其下為第四紀中晚更新世（Q4）的沖洪積粘土及中粗砂混粉質粘土，下為志留系粉砂質粘土（S）。其中，表層雜填土結構松散，成分不均勻，下層粘土強度均較低，壓縮性高，均不能作為持力層；而19.2 m以下粘土層和中粗砂混粉質粘土層強度高，壓縮性低，可以作為持力層。盡管場區無活動性斷裂通過，無巖溶等不良地質作用和地質災害，但是場地內持力層坡度局部大于10%，可視為不均勻地基土。不均勻地基表示在選擇建筑地址時遇到的一種不理想的地基情況，指地基的承受力不均勻，不一致，給建筑造成影響，一般工程都應避開這種地基［1］。但本項目受線性的制約，必須在不均勻地基土區域內實施舊橋擴寬工程，因此解決不均勻地基土問題是赤東湖中橋擴建的難題之一。

2 舊橋擴寬面臨的問題及技術難點

由于擴寬的新橋部分和老橋部分在建設時間上跨度較長，面臨的問題主要包括老橋部分的損壞、新橋部分由于設計標準變化引起設計認知方面的不足、新老橋部分銜接部位的處置等等。黃黃高速公路建于20世紀90年代，通車運營10多年來，橋梁的設計方法和設計標準在不斷的發展和變化，按照舊的設計規范，無論是舊橋的橋梁結構形式、構件的施工方式、橋梁截面形式等，與現行規范均有或多或少的差異，因此出現了依據舊規范設計的舊橋部分如何與依據新規范設計的擴寬部分銜接的問題。此外，舊橋部分經過10余年的超負荷使用及交通碰撞事故、環境的惡化，化學腐蝕以及周邊出現不均勻沉降等，都使舊橋產生損壞，承載能力下降，與剛剛建成時的狀態有很大差別。

由于老橋部分的建設標準落后，工程實體受到損壞，致使各項功能降低，而新橋部分依據新標準建設，建成后的工程實體處于較理想狀態。因此，新老橋兩部分如何銜接是舊橋加寬工程面臨的最主要問題。主要表現為橋梁加寬改建后，新舊主梁之間存在縱向收縮變位差，連接后新梁的收縮必然引起新、舊梁的彎曲變形。新、舊梁中的收縮應力又使混凝土發生徐變，從而引起新、舊梁中的混凝土應力重分布。改造后的橋梁混凝土收縮徐變效應會使新梁產生縱向拉應力，混凝土的收縮變形可能會很大，若產生的應力超過混凝土的抗拉強度會引起主梁橫向開裂。由于舊梁對新梁收縮的約束作用，在新、舊混凝土梁之間的連接處也會產生較大的剪應力，若超過混凝土及鋼筋的抗剪強度，會在連接處出現縱向裂縫，從而影響加寬后整個橋梁的安全性和耐久性。

由于赤東湖中橋處于不均勻地基土區域內，且表層為雜填土，雜填土下土層為強度低、壓縮性高的軟弱粘土，最淺的持力層也在16 m以下，且區域內持力層頂面不均勻，因此，后期引起的差異沉降對本項目新老橋兩部分的銜接要求更為嚴格。

3 舊橋擴寬工程設計對策

3.1 舊橋加寬設計前注意事項

（1）加寬設計方案的選用。應該考慮耗費少、工期短、不中斷交通、技術上可行，以及有較好耐久性等方面的要求。

（2）加寬方式?？紤]舊橋現狀、承載能力減弱的程度以及日后交通量。如果舊橋已經平穩使用了多年，舊橋的結構形式是穩固的，橋梁加寬工程可以沿用原結構形式；當情況較復雜時，則必須考慮更改結構形式。

3.2 舊橋擴寬設計方法［2］

（1）橋梁邊側增設鋼筋混凝土懸臂挑梁或增設邊梁或邊拱，即：“上構連接，共用下構”。這種方法的優點是施工簡便，不必擴寬橋墩，加固工作量??；但缺點是舊橋橋墩、橋臺及基礎必須完好，能夠滿足擴寬甚至提載的要求。

（2）舊橋單側或雙側增加基礎、橋墩臺及梁板、橋面鋪裝等，即：“上下均連或上連下不連”。這種方法主要針對使用年限長，已經達到設計負荷沒有提載空間的舊橋。但是這種方法面臨最大的難題就是新舊橋部分搭接的處置問題。

（3）新橋部分和舊橋部分按照獨立橋梁進行設計，即：“上下均不連”。這種擴寬方法適合舊橋已成為交通“瓶頸”，但是擴寬施工中不能中斷交通的舊橋。可在舊橋的一側或者兩側按照獨立橋梁進行設計，建成相對獨立的兩個體系。

綜上所述，要避免舊橋部分與新橋部分的搭接問題，較好的辦法是第三種，尤其適用于不均勻地基土。

3.3 舊橋部分的技術狀況分析及設計理念

按照該路段線性設計，赤東湖中橋加寬為單側擴寬。在設計方法選擇上，本項目改變了整體式橋梁板的設計理念，結合赤東湖中橋的實際地形條件，提出將原有舊橋擴寬部分做成分離式斷面。即：“上下均不連”，做成相對獨立，橋梁部分完全斷開的“新橋”，高速公路主線部分的新老部分，只需要在引橋處的路基位置做好搭接即可。

經過對二里湖服務區前后2 km的線性走向進行反復分析，考慮到滿足各類技術指標等問題的基礎上，認為赤東湖中橋擴寬部分做成分離式斷面的設計理念是完全可行的。這樣既避免了新舊主梁之間接縫處理的技術難題，又避免了新舊橋梁部分的差異沉降問題。見圖1。

圖1 赤東湖中橋加寬設計方案

本項目在設計理念上將新、舊橋設計成各自受力明確、互不影響的兩部分，避免了新老橋搭接處置的技術難題，降低了施工難度，解決了不均勻地基土對新老橋兩部分差異沉降的影響。原赤東湖中橋與新橋部分之間最大寬度為60 cm，不僅沒有橋面瀝青混凝土鋪裝層攤鋪問題，舊橋部分也不用重新考慮標線及標志標牌等等。按照設計，赤東湖中橋舊橋部分的設計荷載為汽超－20，掛－120，橋面寬度為24.5 m。橋梁上構采用預應力鋼筋混凝土空心板梁，下構采用柱式橋臺、薄壁墩，基礎采用擴大基礎和鉆孔灌注樁基礎。

3.4 新橋部分的技術分析與評價

（1）設計規范的采用。由于新舊橋不存在搭接問題，在新橋設計中除了主線路基接縫處考慮主線的影響外，橋梁上構與下構設計采用的規范可以不考慮舊橋的影響，在設計中采用的規范可以完全是現行的技術規范。

（2）本項目設計技術標準及主要材料選用。本項目采用荷載等級為公路－I級；擴寬部分的全橋面寬度8.5 m，橋面凈寬度為7.5 m；地震動峰值加速度系數≤0.05；設計基本風壓350 Pa；豎曲線半徑為2 169 m；橋面橫坡為單向2%。其中預制空心板、封錨端、現澆連續段、鉸縫和橋面現澆層均采用C50混凝土；封端混凝土采用C40混凝土；橋面鋪裝采用瀝青混凝土。普通鋼筋采用HRB335鋼筋；預應力鋼筋采用抗拉強度標準值fpk＝1 860 MPa，公稱直徑d＝15.24 mm 的低松弛高強度鋼絞線。伸縮縫采用D80伸縮縫，橋臺采用四氟滑板橡膠支座，連續墩采用普通橡膠支座。

（3）新橋部分的構造。赤東湖中橋擴寬部分的橋梁跨徑與舊橋一致，均為4×20 m，全長86.08 m。上部構造采用預應力混凝土空心板，結構體系為先簡支后結構連續；下部構造按徑向布置，橋臺采用肋板式橋臺配樁基礎，橋墩采用柱式橋墩配樁基礎。上部空心板為等高斷面，邊梁頂寬174.5 cm，底寬124 cm，懸臂長50.5 cm；中梁寬124 cm，鉸縫寬1cm，共6片梁。橋墩為雙柱墩，柱徑直徑1.3 m，橋墩基礎采用鉆孔灌注樁基礎，樁徑1.5 m。橋臺采用肋板式橋臺，鉆孔灌注樁基礎。

綜上所述，新舊橋上構與下構均斷開的設計方案，在設計上消除了新舊橋之間的影響，簡化了施工程序，避免了新舊橋連接的技術問題和不均勻地基土的影響。但是，在汽車活載作用下，兩橋主梁產生不均衡撓度以及新橋大于舊橋的后期沉降，可能會造成連接部位瀝青鋪裝層破壞，形成縱向裂縫，影響行車舒適性、安全性和橋面外觀。

4 舊橋擴寬基礎施工階段的管控

對不均勻地基的處理方法一般包括樁基礎、利用上覆土、換土、梁板跨越不均勻地基土區域等方法。本項目上覆土為雜填土，承載力不夠，不能采用；軟基深度較深，換土工程量過大，不能采用；不均勻土區域過大，也不能采用梁板跨越的方式。因此，本項目只能用爆擴樁、灌注樁，打入樁等穿過軟弱土層，將基礎支撐在堅硬土層上，使構造物的沉降差滿足設計要求，這種方法能同時取代或減少地基處理和開挖基坑的土方工程，可以節約人力和縮短工期。本項目在設計上雖然避免了新老橋兩部分的差異沉降，但是新橋部分處于不均勻地基土內，施工階段也要引起高度重視。

4.1 鉆孔灌注樁施工過程控制

鉆孔灌注樁作為一種基礎形式以其適應性強、成本低、施工簡便等特點仍將被廣泛地應用于公路橋梁領域［3－4］。本項目橋墩基礎采用鉆孔灌注樁基礎，樁徑1.5 m。

（1）施工前的準備。①嚴格審核施工方案。根據設計圖紙、地質報告等，審查施工方案的編制依據、流程、技術指標、安全措施等內容；②根據審批的施工方案檢查施工準備情況。檢查灌注樁使用水源、做好導管的水密性承壓試驗、灌注混凝土的料斗尺寸、原材料質量檢測；③嚴格下樁前的檢查。檢查樁位的偏差、鉆機就位前護筒埋設高度、位置；鉆機就位后水平、穩固情況；鉆桿應保持鉛錘線，成孔時應抽檢進出泥漿指標，發現超標時及時調整。

（2）施工質量控制要點。本項目采用旋挖鉆機成孔工藝，為了保證旋挖鉆機成孔質量及灌注混凝土質量，在樁基施工時應注意控制以下環節。

①埋設護筒的質量控制。埋設護筒時應通過定位的控制樁放樣，同時用水平尺或垂球檢查，保持護筒垂直。在護筒周圍對稱、均勻地分層回填黏土并分層夯實，夯填粘土時要將護筒偏斜置放。

②泥漿性能指標的控制。本項目基礎鉆孔灌注樁樁長最短都超過16 m，穿越5個土層。在樁孔施工中應根據出渣情況判斷土層結構，并及時合理地調整泥漿性能指標保持孔內水頭高度，盡量減輕沖液對孔壁的影響，同時降低鉆頭轉速和鉆壓以滿足施工質量控制要求。

③合理控制鉆頭的升降速度。由于本項目處于不均勻地基土，土層常常是由不同成分、不同構造軟硬不同的土層所組成。在不同土層中進尺時，要合理控制鉆頭的升降速度，以確保成孔質量。在有漿鉆孔時，鉆頭的升降速度可按表1控制。

表1 鉆孔樁樁徑－鉆頭速度對照表

④鋼筋籠加工質量控制。鋼筋籠加工的尺寸偏差應符合施工技術規范的要求。鋼筋籠制作完成后應進行檢驗，每根樁的鋼筋籠均應進行質量檢驗。

鉆孔灌注樁的整個施工過程都是隱蔽工作，每道工序都必須從嚴要求。尤其是不均勻地基土區域內施工，要切實保證施工質量，任何一道工序出現問題都將帶來嚴重的后果。

4.2 其他注意事項

（1）放線與控制點復核。積極與當地土地管理部門聯系，聘請專業的測繪機構由高級控制點向施工現場引控制點6個，控制點為C1級，并由這些控制點再進行加密，以指導施工放樣。

（2）試驗室的選擇。本項目采取委托有資質和經驗豐富的專業檢測機構和實驗室全過程跟蹤監測。

（3）擴寬工程實施前的保通方案報批。高速公路舊橋擴寬必須是在不中斷交通的前提下進行。在橋梁擴寬工程施工前制定科學嚴謹的工程保通方案。①切實制定可行的改擴建工程保通方案，明確規定封閉的路線里程、時間，以及封閉期間社會車輛的行駛路線，施工車輛的行駛路線等等，務必做到互不打攪；②要積極聯系相關管理單位，積極主動到高速公路交警大隊、路政執法大隊等管理部門辦理相關審批手續，爭取社會各界支持；③要在正式施工前至少20 d，在公眾媒體上發布封閉施工的信息，并確保按期恢復交通，以爭取受影響的社會人員的諒解［5］。

5 結語

通過黃黃高速公路赤東湖中橋設計階段對不均勻地基土處置的應對措施和施工前期及基礎施工階段的嚴格控制，擴寬部分的工程質量控制，技術狀況良好。本項目的成功經驗，對確保高速公路舊橋擴寬工程質量、進度、投資、安全等目標有明顯的效果，為提高高速公路改擴建工程建設水平提供了成功經驗。

［1］ JTJ023－85公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.北京：人民交通出版社，1985.

［2］ 蒙 云.橋梁加固與改造［M］.重慶：重慶交通學院出版社，2004.

［3］ 王建清，翁文浩.公路橋梁鉆孔灌注樁施工工藝及質量控制［J］.科技創新導報，2009（13）：107.

［4］ 魯海潮.橋梁鉆孔灌注樁施工質量控制探討［J］.交通科技，2007（1）：37－39.

［5］ 黃黃高速公路管理處.黃黃高速公路二里湖服務區改擴建工程五標保通方案［Z］.武漢：黃黃高速公路管理處，2012.