董平洋，郝東旭

（中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津市 300074）

0 引 言

多年來，我國對于濱海地區(qū)軟土（淤泥質(zhì)土、淤泥）等不良地質(zhì)土的處理積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，也有了相當(dāng)數(shù)量的工程實(shí)踐。但是對于橋梁臺后不均勻沉降差、臺后填土的加固處理缺乏經(jīng)驗(yàn)，尚處于探索階段。目前，濱海軟土地區(qū)由于地基不均勻沉降所導(dǎo)致的橋頭跳車、臺后填土滑移現(xiàn)象愈演愈烈（如圖1所示），而該病害的補(bǔ)救措施往往需要較大的人力、物力及財(cái)力。橋梁臺前、臺后軟基處理已成為軟土地區(qū)市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的一項(xiàng)不可繞避的技術(shù)難題。尋求合理的橋頭軟基處理方案，最大限度地減少路堤與橋梁的沉降差，盡可能規(guī)避“橋頭跳車”現(xiàn)象是工程設(shè)計(jì)的最終目的。

圖1 橋頭不均勻沉降導(dǎo)致的危害

1 傳統(tǒng)橋頭軟基處理方法總結(jié)及案例探討

“橋頭跳車”是濱海地區(qū)常見的現(xiàn)象，為了避免橋頭跳車，需對橋頭路段進(jìn)行軟基處理加固[1]。結(jié)合國內(nèi)設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)，常用的橋頭路段軟基處理方式有：預(yù)應(yīng)力管樁、堆載預(yù)壓+ 塑料排水板、高壓旋噴樁等。這些常見的橋頭軟基處理方式都會(huì)有不同程度的缺點(diǎn)[2]，下面所述為近些年采用的橋頭軟基處理方案的實(shí)際案例以及實(shí)施之后發(fā)生的各種問題。

1.1 預(yù)應(yīng)力管樁

預(yù)應(yīng)力管樁通過剛性樁穿越軟土層，將上部荷載直接傳遞到深層較好的持力層，從而達(dá)到減少路基下壓縮性大的土層承擔(dān)的附加應(yīng)力，使地基沉降減少，地基承載力得到相應(yīng)提高。

該處理方式施工技術(shù)要求不高，技術(shù)保障性高，處理效果好。該方法技術(shù)成熟、承載力高、進(jìn)度快。

然而，其缺點(diǎn)在于樁基現(xiàn)場實(shí)施對周邊影響較大，一般不宜在城鎮(zhèn)中使用；樁基成本費(fèi)用較高，工程造價(jià)較高。另外，管樁的擠土效應(yīng)產(chǎn)生較大的側(cè)向土壓力致使橋梁承臺向河道內(nèi)側(cè)偏移，造成橋梁背墻破損。

下面對“預(yù)應(yīng)力管樁”問題案例進(jìn)行探討。

（1）案例基本情況

某工程位于浙東沿海地區(qū)，屬海積平原區(qū)。根據(jù)項(xiàng)目地勘報(bào)告，按地基土的土性特征、埋藏分布條件及其物理力學(xué)性質(zhì)，需要進(jìn)行軟基處理的土層自上而下分別為：素填土、淤泥質(zhì)黏土、淤泥等，軟土層較深厚。

（2）采用“預(yù)應(yīng)力管樁”橋頭處理方案

橋梁臺后軟基處理采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，樁長25 m，樁間距2.5 m；樁頂蓋板與地坪齊平，樁頂蓋板達(dá)到強(qiáng)度后鋪50 cm 碎石褥墊層，中間鋪土工格柵，從樁頂至路面結(jié)構(gòu)底均勻填筑宕渣。

（3）問題的發(fā)現(xiàn)與提出

由于各方面原因，施工方在組織實(shí)施現(xiàn)場施工時(shí)先進(jìn)行了橋梁（鉆孔灌注樁、橋梁墩臺及梁板）的施工，然后實(shí)施預(yù)應(yīng)力管樁?，F(xiàn)場管樁的施工順序?yàn)槠叫袠蛄罕硥Γ┕r(shí)的現(xiàn)場情況如圖2 所示。

圖2 管樁施工現(xiàn)場情況

管樁施工采用靜壓工藝，由于施工區(qū)域?yàn)檠睾Ｓ倌鄾_積區(qū)，上層宕渣回填區(qū)已清除掉，管樁施工非常順利，打設(shè)速度較快。第一排管樁打設(shè)完畢，在打設(shè)第二排管樁時(shí)，發(fā)現(xiàn)橋梁背墻與臺帽交界處產(chǎn)生裂縫，隨即停止管樁打設(shè)，但裂縫仍有增大趨勢，如圖3 所示。

圖3 現(xiàn)場橋臺裂縫情況

（4）問題原因分析

a. 臺后軟基處理與橋梁樁基施工順序錯(cuò)誤：臺后軟基處理樁基施工應(yīng)先于橋梁灌注樁的施工，避免軟基處理樁基施工所產(chǎn)生的擠土壓力對橋梁灌注樁產(chǎn)生影響。

b. 管樁施工順序錯(cuò)誤：管樁平行橋梁背墻施工且施工速度較快，造成擠土應(yīng)力比較集中，導(dǎo)致橋梁背墻破損。

c. 橋梁伸縮縫施工不當(dāng)：橋梁伸縮縫施工時(shí)遺留較多渣石，導(dǎo)致伸縮縫的作用大大減小。

1.2 堆載預(yù)壓+ 塑料排水板

堆載預(yù)壓與塑料排水板進(jìn)行組合，是對原地面進(jìn)行施加上部荷載預(yù)壓，同時(shí)利用塑料排水板讓土中的水順利排出，從而達(dá)到減小土粒間孔隙，減少地基工后沉降、提高地基承載力的目的。

該處理方式施工工藝簡單、造價(jià)低。

其缺點(diǎn)為在設(shè)計(jì)、施工環(huán)節(jié)合理，堆載預(yù)壓時(shí)間段較充足的情況下，可以得到相對滿意的效果，但如果用于橋頭處理，則工期長、反復(fù)開挖回填,從而造成資源浪費(fèi)。

下面對“堆載預(yù)壓+ 塑料排水板”問題案例進(jìn)行探討。

（1）案例基本情況

某片區(qū)半島南路為新建工程，位于浙江東南沿海濱海區(qū)域，于2012 年7 月完成施工圖設(shè)計(jì)。道路呈東西走向，道路全長1 570.999 m。半島南路所在位置原為蝦蟹養(yǎng)殖塘，現(xiàn)狀部分路段被建筑棄土回填，道路現(xiàn)狀地勢較平坦，屬海積平原（灘涂）地貌。

擬建場地屬濱海淤積平原地貌，沿線地形較平坦，實(shí)測地面標(biāo)高一般為4.4 m，地質(zhì)條件從上至下分別為素填土、黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、含粉砂淤泥、淤泥等。

（2）采用“堆載預(yù)壓+塑料排水板”橋頭處理方案

本項(xiàng)目橋梁臺后軟基處理采用“堆載預(yù)壓+ 塑料排水板”方案，塑料排水板長15 m，板間距1.2 m，成正三角形布置，樁間距2.5 m，場平后分別填筑0.4 m級配碎石和1.7 m 的宕渣堆載高度。

（3）問題的發(fā)現(xiàn)與提出

本項(xiàng)目在滿足連續(xù)兩個(gè)月觀測的沉降量每月不超過5 mm 時(shí)進(jìn)行卸載，隨后開展管線和路面施工，并于2014 年竣工通車，距目前已通車7 年。從施工過程和后續(xù)實(shí)際效果來看，采用“堆載預(yù)壓+ 塑料排水板”工藝主要存在以下缺陷：

a. 工期長

設(shè)計(jì)預(yù)壓期為6 個(gè)月，實(shí)際滿足卸載標(biāo)準(zhǔn)的工期達(dá)10～12 個(gè)月；卸載后反開挖施工橋梁樁基及墩臺，導(dǎo)致整個(gè)工期滯后[3]。

b. 反復(fù)開挖回填,資源浪費(fèi)

橋梁樁基及墩臺需卸載后反開挖施工，然后再回填臺背填料，反復(fù)開挖回填造成資源浪費(fèi)。

c. 受排水板板長及排水通道的限制，下臥層沉降無法解決

理論計(jì)算工后沉降滿足設(shè)計(jì)要求，但實(shí)際工后沉降遠(yuǎn)大于規(guī)范要求，“橋頭跳車”十分明顯，給出行帶來了較大的安全隱患，目前橋頭現(xiàn)狀如圖4 所示。

圖4 半島南路橋頭竣工通車后現(xiàn)狀（“橋頭跳車”現(xiàn)象明顯）

1.3 高壓旋噴樁

高壓旋噴樁是使用帶有噴嘴的鉆機(jī)，用高壓設(shè)備將漿液從噴嘴中噴射出來，而噴射周邊的土體遭到破壞，鉆桿逐漸提升，將漿液與土顆粒強(qiáng)制攬拌混合，經(jīng)過凝結(jié)固化后，在土中形成一個(gè)固結(jié)體[4]。

該處理方式的優(yōu)點(diǎn)是高壓旋噴樁的施工機(jī)械擁有相對較小的體積和重量，實(shí)施完成的樁有較高劑量含量的水泥，因此強(qiáng)度相對較高。

其缺點(diǎn)是高壓的漿液在沖擊土體時(shí)產(chǎn)生擠土效應(yīng)，相鄰近的橋臺容易產(chǎn)生裂縫錯(cuò)臺。

下面對“高壓旋噴樁”問題案例進(jìn)行探討。

（1）案例基本情況

某道路位于某濱海區(qū)域，區(qū)域內(nèi)主要是圍海造地的吹填地基，以淤泥土為主，淤泥深度20～30 m，屬于典型的軟土地基，具有高含水量、高靈敏度、高壓縮性，較低抗剪強(qiáng)度、較易變形的特點(diǎn)。

（2）采用“高壓旋噴樁”橋頭處理方案

本項(xiàng)目高壓旋噴樁打設(shè)范圍為橋臺與相鄰橋墩之間，旋噴樁樁徑0.6 m，樁距1.2 m，梅花型布置，共4 排，旋噴壓力20 MPa，單管法施工。橋梁鉆孔灌注樁樁徑1 m，樁長66 m，橋臺處2 排，橋墩處1 排，樁間距4.4 m。

由于各方面原因，施工方在組織實(shí)施現(xiàn)場施工時(shí)先進(jìn)行橋梁鉆孔灌注樁及橋梁墩臺的施工，然后實(shí)施高壓旋噴樁及河道駁坎，最后實(shí)施橋梁上部蓋板。施工時(shí)的現(xiàn)場情況如圖5 所示。

圖5 高壓旋噴樁施工現(xiàn)場情況

（3）問題的發(fā)現(xiàn)與提出

現(xiàn)場高壓旋噴樁的施工順序?yàn)榇怪庇跇蛄憾张_軸線，豎向呈“之”字型從右向左依次施打?，F(xiàn)場在1# 墩上部蓋梁設(shè)置了8 個(gè)位移監(jiān)測點(diǎn)，如圖6 所示，監(jiān)測頻率為每日兩次。

圖6 監(jiān)測點(diǎn)布置圖（單位：m）

旋噴樁在橋梁右幅范圍內(nèi)自右向左施工完成約3/4 時(shí)，監(jiān)測發(fā)現(xiàn)1# 橋墩右幅與左幅分縫處出現(xiàn)明顯錯(cuò)位，右幅蓋梁發(fā)生最大21 mm 側(cè)向位移，監(jiān)測點(diǎn)位移變化曲線如圖7 所示。

圖7 監(jiān)測點(diǎn)位移變化曲線（單位：mm）

從以上工程中旋噴樁施工時(shí)對橋梁墩臺的位移監(jiān)測結(jié)果看出，軟土地基上旋噴樁的施工對周圍已建建筑物會(huì)產(chǎn)生影響，具有明顯的擠土效應(yīng)。

（4）問題分析

高壓旋噴樁的施工，樁周土體的徑向應(yīng)力和孔隙水壓力顯著增大，使高壓旋噴樁產(chǎn)生了擠土效應(yīng)，造成橋梁錯(cuò)位。

2 本次推薦橋頭軟基處理方案——“水泥攪拌樁+輕質(zhì)填料”組合運(yùn)用

結(jié)合上述目前常用的軟基處理方式工程實(shí)例來看，“堆載預(yù)壓+ 塑料排水板”應(yīng)用于橋頭時(shí)存在工期長、反復(fù)開挖回填、下臥層沉降等無法解決的問題；而“預(yù)應(yīng)力管樁”、“高壓旋噴樁”即使在條件適合的情況下應(yīng)用時(shí)也需要注意擠土效應(yīng)，避免橋臺處產(chǎn)生裂縫。

本文根據(jù)近年來所做的項(xiàng)目案例、各種常用方法的實(shí)際應(yīng)用情況以及后續(xù)效果，結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)理論研究，分析其實(shí)際應(yīng)用中的適用性、安全性及經(jīng)濟(jì)性，剖析其優(yōu)缺點(diǎn)，提出組合式橋頭軟基處理工藝——“水泥攪拌樁+ 輕質(zhì)填料”的方案并進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。

2.1 項(xiàng)目概況

本次設(shè)計(jì)的三江大道位于溫州三江商務(wù)區(qū)的核心區(qū)域，整體呈南北走向，道路兩側(cè)地塊主要以商業(yè)、商務(wù)及居住用地為主，道路總長1 697.373 m，紅線寬度32 m，三江大道工程位置如圖8 所示。從道路功能來看，本項(xiàng)目的建設(shè)對構(gòu)建及完善三江商務(wù)區(qū)范圍內(nèi)的道路系統(tǒng)，促進(jìn)沿線地塊開發(fā)，便捷周邊區(qū)塊的交通出行，增強(qiáng)區(qū)域南北向交通聯(lián)系都有著重要的意義。本項(xiàng)目在跨越三江中心河處設(shè)置3 跨10 m空心板橋，橋頭軟基處理經(jīng)綜合比選后應(yīng)用“水泥攪拌樁+輕質(zhì)填料”的處理方案。

圖8 三江大道工程位置示意圖

三江區(qū)塊地勢較低平、開闊，場地原多為農(nóng)田，部分為居民用地、沿江灘涂，現(xiàn)狀標(biāo)高在2.0～4.3 m左右。根據(jù)地勘資料顯示，區(qū)塊范圍內(nèi)揭露的地基土自上而下有黏土、淤泥夾細(xì)砂、淤泥質(zhì)黏土等，軟土較為深厚。

2.2 “水泥攪拌樁+ 輕質(zhì)填料”組合運(yùn)用方案

橋梁兩側(cè)30 m 范圍內(nèi)路基采用雙向水泥攪拌樁進(jìn)行處理。水泥攪拌樁成梅花形分布，樁徑0.6 m?？拷鼧蚺_10 m 范圍內(nèi)采用樁長12 m，間距1.2 m；后20 m 范圍內(nèi)采用樁長10 m，間距1.5 m，樁頂標(biāo)高為原地坪下50 cm。

樁頂設(shè)置40 cm 碎石褥墊層，中間夾鋪鋼塑格柵一層（雙向抗拉強(qiáng)度不小于80 kN/m，縱橫向延伸率不大于3%，網(wǎng)眼尺寸20±1 mm）。

碎石墊層上換填2.0 m 泡沫混凝土，之上再填礦渣，均勻分層夯實(shí)，回填至路面結(jié)構(gòu)層下。具體做法如圖9、圖10 所示。

圖9 橋梁臺后軟基處理橫斷面圖

圖10 橋梁臺后軟基處理樁位平面圖

2.3 后續(xù)效果

本項(xiàng)目于2016 年接到設(shè)計(jì)任務(wù)，2017 年展開全面設(shè)計(jì)并于2018 年通車。在應(yīng)用“水泥攪拌樁+輕質(zhì)填料”后，通車至今，橋臺與道路之間的沉降差相對較小，“橋頭跳車”并不明顯，且運(yùn)行多年未發(fā)生橋臺裂縫錯(cuò)臺等不良影響，因此本方案的實(shí)際應(yīng)用完全合理可行。

3 結(jié) 語

水泥攪拌樁是在機(jī)械深層攪拌的作用下，通常利用的固化材料為常規(guī)的水泥漿液，使水泥漿液與軟土相拌和，如此一來，原有土體性質(zhì)得到了加強(qiáng)，整體地基土的強(qiáng)度穩(wěn)定性均得以較大程度地提升，實(shí)現(xiàn)了軟土地基的有效治理。同時(shí)，這種方法工藝較成熟、制備成本相對低廉且擁有較短工期。

泡沫混凝土是近幾年逐漸投入使用的新型混凝土，當(dāng)適用于橋頭時(shí)，它的基本原理是對比常規(guī)回填土利用輕質(zhì)填料，較輕的自身重量減少自重荷載，從而達(dá)到減小工后沉降的目的。

采用“水泥攪拌樁+ 輕質(zhì)填料”的組合形式進(jìn)行橋頭軟基處理，可以綜合利用兩種方式的優(yōu)勢，提高地基穩(wěn)定性，增加地基承載力，減輕橋頭高填方路段的回填料自重，減小地基所受荷載，不產(chǎn)生擠土效應(yīng)，極大地減小工后路基沉降量。因此，從理論和實(shí)踐綜合來看，“水泥攪拌樁+輕質(zhì)填料”方案效果很好，可以作為橋頭軟基處理的成熟組合方案進(jìn)行重點(diǎn)考慮。