王偉明，徐少華

（余姚市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江 余姚 315400）

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，不斷減少趨勢(shì)的耕地和土地資源對(duì)迫切的公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，為了充分利用高速公路的用地，地方政府要求高速公路按高架橋的模式建設(shè)，當(dāng)?shù)乩脴蛳驴臻g配套建設(shè)地面道路。

但高速公路橋梁下路基施工給既有高速橋梁的安全會(huì)帶來一定的隱患，特別是對(duì)于高速互通設(shè)置路側(cè)輔墩路段，地面道路路基填筑時(shí)在輔墩兩側(cè)形成不均衡加載，對(duì)輔墩產(chǎn)生水平推擠，對(duì)輔墩樁基存在一定安全隱患。橋下道路路基填筑產(chǎn)生的水平土壓力，包括施工期間的施工荷載以及運(yùn)營(yíng)期間的運(yùn)營(yíng)荷載，增大了墩身承受的彎矩，施工期間水平土壓力的大小與路基填筑方式關(guān)系很大，如果橋墩兩側(cè)路基填筑施工不對(duì)稱，將額外的增加了樁基的水平力，甚至使得樁基彎矩超過設(shè)計(jì)值而引起樁基的開裂。本文以G92 杭甬高速?gòu)?fù)線寧波段二期地面道路路基填筑方案為例，對(duì)道路的路基填筑結(jié)構(gòu)以及施工方法對(duì)高速公路橋梁樁基的影響進(jìn)行了充分的研究。

1 工程概況

G92 杭甬高速?gòu)?fù)線二期地面道路項(xiàng)目全線位于高速橋梁投影之下，路線全長(zhǎng)13.45 km，上層高速公路為雙向六車道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，路基寬度34 m，地面道路為雙向四車道一級(jí)公路，路基與高速同寬，12 m 中央分隔帶內(nèi)設(shè)置高架橋墩。地面道路需在高架橋梁施工完成后開工建設(shè)。

項(xiàng)目位于蕭（山）紹（興）姚（余姚）平原軟土分布區(qū)，為杭州灣南岸沿海地帶，原為海涂，經(jīng)多年圍墾逐步演變而成。項(xiàng)目區(qū)軟基主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和軟塑狀的粉質(zhì)黏土，厚度4～16 m，上面覆蓋14～20 m厚粉土層和亞砂土。全線屬于深埋軟土路段（軟土埋深大于10 m）。

全線在互通區(qū)和服務(wù)區(qū)前后受地面道路路基填筑影響的門架輔墩109 個(gè)，匝道橋墩25 個(gè)，路段長(zhǎng)度3.78 km（單幅）。其中填土高度大于2 m 路段，受地面道路路基填筑影響的輔墩53 個(gè)，匝道橋墩18個(gè)，路段長(zhǎng)度1.844 km（單幅）。

2 路基填筑影響分析

2.1 路基填筑風(fēng)險(xiǎn)

經(jīng)分析認(rèn)為，地面道路路基填筑風(fēng)險(xiǎn)主要有以下兩方面：

（1）橋下道路路基填筑產(chǎn)生豎向的負(fù)摩阻力，包括施工期間的施工荷載以及運(yùn)營(yíng)期間的運(yùn)營(yíng)荷載，增大了橋墩樁基承受的豎向力。該負(fù)摩阻力隨著橋下道路路基的填筑而產(chǎn)生，并隨著填土高度的增加而增大，一直到施工結(jié)束進(jìn)入運(yùn)營(yíng)狀態(tài)后，達(dá)到最大。（負(fù)摩阻力高速橋梁設(shè)計(jì)時(shí)已進(jìn)行考慮，采取了加強(qiáng)樁基設(shè)計(jì)、路基先期填筑等不同措施進(jìn)行了處理。地面道路施工時(shí)附加荷載影響建議按2 m 宕渣控制。

（2）橋下道路路基填筑產(chǎn)生的水平土壓力，包括施工期間的施工荷載以及運(yùn)營(yíng)期間的運(yùn)營(yíng)荷載，增大了樁基承受的彎矩。額外水平力將增加樁基彎矩，超過彎矩設(shè)計(jì)值將引起樁基裂縫不滿足規(guī)范要求。

2.2 高架橋梁橋墩對(duì)路基影響的容許要求

2.2.1 中分帶內(nèi)橋墩

對(duì)于中分帶橋墩而言，地面道路路基填筑均衡加載，水平推擠現(xiàn)象基本可以忽略。因此重點(diǎn)是要求對(duì)稱填筑，小型設(shè)備碾壓。

2.2.2 路側(cè)橋墩

對(duì)于高速高架橋設(shè)置路側(cè)輔墩段和臨近匝道橋段，地面道路路基填筑時(shí)在輔墩兩側(cè)形成不均衡加載，對(duì)輔墩產(chǎn)生水平推擠。采用等代土彈簧的剛度“M-法”計(jì)算模型考慮樁土共同作用。樁徑1.5 m，配置30 根直徑為25 mm 的主筋和直徑10 mm 的螺旋箍筋，箍筋凈保護(hù)層厚度65 mm。輔墩可能承受的墩頂最大水平力為支座摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值F=0.03×6 500=195 kN，樁身最大彎矩值為1 759 kN·m，承臺(tái)頂橫橋向位移約5 mm。以裂縫寬度0.15 mm 為控制指標(biāo)，允許路基填筑產(chǎn)生的樁身最大彎矩值對(duì)應(yīng)的承臺(tái)頂橫橋向位移為3.9 mm。

在“M- 法”的假定條件下，未考慮土體塑性變形效應(yīng)、變形時(shí)間蠕變效應(yīng)引起的土體內(nèi)力重分布、位移變形重新分布，計(jì)算結(jié)果偏安全。本項(xiàng)目的側(cè)墩承臺(tái)水平總位移為8.9 mm，路基填筑容許的承臺(tái)頂水平位移為3.9 mm（或樁基變形量）。

根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)第一冊(cè)土建工程》（JTG F80-1—2017）及本項(xiàng)目高架橋情況（5 m＜墩高H＜40 m），橋墩應(yīng)滿足小于H/1 000 且小于20 mm 的豎直度要求，此條款適用新建橋墩的質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)作為參考。

3 地面道路路基設(shè)計(jì)方案比選

針對(duì)橋梁橋墩變形容許結(jié)果要求，細(xì)分地面道路路基設(shè)計(jì)方案。

3.1 高架橋中分帶內(nèi)橋墩處路基方案

地面路基施工期間堅(jiān)持對(duì)稱填筑、同時(shí)施工、均勻加載的原則，路基兩側(cè)填筑高差不大于1 m；當(dāng)填高大于2 m 路段，中分帶填土需同步填筑，確保與路基填土高差不大于1 m。嚴(yán)禁選用大于20 t 重型振動(dòng)壓路機(jī)。同時(shí)施工過程中加強(qiáng)路基、高架橋墩的沉降、穩(wěn)定觀測(cè)，嚴(yán)格控制路基填筑速率，減少施工期間對(duì)高架的影響。

3.2 路側(cè)橋墩處路基方案

（1）填土高度不大于2 m 情況

對(duì)各填土高度情況下輔墩位移進(jìn)行計(jì)算結(jié)果表明，填土高度低于2 m 時(shí)輔墩位移基本可滿足側(cè)墩承臺(tái)頂位移、墩柱豎直度要求（承臺(tái)位移△墩=2.31 mm＜3.9mm，墩柱相對(duì)位移△墩=8.38mm＜H/1000=10 mm），不需要采取額外措施。施工時(shí)注意分層填筑和軟土地區(qū)填筑穩(wěn)定即可。

（2）填土高度大于2 m 情況

對(duì)于地面道路填土高度大于2 m 情況，不均衡加載對(duì)樁基的抗彎承載能力及墩柱的傾斜度影響隨著填高增加逐漸增加。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，填高4.1 m 時(shí)，計(jì)算墩柱相對(duì)位移△墩=15.3 mm ，不滿足H/1000=10 mm 要求，承臺(tái)水平位移△墩=3.31＜3.9 mm 滿足控制標(biāo)準(zhǔn)，需進(jìn)行特殊處理。

3.3 路側(cè)橋墩處路基方案比選

根據(jù)常規(guī)減輕路基填筑水平推擠影響的處理方式，提出3 個(gè)解決方案：

方案一（增加臨時(shí)用地）：地面道路增加臨時(shí)用地，見圖1，施工時(shí)在輔助墩周邊范圍（輔墩外3 m）進(jìn)行平衡加載，減小地面道路填筑可能對(duì)門架墩側(cè)墩產(chǎn)生的不利影響。

圖1 增加臨時(shí)用地方案（單位：cm）

此方案優(yōu)點(diǎn)是實(shí)施方便、造價(jià)經(jīng)濟(jì),缺點(diǎn)是在臨時(shí)征地方面可能有一定的政策難度。僅處理填高大于2 m 路段輔墩，采用塊狀反壓，需增加臨時(shí)用地10.44 畝，增加費(fèi)用360.5 萬元，見表1。

表1 處理填高大于2 m 路段，塊狀填筑

僅處理填高大于2 m 路段輔墩，采用帶狀反壓，需增加臨時(shí)用地17.22 畝，增加費(fèi)用726.9 萬元，見表2。

表2 處理填高大于2 m 路段，帶狀填筑

方案二（泡沫混凝土）：地面道路實(shí)施時(shí)，對(duì)于填土高度較高（大于2 m）的區(qū)域采用泡沫混凝土填筑，見圖2，以降低堆土荷載，減小土體沉降。輔墩承臺(tái)周邊填土或地基處理可采用素混凝土填筑，以免使用其他材料有壓實(shí)困難。

圖2 泡沫混凝土方案（單位：cm）

本方案優(yōu)點(diǎn)是可有效降低填土荷載，土體變形小，缺點(diǎn)是造價(jià)略高，但僅在局部路段采用（經(jīng)查地面填土大于2 m 的輔墩共約53 處，匝道橋墩18 個(gè)，單側(cè)長(zhǎng)約1.844 km）。需增加費(fèi)用696.0 萬元，見表3。

表3 泡沫混凝土

泡沫混凝土橫向?qū)嵤┓秶鸀樽钔鈧?cè)行車道和硬路肩，縱向處理至受影響橋墩前后5 m 處。

泡沫混凝土與宕渣路基之間設(shè)置臺(tái)階式搭接，臺(tái)階高度不小于1 m。泡沫混凝土頂面設(shè)置一層15 cm鋼筋混凝土保護(hù)板，為緩解不同路基填料之間裂縫反射問題，鋼筋混凝土保護(hù)板與泡沫混凝土接縫錯(cuò)縫設(shè)置，鋼筋混凝土保護(hù)板上下兩側(cè)各設(shè)置一層雙絞合鋼絲網(wǎng)。

方案三（宕渣回填+ 樁基擋土墻）：地面道路實(shí)施時(shí)，對(duì)于填土高度較高的區(qū)域（大于2 m），在高架側(cè)墩一定范圍設(shè)置擋墻+ 隔離樁方案，見圖3，樁基采用鉆孔灌注樁，直徑建議為0.6 m，深度15 m，縱向間距1.5 m，按5 根布置。該方案路基填土荷載作用由擋土墻及其樁基優(yōu)先承受，然后均勻作用于高架輔墩樁基周邊土體上。

圖3 宕渣回填+ 樁基擋土墻方案（單位：cm）

本方案優(yōu)點(diǎn)是可有效降低填土荷載對(duì)高架輔墩的影響，土體變形小，缺點(diǎn)是造價(jià)略高，需增加費(fèi)用746.9 萬元。見表4。

表4 宕渣回填+ 樁基擋土墻

路側(cè)橋墩處路基方案比選：根據(jù)處理費(fèi)用、政策處理難度、處理效果等角度，對(duì)三個(gè)方案進(jìn)行比選，見表5。

表5 方案比選表

根據(jù)高架橋梁橋墩對(duì)路基影響的容許要求，地面道路路基施工期間需滿足承臺(tái)位移△樁頂＜3.9 mm，墩柱相對(duì)位移△墩＜H/1000=10 mm 的要求，三種方案計(jì)算結(jié)論均可滿足要求。

綜合三種方案優(yōu)缺點(diǎn)，在臨時(shí)征地難度大的前提下，方案二具有實(shí)施難度小、處理效果好的特點(diǎn)，通過技術(shù)措施也可以減輕泡沫混凝土與宕渣路基搭接處的裂縫反射問題，推薦采用方案二。

4 施工期監(jiān)測(cè)

除常規(guī)的路基沉降和穩(wěn)定觀測(cè)外，同時(shí)需對(duì)路側(cè)輔墩水平位移和墩柱垂直度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（1）輔墩水平位移

輔墩墩頂水平位移通過輔墩頂部設(shè)置的觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，同時(shí)在輔墩承臺(tái)前后1m 斷面分別設(shè)置為位移邊樁和測(cè)斜管。輔墩路段增加觀測(cè)斷面，每2 個(gè)輔墩需設(shè)置1 個(gè)觀測(cè)斷面。

（2）墩柱垂直度監(jiān)測(cè)

路基施工期間，同步對(duì)輔墩垂直度進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)斷面布置間距同輔墩位移觀測(cè)，在各測(cè)量墩墩頂標(biāo)示固定點(diǎn)，按照測(cè)量周期測(cè)量坐標(biāo)、高程及垂度。測(cè)點(diǎn)布設(shè)時(shí)可采用十字花標(biāo)記。

（3）道路監(jiān)測(cè)指標(biāo)

路基填筑期間，沉降速率應(yīng)不大于10 mm/24 h，路基水平位移應(yīng)不大于5 mm/24 h；當(dāng)路側(cè)存在輔助橋墩路段，路基水平位移應(yīng)不大于3.9 mm/48 h，墩柱垂直度滿足H/1000 要求（H 為墩柱高度），當(dāng)觀測(cè)數(shù)據(jù)超出以上范圍時(shí)，應(yīng)停止路基填筑，待穩(wěn)定后再進(jìn)行填筑。

5 結(jié) 語

該文采用Midas Civil 對(duì)輔墩承臺(tái)頂橫橋向的控制位移進(jìn)行分析，以樁基裂縫寬度0.15 mm 為控制指標(biāo)，并考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)結(jié)構(gòu)正常運(yùn)營(yíng)可能產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)效應(yīng)，對(duì)道路填筑工況輔墩承臺(tái)頂橫橋向的控制位移進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

（1）本項(xiàng)目土層對(duì)輔墩基礎(chǔ)約束較大，結(jié)構(gòu)對(duì)承臺(tái)頂?shù)膫?cè)移較敏感。

（2）當(dāng)觀測(cè)到承臺(tái)頂橫橋向位移大到3.9mm 時(shí)應(yīng)停止路基施工并采取有效措施。

針對(duì)地面道路施工特點(diǎn)及高架結(jié)構(gòu)自身情況，建立三維有限元數(shù)值模型，分析不同施工階段、方案對(duì)高架樁基、橋墩變形的影響，并提出計(jì)算結(jié)果結(jié)論，為類似利用高架橋建設(shè)地面道路工程的路基填筑施工方案選擇提供了參考。