消除海上公路路堤側向位移對跨海大橋樁基不利影響的探索與實踐

楊俊

摘 要：臺州中心港區（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）地基沉降在不斷發展，由此引起的側向位移對橋梁樁基的不利影響是樁基安全最大的風險因素，直接影響到工程的質量與進度。通過多方論證，對橋梁上部結構、樁基結構、橋臺形式以及路基填料進行了方案調整，完成了疏港公路海上路基與跨海大橋過渡段的特殊處理，經過3年的運行表明橋樁及鄰近結構處于穩定狀態，水平位移及沉降監測數據顯示在環境等因素不發生大的改變的情況下，這種穩定狀態將持續保持。

關鍵詞：路基沉降；側向位移；樁基不利影響；特殊處理；結構穩定

1 工程概況

臺州中心港區（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，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、淤泥質黏土及粉質黏土，具有含水量大，壓縮性高，滲透性小的特點，物理、力學性質差，采用塑料排水板處理，深度30m，預壓期12個月。由浙江頭門港投資開發有限公司建設，浙江省交通規劃設計研究院設計，浙江省交通工程建設集團有限公司等單位參與施工。

圖1 項目位置示意圖

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

2 問題產生及方案比選

2.1 問題產生

路基從2010年8月開始填筑，并設置了沉降板進行觀測，至2011年6月填筑至3.0m標高，度過7～9月主汛期后，于2011年10月開始埋設深層測斜管及孔隙水壓力計，然后從2012年2月繼續開始填筑，至2012年12月填筑至預壓標高，進行等載預壓。

根據沉降監測可知，至2013年底，地基沉降仍在不斷發展，距離公路工程通用的沉降穩定標準0.2mm/d仍有較大差距，由此引起的側向位移對橋梁樁基的不利影響是樁基安全最大的風險因素，直接影響到工程的質量與進度。為保證頭門港區2014年的開港要求，根據項目的總體安排及橋梁工程施工組織計劃，急需對K6+914～K7+090路橋過渡段設計進行進一步的優化調整。

2.2 方案選定

我們委托浙江公路水運工程咨詢公司對上述基礎處理方案進行了計算復核，結論如下：

1）采用鋼圍堰處理方案，各墩臺的圍堰頂（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，側向位移值進一步減少，平均可再減少約12%。因此初審認為設計方案對降低圍堰（樁基）側向位移總量是有效的。

2）采用鋼圍堰處理方案，上部結構完成后各墩臺的樁頂側向位移或圍堰空腔底轉角位移均得到了一定程度的減少，側向位移平均減少幅度約31%，在采用組合方案后，側向位移和轉角位移進一步減少，可再減少約18%。因此初審認為設計方案對降低上部結構完成后的樁頂側向位移和圍堰空腔底轉角位移是有效的。

3）設置排樁的目的不僅僅是進一步減少側向位移，同時也考慮到巖土的各向異性，側向位移的運動方向并不一定如理論描述的順橋向，可能存在一定的偏角，導致鋼圍堰預留空間不足，采用排樁后，樁頂采用冠梁聯系，整體剛度大大增加，樁前軟土的側向位移無論何種方向作用于排樁上，均可轉化為大致的順橋向，從而能夠充分利用鋼圍堰的預留空間，進一步保證樁基的安全。

考慮到橋梁結構的特殊性，樁基一旦發生較大位移，將引起上部結構的開裂或破壞，而運營階段一旦發生病害，不僅造成公路中斷通行，而且社會影響很差，同時修復困難，因此，建議采用鋼圍堰+排樁組合方案.

3處理方案

由于建設期臺州灣海域沒有類似的工程參考僅依據沉降觀測資料尚不足以支撐樁周土體的位移發展預測，單一優化基礎處理方案對適應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，原設計標準在現行工程條件下偏高，嚴格按照該標準進行設防，不但工程技術難度極大，同時工程造價上也不經濟，基于“可維護、易修復”的使用原則，將原設計剛架橋（墩梁固結）調整為簡支結構，并結合基礎處理組合方案（鋼圍堰+排樁組合方案）將其樁基結構、橋臺形式以及路基填料進一步方案優化后。

4 運行監測及效果檢驗

4.1 監測及運行情況

項目于2014年10月完工，同期我們委托浙江省交通規劃設計研究院試驗中心對疏港公路試運行期間該段的水平位移及沉降情況進行了監測。

監測單位采用了固定式測斜儀和滑動式測斜儀相互驗證方式以更好地分析橋樁位移變形情況。通過采集到的數據形成“沉降—時間關系曲線”分析推斷出箱涵在道路試運行監測期內相對橋面發生了約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，收斂趨勢較明顯。監測過程中我們也發現箱涵路面與路基路面連接處有裂縫但無明顯錯臺無跳車現象，這顯示路基與箱涵之間應無明顯差異沉降。

監測單位的結論顯示：橋樁及鄰近結構處于穩定狀態，水平位移及沉降監測數據顯示在環境等因素不發生大的改變的情況下，這種穩定狀態將持續保持。

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計標準束縛，大膽提出了基于“可維護、易維修”的使用原則，將工程設計標準調整為滿足二十年一遇潮位及二十年一遇波浪組合。

通過多手段沉降預測和力學模型分析提出常規的鋼圍堰保護和排樁保護方案，最終將鋼圍堰+排樁組合方案用于實踐，有效解決了巖土的各向異性引起的側向位移方向不定性（側向位移的運動方向并不一定如理論描述的順橋向，可能存在一定的偏角）對樁基的影響；并將原設計剛架橋梁板調整為簡支結構，采用空心板，以更能很好地適應可能發生的大變形，有效解決了設置大直徑鋼管圍堰后，圍堰內鉆孔樁外側無土體約束，樁基自由長度加大與剛架結構梁體對位移極為敏感的矛盾，同時采用不銹鋼錨釘固定以抵抗在極端不利的情況下產生的海浪對空心板梁的浮托力。

5 結語

路橋過渡段處理一直是行業中不易解決的難題，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措施，因其沉降期對土體的位移發展難以精確預測，不利于工期和質量控制。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踐證明了本方案確實是成功的，我們也將繼續對該部位進行不定期的觀察，收集更為詳實的數據，為日后類似海上道路工程提供借鑒。

參考文獻

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[2]嚴飛淞.陡坡地段橋梁樁基的側向反應和系統穩定性研究[碩士學位論文].華南理工大學，2006.

[3]廖顯東.高填土路基對橋臺樁基作用研究[碩士學位論文].同濟大學，2007.

[4]朱中發.新吹填區對已建橋梁樁基作用機理的研究[碩士學位論文].東南大學，2014.

（作者單位：浙江頭門港投資開發有限公司工程技術部）