公路橋梁軟弱地基加固措施研究

郭 賓

(山西路橋建設集團有限公司公路工程總承包分公司，山西 太原 030006)

1 概述

隨著經濟的發展，城市化過程的推進，交通發展越來越快，對城市、公路橋梁的地基承載能力要求也越來越高，若對地基不進行必要的相關處理，可能會導致基礎下沉和不均勻沉降等問題的出現，以及由此出現的橋梁結構受扭過大，搭板斷裂等現象[1]。因此，探究對道路橋梁的不均勻沉降的施工改進具有重要的現實意義。

導致橋梁路基路面沉降的因素很多，如設計不合理、施工未達設計要求，以及橋臺背填土的壓實度不達要求等[2]，這些可以通過對技術人員進行相關培訓和提高機械化作業來提高。

而在軟土地基中，對地基進行有效的施工加固，控制沉降變形量，成為解決道路橋梁不均勻沉降的有效方法[3]。因此，本文以山西某橋梁沉降病害成因分析及施工改進技術研究為依托，針對橋梁的不均勻沉降的綜合處治技術進行研究，這對相似工程具有重要的參考價值。

2 不均勻沉降的理論計算

以圖1的兩跨連續橋為例，基礎不均勻沉降引起的內力求解如式(1)所示。

(1)

δ11(X1t+X1d)+Δdp=0

(2)

δ11X1d+Δdp=0

(3)

代入式(2)，可得式(4)：

δ11X1t+X1dΔ1p=0

(4)

其中，X1dΔ1p為基礎不均勻沉降時導致的彈性內力到t時刻時，贅余力方向上的徐變變形。

3 軟土地基加固實驗

3.1 工程地質條件

第四系人工填土:

雜填土①-1：層厚2.90 m～13.00 m，層底深度為2.90 m～13.00 m，層底標高769.70 m～781.90 m。

素填土①-2：Ⅱ級普通土。

黏質粉土②-3-1：實測標貫擊數為2擊～8擊，靜力觸探錐尖阻力值為0.51 MPa～1.01 MPa，平均值為0.85 MPa。本層土的OCR值為0.90～1.05，為正常固結土。Ⅱ級普通土。

粉質黏土②-2-1：褐黃色，以軟塑為主。實測標貫擊數為3擊～7擊，靜力觸探錐尖阻力值為0.67 MPa，本層土的OCR值為1.01，為正常固結土。Ⅱ級普通土。

3.2 軟土地基實驗設計方法

地基采用塑料排水板進行改善處理，塑料排水板用插板機插入軟土地基，在上部預壓荷載作用下，軟土地基中空隙水由塑料排水板排到上部鋪墊的砂層或水平塑料排水管中，由其他地方排出，加速軟基固結。在軟土地基處理中，塑料排水板的作用設計，施工設備基本與袋砂井相同。

塑料排水板加固軟土地基的優點:1)濾水性好，排水暢通，排水效果有保證。2)材料有良好的強度和延展性，能適合地基變形能力而不影響排水性能。3)排水板斷面尺寸小，施打排水板過程中對地基擾動小。4)可在超軟弱地基上進行插板施工。5)施工快、工期短，每臺插板機每日可插板5 000 m以上，造價比袋砂井低，對于深厚的軟土地基采用排水固結法進行加固時，從技術和經濟上考慮，采用排水板幾乎是唯一經濟、有效、可行的方法。

地基采用塑料排水板進行改善處理時，呈正方形進行布置，間距取2.5 m，打入地面6.5 m左右。在地表處，鋪設1 m厚的石屑、砂子混合物，并在上面布置6層竹排，層距0.8 m。竹排交叉處用鐵絲進行綁扎處理，具體情況如圖2所示。

將孔壓計和沉降杯集中布置在三個平面，其中孔壓計的埋設深度為1 m,3 m和5 m，用來觀測孔隙水壓力和沉降。

3.3 實驗結果分析

孔隙水壓力監測結果及分析如下:

孔隙水壓力—時間—荷載關系如圖3所示。由圖3可知，隨著荷載的逐漸增加，孔隙水壓力也在增大，并且荷載加載速度越大，水壓增加的也越快。當荷載最終停止時，孔隙水壓力也會隨著時間的推移逐漸消失。由此可見，孔隙水壓力與荷載大小，荷載加載速度都有關系。但除此之外，實測孔壓的規律性并不明顯，究其原因，主要是實測孔隙數值是孔隙壓力的增長與消散兩個過程共同作用的結果，因此，本文從實測孔隙水壓力排除孔隙水壓力的消散作用結果的數值來得出相應的孔隙水壓力增長規律。具體是通過各級荷載下孔隙水壓力累加來解決這個問題。具體如圖4∑ΔU—∑ΔP關系曲線所示(其中，∑ΔU為孔隙水壓力增量累計值;∑ΔP為與之相對應的荷載增量累計值)。

由圖4可以看到，當荷載增加時，孔隙水壓力的增長呈現出線性，且當增加到一定程度時，孔隙水壓力斜率突增，這意味著地基土的狀態進行了轉變(即從圖4中的OA—AB兩個階段的變化)，其中A點是兩個狀態的臨界點，對應荷載為臨界荷載。

3.4 沉降觀測結果及分析

沉降監測結果如表1,表2所示。由表1可知，加固完成后，其固結發展很快，平均為96%多一些，在完工后，沉降很小，平均不足5 cm，這說明地基沉降發展很好，塑料排水板的效果很好，處理結果令人滿意。

表1 地基完工時固結度及工后沉降結果表

斷面總沉降/cm完工時沉降/cm完工時固結度/%工后沉降/cm1126.2122.196.84.12125.8121.596.64.3

不均勻沉降分析結果如表2所示，可知，地基總差異、沉降坡降較工后差異較小，說明該施工不均勻沉降控制較好，符合工程需求。

表2 不均勻沉降結果表

4 結語

本文針對城市及道路橋梁不均勻沉降的難題，進行了施工改進，具體結論如下：

1)對理論計算進行了公式推導，得到了橋梁沉降的公式。

2)運用塑料排水板對軟弱地基進行了加固實驗，結果表明，實驗結果良好，符合工程要求。