软土地区桥头路基的处理方法

软土地区桥头路基的处理方法

王小雄汪明勇

（广东中山地质工程勘察院，中山528427）

摘要高速公路与桥梁的连接段，通常需将路基加高加宽，如桥头路基下存在较厚软土层，路

基软土将在上覆路堤荷载作用下发生侧向变形，此时桥台桩将承受来自于土体水平移动引起的侧

向荷载。土的侧向荷载对桥台桩基的水平位移和弯曲变形有重大影响，往往导致桥台桩身挠曲，

严重时将导致桥台或桥梁结构破坏。根据国内外文献资料，就软土地基上桥头路基填筑对桥台桩

的侧向影响研究现状进行分析，介绍目前处理软基上桥头路基填筑对桥台桩基影响的方法。

关键词软土路基路堤桥台桩基侧向变形

高速公路是带状构筑物，跨越地区广泛，沿线地质条件复杂。在高速公路与桥梁的连接段，通常需将路基加高加宽, 如桥头路基下存在较大厚度的软土层，路基软土将在上覆路堤荷载作用下发生侧向变形，此时的桥台桩将承受来自于土体水平移动引起的侧向荷载。土的侧向荷载对桥台桩基的水平位移和弯曲变形有重大影响，往往导致桥台桩身发生挠曲，严重时将导致桥台或桥梁结构的破坏。笔者根据国内外文献，就软土地基上桥头路堤填筑对桥台桩的侧向影响研究现状进行分析，介绍目前处理软基上桥头路堤填筑对桥台桩基影响的方法。

1 软土地区桥头路基设计标准

工后沉降标准：采取一般路段路面竣工后15 a之内路基底中心处的剩余沉降量不大于30 cm；对大桥、中桥、小桥桥头5～7倍桥台高度范围内的引道路基，在路面竣工后15 a内路基底面中心处剩余沉降量不大于10 cm，而控制上路面的时间设计中采用沉降速率法，即在路堤修筑以后观测沉降变化过程，当沉降速率小于某一数值，并根据沉降曲线推断今后可能发生的沉降量小于工后沉降标准后，再施工路面。考虑到路面荷载对沉降影响较大，同时建议对软土地段采用等载预压措施。稳定设计标准：稳定验算和稳定系数在施工期内，应用圆弧滑动法计算一般路基稳定系数应大于1.10；在营运期内，应用固结有效应力计算一般路段路基稳定系数应大于1.25；桥头填土路基考虑地震水平力的作用时，稳定系数应大于1.10。

2 软土地基桥台桩设计

软土地基桥头桩设计主要考虑以下两个问题。

本文2008年4月收到，6月改回。

2.1 防止桥台桩的水平位移

桥台桩不仅受到桥头填土偏心荷载作用而产生沿桥轴向的水平纵向位移，当软土地基抗剪强度不足，还因下伏软土的塑性流动，而使桥台桩产生较大的水平位移。地基侧向最大水平位移，一般离地表约4.5～8.0 m深度，主要由地基土的剪切变形产生。侧向位移的最大速率产生在路基填筑后期，填土后2～3个月达最大值，以后逐渐趋小。所以在桥头堆载预压稳定一段时期以后再施工桥台和桥台桩是必要的。对于设计来说，限制桥台桩位移以能保证正常使用为原则。设计时应根据桥头路基填土高度，软土地基埋置深度、厚度，以及桥台结构形式等，判断桥台桩前移的可能性，判定标准以填土的稳定系数为基础。

2.2 桥台桩负摩阻力的影响

从理论上分析，在计算桩的承载力时，应考虑桩侧非固结软土层在竖向荷载作用下的变形，当该压缩下沉量大于桩的竖向变位值（包括桩身压缩及桩尖下沉）时，将对桩产生负摩阻力。软土层的固结压缩变形是动态变化的，一般说，在通车时，地基土的固结压缩变形已达85％～90％以上，因此桩的负摩阻力大小很难确定。不同的假定、计算方法和公式很多。杭甬高速公路桥台桩的负摩阻力计算，采用一般负摩阻力计算公式，先确定产生负摩阻力的桩的中性点位置，再计算负摩阻力，确定桩长。一般情况下，计算桥台桩长不超过桥墩桩长。

3 软土地基的处理方法

3．1 等载预压法

利用路堤堆载预压是最经济的处理方案，其加固效果实在，消除工后沉降作用明显，当工后沉降仍不能满足要求时还可采用等载或超载预压的办法。南京机场高速公路地基的软土性质并不很差，且普遍存在粉砂夹层，或下卧砂层，因此土的原位固结系数一般要比室内试验结果大。因此，只要有一定预压期，可不用或少用其他排水固结措施，从而节省大量的工程处理费用，但处理的软土地基沉降量不宜太大，而且需要有足够预压期才能保证。

3．2 土工织物、砂垫层法

在路基底铺筑砂垫层、土工织物，是软基处理中常用的浅层处治方案，目的在于防止由于局部承载力丧失而造成的路基填土与软弱地基相互混杂，补偿土抗剪强度不足，防止由此可能导致的园弧滑动破坏，并可有效地加快工期，降低成本，减少路堤不均匀沉降。砂垫层主要起加快排水固结作用。有研究资料表明，因固结作用排出的水量是极其有限的。在没有水源补给的情况下，只需要具有一定透水性的材料，就完全能够承担起排水作用。土层的透水性是相对而言的，根据固结计算，相邻土层的渗透系数若相差50倍以上，渗透系数大的土层可按完全透水边界处理，在设计中充分考虑到这一点使软基处理方法更经济合理。

3．3 喷粉桩法

喷粉桩法的正式名称为深层喷粉搅拌法，是胶结法处理软土地基的一种。它利用水泥或石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制深层搅拌机械，就地在软土中利用压缩空气喷射石

灰或水泥干粉，与软土强行搅拌，利用固化剂与软土之间所产生的一系列物理—化学反应，使软土固结成具有整体性、水稳定性和一定强度的地基，以达到提高地基承载力、减少地基沉降量的目的。其地基应视为复合地基，桩土共同承担应力。它具有施工速度快，设备轻便，便于移动，方法容易掌握，处理深度较大，工后沉降较小，排水固结时间短，尤其可较好地解决桥头跳车现象等优点。20世纪80年代末此法在广州经济开发区试用，取得了较好效果，之后在高速公路软土地基处理中推广应用。佛开高速公路部分路段采用了这种方法。喷粉桩径一般60 cm，桩间距1.5～2.5 m，深度一般穿透软土地基，当软土厚度大时，桩长控制在15 m以内。用此法处理软土地基，大大缩短处理时间，为佛开高速公路的早日通车创造了条件。对喷粉桩进行抽芯、抗压及静载试验，表明喷粉桩复合地基设计、施工质量令人满意。

3．4 塑料排水板法

与袋装砂井的作用原理相同，设计方法也基本相同，只是所用材料不一样。目前国内厂家生产的多为宽10 mm，厚4 mm的带状有横槽的塑料板，其外包有土工布。塑料排水板的施工与袋装砂井基本相同。与袋装砂井比较，塑料排水板具有施工速度较快，效率高，施工机械轻便，对软土地基的扰动较小，可工厂化生产，抗折能力较强等优点。根据沈大高速公路软土地基处理资料，塑料排水板相对于袋装砂井可节约费用16%，因此近年来在软土地基中得到广泛应用。但由于国内厂家一哄而上，造成塑料排水板产品供过于求，产品质量不能保证，影响了其对软土地基处理的效果，其发展受到了一定限制。该法可单独使用，但一般是结合砂垫层或其他方法一起使用。佛开高速公路大部分软土地段采用塑料排板法进行处理，其平面布置呈正三角形，间距1.0～1.5 m，长度根据软土厚度具体确定，一般以打穿软土层为原则，桩长5～17 m。

4 结语

桥台桩基对桥头路基填筑速率十分敏感，加快填土，基桩挠度变化随即加剧；减缓填土，变化马上缓和。因此，在进行桥头路基填筑时，为了减小填土对桩基的不利影响，必须严格控制填筑速率。软土地基上，桥台桩身真实侧压力的分布及大小与桥头路基填筑高度、填筑速率以及软土蠕变性的关系今后值得进一步研究。无论采用何种方法进行桥台桩与侧向变形土体的数值模拟，合理地选取反映软土非线性性状的本构模型和输入土性参数是问题的关键。特别指出的是，有限元分析和离心模型试验均是研究桥台桩与侧向变形土体相互作用的有效方法，如果将两者结合起来，做到优势互补，不失为一个重要的研究手段。软土侧向变形引起桥台桩身土压力问题是研究桥台桩与运动土体相互作用的核心问题，目前在这方面的研究尚不够深入，可做进一步的试验和数值模拟方面的研究。