軟土地區(qū)的橋涵設(shè)計

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

　　公路穿越軟土地區(qū)是經(jīng)常發(fā)生的事情。本文是其在橋梁設(shè)計方面所要注意的問題提出一些見解，供廣大橋梁工作者參考，并在實際工作中得到應(yīng)用。因為設(shè)計工作中的細(xì)小疏溜，往往會給建筑物的正常使用留下隱患，旦發(fā)生問題再進(jìn)行處理，便直接造成經(jīng)濟(jì)損失和社會形象的負(fù)面影響。

　　1．軟土地區(qū)的橋涵常見病害

　　公路橋涵設(shè)計規(guī)范中對橋梁的墩臺沉降和位移的容許極限值（cm），作了明確的規(guī)定。

　　（1）簡支梁橋：

　?、俣张_均勻總沉降值（有包括施工中的沉降）2.0.②相鄰墩臺均勻總沉降差值（有包括施工中的沉降）1.0.③墩臺頂面水平位移值0.5.

　　（2）拱橋墩臺的沉降和位移的容許值由計算決定。

　　其中L為相鄰墩臺間最小跨徑長度，以m計；跨徑小于25m時仍以25m計算。對于一般橋梁來說，跨徑均在30m以下，因而三項的限值分別為11cm、6cm、3cm.軟土地基由于在荷載作用下的排水固結(jié)，隨著空隙水的逐步排出，地基土的體積相應(yīng)減小和壓縮，從而引起沉降，若有偏壓荷載，還必將產(chǎn)生傾斜或側(cè)移，其數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過以上數(shù)字，所以軟土地基如果不進(jìn)行處理，是絕對滿足不了規(guī)范對橋涵設(shè)計的要求的。墩臺的設(shè)計除了要計算沉降之外，還應(yīng)進(jìn)行橋臺與路堤一并沿滑動弧面滑動的深層滑動驗算，以求得橋臺總體的穩(wěn)定性。

　　對于橋墩主要是考慮沉降問題。對于橋臺，由于臺后填土一般都在5m以上，因而除了沉降之外，還有偏壓荷載，使軟弱土層產(chǎn)生塑性流變，橋臺跟關(guān)傾斜或側(cè)移，結(jié)果將使橋梁脫離支承，伸縮裝置損壞，預(yù)留伸縮間隙不足，甚至上部構(gòu)造頂緊臺背，使梁產(chǎn)生壓曲。如廣東省就有多座公路橋梁，因橋基地層有較厚的軟土層，橋臺設(shè)計為肋式埋置橋臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，基樁按磨擦樁或嵌巖樁設(shè)計，于施工完成時即發(fā)生臺帽下肋身斷裂，分析其原因是軟基處理和預(yù)壓的時間不夠，先期沉降未完成，橋臺和上部構(gòu)造已造建成，由于下面軟土層發(fā)生流變引起橋臺變位，而上部構(gòu)造為鋼筋混凝土空心板或鋼筋混凝土簡支T形梁，并做成橋面連續(xù)。橋臺上的橡膠支座產(chǎn)生最大剪切變形，影響邊跨他端橋墩上的橡膠支座向相反方向變形。而臺肋僅在上、下聯(lián)接處設(shè)置有短鋼筋，臺身的抗彎剛度和抗剪強(qiáng)度不夠，致使薄弱處產(chǎn)生斷裂。對一起拱橋來說，一旦其沉降和位移值超過計算控制值，往往使拱腳和拱頂?shù)膹澗刂党瑯?biāo)，產(chǎn)生裂縫甚至引起橋梁坍塌。而涵洞則發(fā)生沉陷或扭曲變形，影響正常的排水功能，甚至報廢。

　　2．軟土地區(qū)的橋梁勘測

　　軟土地區(qū)的橋梁勘測工作，除了按一般地區(qū)的方法進(jìn)行水文和地質(zhì)的勘測之外，還要特別注意地基土的試驗研究工作，一是要注意軟弱地層的塑性流變。在野外測量調(diào)查時，根據(jù)地形地貌特征，如：是否有地下水滲流、沼澤地泥潭等進(jìn)行判別，特別是對沿海地區(qū)圍海（河）造地范圍，上層為2—5米的人工填土，下層均有不同程度的軟弱層埋置，須進(jìn)行仔細(xì)調(diào)查，布置地質(zhì)鉆孔，探明各層的深度和厚度，并取樣和做實驗，判明其是否為軟土，有無受震液化可能，含水、壓縮性如何，然后再判定其對墩臺的穩(wěn)定性影響，對于軟土地區(qū)橋涵地其的土質(zhì)調(diào)查：

　　（1）要判定其是否為軟土。所謂軟土它是軟弱粘性土的簡稱，是第四紀(jì)后期形成的海相、泄湖相、三角洲相、溺谷相和湖沼相的粘性土沉積物或河流沖積物，有的屬于新近瘀積物。其中最為軟弱的是淤泥和淤泥和淤泥質(zhì)土。這類土的特點是天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪強(qiáng)度低、壓縮系數(shù)高、滲透系數(shù)小。在荷載作用上，軟粘土地基承載能力低，地基沉降變形大，不均勻沉降也大，而且沉降穩(wěn)定歷時比較長。在比較深厚的軟粘土層上，結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)的沉降往往持續(xù)數(shù)年乃至數(shù)十年之久。軟粘土地基是工程實踐中遇到最多而需要進(jìn)行人工處理的地基，它廣泛地分布在我國東南沿海及內(nèi)地。軟土的主要判定指標(biāo)如表1.

　　表 1

　　指標(biāo)土名 天暖含水量W（%） 孔隙比e 壓縮系數(shù)al-2（Mpa-1） 飽和度Sr（%） 有機(jī)質(zhì)含量（%） 滲透系數(shù)（m/s） 快 剪內(nèi)磨察角（度） 粘聚力C（kpa）

　　淤泥 ＞50 ＞1.1 ＞0.55 ＞96 ＞10 ＞10-8 ＞5 ＞10粘性土 ＞40 ＞1.0 ＞0.5 ＞95 ＞10 ＞5×10-8 ＞5 ＞20砂性土 ＞30 ＞0.8 ＞0.35 ＞93 ＞10 ＞5×10-6 ＞16 ＞12

　　（2）要判別其是否為可液化土。可液化土的含義為：飽和砂或粒徑大于0.05mm的顆?？傊亓空?0%以上的飽和輕亞粘土，應(yīng)經(jīng)試驗鑒定其在地震時能否液化。

　　軟弱土層在地震進(jìn)能否液化，用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗進(jìn)行鑒定。具體判定標(biāo)準(zhǔn)參照《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》；若為液化土層，須對有關(guān)土層的設(shè)計參數(shù)進(jìn)行修正。

　?。?）合理計算土層的沉降量。地基沉降的計算包括兩方面內(nèi)容：一是最終沉降量；二是沉降的時間過程。人們提出了多種計算最終沉降量的方法，但對工程實際應(yīng)用較多的是分層計算總和法和彈性理論法，以這兩種方法為基礎(chǔ)進(jìn)行計算，并參照相關(guān)工程的實際經(jīng)驗數(shù)值進(jìn)行修正。

　　3．軟土地區(qū)涵洞的設(shè)計

　　軟土地區(qū)涵洞的設(shè)計主要注意以下幾點：

　　一是地基必須與路基的軟基處理一并考慮，并在涵洞區(qū)段內(nèi)，排水固結(jié)處理措施要適當(dāng)加密，預(yù)壓排水固結(jié)時需設(shè)臨時管道過水，涵洞正式施工時拆除。砂墊層必須與路基砂墊層連通，以形成通暢的排不通道。二是涵洞孔徑可適當(dāng)加大，給使用功能留有余地。三是構(gòu)造物要采用整體性強(qiáng)，自重輕，剛度大，基底承載力要求低（如不大于8Mpa）的鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)。四是涵洞的施工必須地軟基處理的先期沉降完成之后進(jìn)行，施工時要預(yù)留沉降量（如10cm）橫向按H/50預(yù)留上拱（H為填土厚度），以免產(chǎn)生沉降后砂墊層發(fā)生不連續(xù)而造成排水通路不流暢現(xiàn)象。

　　4．軟土地區(qū)橋臺的設(shè)計和防止橋臺側(cè)向移動的措施

　　軟土地區(qū)橋臺的設(shè)計，應(yīng)考慮以下一些問題：

　　（1）在橋臺設(shè)計中加強(qiáng)自身的穩(wěn)定性，這主要是加強(qiáng)臺身及基礎(chǔ)的剛度，以增強(qiáng)抗水平推力的能力。

　　①在設(shè)計中采用群樁基礎(chǔ)避免采用單排樁，以雙排樁或多排樁來共同承擔(dān)由于引道填土或臺前臺后不均勻下沉而對基樁產(chǎn)生的彎矩和剪力。

　?、诓捎眯睒痘A(chǔ)。所謂的斜樁基礎(chǔ)實則為豎直樁與斜樁的混合樁基以豎直樁承擔(dān)橋臺的設(shè)計荷載，另在臺前加設(shè)一定傾斜角度的斜樁來抵抗由于橋頭填土和軟基下沉變形而產(chǎn)生的水平推力，斜樁較豎直樁在施工上有一定的難度，但在國仙的工程實踐中已多次采用。

　?、酆侠戆才派炜s縫位置。對于多跨（一般＞8跨）橋梁，可在相鄰橋臺的一跨采用伸縮縫，并設(shè)置四氟板支座，以利橋臺及上部位稱變形。另外，對于薄壁橋臺的壁厚取值須比標(biāo)準(zhǔn)圖適當(dāng)加大，避免臺壁出現(xiàn)裂縫。

　?。?）要采取減輕臺后荷載和均衡壓重的措施。

　　減輕臺后荷載的辦法有：

　?、俨贾脴蚩讜r有意識地將橋臺后移，使臺后路堤成為低填土式的。

　　②采用溜坡埋置式橋臺（錐坡坡腳處設(shè)置反壓護(hù)道）、箱形橋臺和臺后設(shè)置跳板，減輕橋治的偏壓荷載。

　?、叟_后填土采用輕質(zhì)材料或在填土內(nèi)埋設(shè)波紋鐵管、鋼筋混凝土圓管等，既減輕臺背填土重量，又增強(qiáng)臺背填土的穩(wěn)定，能收到良好的效果。

　?、芗哟箦F體護(hù)坡范圍并以重力式擋墻作錐體護(hù)坡的坡腳基礎(chǔ)，以大錐體填土來平衡臺背引道填土壓力并達(dá)到以臺前臺后軟基均勻下沉之目的，起到保護(hù)橋臺整體結(jié)構(gòu)的作用。

　?。?）橋臺軟基處理的方法在討論方法的選用原則及處理前后注意的事項之前，首先討論恰當(dāng)?shù)牡鼗幚矸椒ㄔO(shè)計順序。

　　地基處理方法的設(shè)計結(jié)構(gòu)建議按圖1所示的順序進(jìn)行。首先根據(jù)建筑物對地基的各種要求和地基條件確定需要進(jìn)行人工處理的天然地層地范圍以及地基處理要求。其次，根據(jù)天然地層的條件、地基處理的具體要求、地基處理方法的原理、過去應(yīng)用的經(jīng)驗和機(jī)具設(shè)備、材料條件，進(jìn)行地基處理方案可行性研究，提出多種可行方案。最后，對提出的各種方案進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、進(jìn)度等方面的比較分析，考慮環(huán)保要求，確定采用一種或幾種地基處理方法。初步確定地基處理方法。初步確定地基處理方案后，可視需要進(jìn)行小型現(xiàn)場試驗或進(jìn)行補(bǔ)充調(diào)查，然后進(jìn)行施工設(shè)計。實踐表明這是比較恰當(dāng)?shù)牡鼗幚矸椒ㄔO(shè)計順序。

　　軟基處理是提高地基承載力和防止橋臺側(cè)向移動的主要措施，目前公路橋梁中常用和行之有效的方法。