淺談濱海吹填區市政橋臺處理方案

尹晨霞 馬春佳

中國市政工程華北設計研究總院有限公司 天津 300381

1 概述

溫州市甌江口新區起步區位于溫州都市區東部，甌江入海口處，總用地面積8.63km2。本項目規劃城市道路共26條，道路總長度為48.69km，橋梁41座、河道11條、約140hm2綠化等，如圖1。

圖1 甌江口起步區平面圖

本項目屬淺灘圍墾形成的城市新區，屬濱海淤積平原地貌，淤泥和淤泥質土厚度為40～60m。根據地勘資料，地層巖性自天然地表往下依次可分為：①層素填土；②1層淤泥質粉質粘土；②1’層粉砂淤泥；②2層淤泥；③1層淤泥質粘土；④2層粉質粘土；④3層圓礫；⑤2’層卵石等。工程地質特性表現為高壓縮性、高靈敏度，易流變、蠕變，力學強度低，分布范圍廣等特點。

2 解決橋臺病害的設計思路

2.1 防治橋臺失穩

在淤泥質地基上修建橋臺，如遇到橋臺前后高差較大、淤泥層力學強度低、厚度大等情況，軟土層在臺后路基荷重的作用下，不斷被壓縮并產生側向擠出，并進一步產生水平塑性流動，在橋臺樁基上產生很大的附加水平力，會對橋臺滑動穩定性造成不良影響，橋臺處理不當易產生橋臺前移，進而引起橋臺失穩。因此減小橋臺前后高差，加強臺前、臺后地基處理，均有利于橋臺的穩定。

2.2 防治“橋頭跳車”病害

在軟土地基上修建橋梁，“橋頭跳車”是常見的病害之一。橋頭跳車不僅對行車安全和舒適性造成很大的危害，還可能導致汽車發生側向漂移、側翻等嚴重事故。其主要是地基沉降不均與橋梁與路面結構之間的剛度差異以及車輛自身的速度和荷載等因素。本項目選擇了吹填土作為地基，由于其強度較低，而且吹填土屬于非固結和可壓縮性較大的土壤類型，隨著公路運營年限的增加，臺后地基會逐漸增加，同時路基也會因為年限的增加而發生沉降。相比之下，橋梁采用了樁基，其沉降程度較小。因此本項目中控制橋梁臺后路基的沉降是解決“橋頭跳車”問題的關鍵。

目前“橋頭跳車”的解決辦法如下：（1）對于軟基區域，土壤的承載能力較低，容易導致路基沉陷和橋頭跳車等問題。為了解決這些問題，可以采取一些措施來加固軟基。（2）在設計和建設路基時，選擇合適的填料也是非常重要的。采用輕型填料可以降低路基的自重，減少對軟基的壓力。（3）臺背路基的設計中可以設置剛性搭板。增加路基的穩定性和承載能力，從而減少橋頭跳車等安全隱患的發生。

本項目橋梁眾多，因此如何防治橋臺失穩、“橋頭跳車”等病害，從橋梁布跨、橋臺形式的選擇以及橋臺地基處理均是本項目的重點關注的問題。

3 工程實例

甌江口起步區規劃河道眾多，多為10～30m寬河道，以跨越規劃寬度為30m的第二支橫河上的經四路二號橋為例。河道規劃上口寬度為30m，河底標高-1.5m，設計常水位1.5m，設計20年一遇設計洪水位2.35m。

3.1 橋梁布跨

橋梁若采用較小跨徑進行布置，橋臺承臺埋置深度過大（承臺頂部標高為-2.677m。而地面標高在3.7m左右，承臺基坑開挖深度達8.5m），承臺施工難度大，而且臺前臺后高差大，增加了橋臺失穩的風險。為了解決這個問題，起步區內的所有橋梁在橋梁布跨時均采取加長橋長，減小臺后填土的做法，樁基和臺身均在河岸土體內，解決了橋臺的不對稱土壓力，減小了承臺的埋深，橋臺也無大開挖，同時避免了橋臺水平位移及橋臺基坑施工困難的問題。最終，經四路二號橋采用3跨16m鋼筋混凝土簡支梁橋，橋梁立面圖見圖2。

圖2 橋型立面圖

3.2 橋臺形式的選擇

軟土地區橋梁設計中，需要采用有足夠水平抗力的橋臺結構。在工程初期，要選擇相適應的橋臺形式以及軟基相適應的構造布置，這在這個工程開展尤為重要。現已廣泛采用組合式、重力式橋臺、埋置式橋臺和薄壁式橋臺四種橋臺形式。

結合甌江口橋梁步跨的方式，橋臺采用淺埋重力式橋臺，基礎采用雙排樁基礎。重力式橋臺以其自身重量對臺后土壓力進行了平衡（見圖2）。其具有良好的整體性、較高的剛度和較強的抗傾覆性能。同時具有良好的適應性，可以布置在河岸邊，不會對河道造成擠壓，并與河道的駁坎連接。由于甌江口橋臺的自重較大，為了提高其穩定性能，一般采用雙排樁基礎,可以分擔臺后回填和前緣沉降引起的不均勻沉降，從而增強橋臺的穩定性能.甌江口橋梁的橋臺能夠安全可靠地承受各種荷載和環境條件的影響[1]。

3.3 橋臺地基處理

臺前河道駁坎采用多排水泥攪拌樁復合地基外加片石護坡，具體見圖2。

臺后路基處理根據《公路軟土地基路堤設計與施工技術規范》和《溫州市市政工程設計導則》的要求：橋臺和路基之間允許的工后沉降控制在≤0.1m。鑒于起步區地質的特殊性，本工程采用多種處理方式相結合臺后路基處理方案，具體方案見圖3。

圖3 臺后路基處理斷面圖

3.3.1 堆載預壓處理

本工程地基處理采用堆載預壓[2]處理方式和真空聯合堆載預壓道路。堆載預壓處理方式：卸載前標高比道路設計標高約高1.0m；真空聯合堆載預壓：道路范圍處理后標高約為2.5m。待達到設計要求后進行道路路基路面的施工。

3.3.2 水泥攪拌樁復合樁基處理

地基處理后，橋頭路段，進行水泥攪拌復合樁基，在檢測合格后，滿鋪一層雙向土工格柵，再鋪一層40cm級配碎石褥墊層，然后按設計要求加載回填巖渣至路面結構層底。特別注意水泥攪拌樁施工完成并經檢驗合格后進行現澆泡沫輕質土及樁上路基填料的施工，路基填料應填筑至路面結構底，水泥攪拌樁處理范圍內應有不小于6個月的預壓期。同時注意水泥攪拌樁施工完成后方可進行橋梁灌注樁的施工。

在進行復合樁基處理方法選擇時，提出了預應力混凝土管樁、高壓旋噴樁、水泥攪拌樁三種方案。預應力混凝土管樁依靠樁身側摩阻力和樁端阻力提供承載和控制沉降，不能有效改變土體整體的性能，造價比較高，因此不建議采用。高壓旋噴樁是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進至土層一定深度后，以不小于20MPa的壓力將漿液從噴嘴中噴射出來，從而將噴料和原有軟土進行充分混合，從而形成具有一定強度的樁體，為了增加基礎的承載力，降低基礎沉降，與周邊土共同構成了一種半柔性、半剛性的復合地基。水泥攪拌樁是一種以水泥為固化劑，通過深層攪拌設備，將軟弱土層與固化劑強行拌合到一起，從而達到增強地基承載能力、降低基礎沉降的目的。現將三種處理方法進行比較，具體見表1。

表1 復合樁基處理方法比較表

3.3.3 泡沫輕質土換填的特點

(1)輕質性

現澆泡沫輕質土[3]具有輕質、質輕等特點，其體積密度較傳統民用材料小，如表2所示。

表2 幾種主要土建材料的容重比較(單位：kN/m3)

(2)容重和強度可調節性

工程實踐中，通常采用3—12kN/m3的密度調整泡沫輕質土；但在0.3—5.0MPa的范圍內，其極限抗壓強度可調。采用現場試驗和理論分析相結合的方法，研究了泡沫輕質土的無側限抗壓強度。

(3)良好的施工性

采用現澆泡沫輕質土，澆筑點所占面積較少，可在狹窄的空間中進行，可代替路基填料，不需振搗、碾壓，施工方便、效率高。其優良的施工性能還表現在：現澆泡沫輕質土基本可以連續澆筑，施工中不需特殊養護。

(4)良好的環保特性

泡沫輕質土是一種新型的無機材料，它的使用不會對環境造成任何污染，具有顯著的環保優勢；在公路建設和陡峭的山區公路建設中，可以節約用地，防止高填高挖造成的環境污染，對于保護自然環境具有重要的意義。

3.3.4 橋頭搭板采用深埋式搭板

王濤等[4]針對傳統淺埋式橋頭搭板容易出現板底脫空而斷裂的現狀, 提出了深埋式橋頭搭板的概念,通過對比計算分析表明:采用深埋式橋頭搭板可以有效減小臺背地基沉降、搭板翹曲變形和板底應力,同時增強地基剛度,減緩橋頭搭板斷裂的可能性,本工程采用了深埋式橋頭搭板。采用深埋式橋頭搭板的優點：

(1)本工程橋梁多位于交叉口附近，采用深埋式搭板有利于交叉口找坡。

(2)采用深埋式搭板可以減少橋梁與道路交接處瀝青面層的反射裂縫。

(3)深埋式搭板可減少溫度荷載對搭板的影響。

3.4 施工要求

為了避免橋梁病害的發生，不僅要求在設計環節充分考慮各種不利因素，施工中也需要采用合理的施工順序，方可避免橋臺的病害發生。為保證橋臺樁基的施工期的安全性，要求橋臺樁基施工必須在臺前及臺后軟基處理完工后方可進行。并應在施工完成后對橋臺樁基實施位移觀測，如出現位移過大應及時采取相應措施，以免影響橋臺伸縮縫安裝；臺后回填應在橋梁主體結構完成后施做。

3.5 工程實際效果

起步區橋梁自施工完成后，施工單位對臺后進行了沉降觀測。經過一年半的施工后實測（表3），結果表明：施工后頭3個月產生了3mm左右的沉陷，6個月以后達到了平穩狀態，超過一年以后幾乎沒有沉降。

表3 橋梁工后沉降觀測統計

4 結論

通過甌江口新區起步區工程實例，為了避免軟土地基橋梁病害的產生，在橋臺設計中充分考慮各種不利因素的影響，既要做好橋梁布跨、橋臺形式的選擇，在施工中也要采取合理的施工順序，方能徹底解決橋臺穩定性的問題。同時采用新工藝、新技術解決軟土地區橋頭跳車問題，橋梁臺后采用水泥攪拌樁復合地基+輕質泡沫混凝土的新型地基處理方案，結合橋頭深埋搭板的工法有效地減少了路橋銜接處不均勻沉降問題。