浅析软土地区桥梁基础工程问题
2016-10-17
软土一般指在静水或缓流水环境中以细颗粒为主的近代粘性沉积土，是一种呈软塑到流塑状态的饱和粘性土，常含有机质，天然孔隙比通常大于1，当e大于1.5时称为淤泥，小于1.5大于1.0时称为淤泥质土。习惯上也把工程性质接近淤泥土的粘性土统称为软土。软土具有抗剪强度低、透水性低、高压缩性、对结构破坏敏感、流变性等特点。
在软土地区修筑桥梁及道路人工构造物必须首先进行较详细的工程地质、水文地质勘测工作，查明该处软土的地质及工程特性，掌握全面的、翔实的资料，这是正确布置构造物，选择适当结构类型的首要条件，也是保证设计和施工能紧密结合实际情况，采取有针对性措施的必要条件。
软土地基的强度、变形和稳定是工程中必须全面、充分注意的问题，是造成桥梁、道路人工构造物、基础过大沉降、不均匀沉降、位移、倾斜、开裂、失稳或严重损坏等事故的主要原因。
一、掌握工程地质资料合理布设桥涵
我国沿海、内陆等地的软土由于沉积年代、环境的差异，成因的不同，他们的成层情况，粒度组成，矿物成分有所差别，使工程性质有所不同。不同沉积类型的软土，有时其物理性质指标虽较相似，但工程性质都并不很接近，不因借用。软土的力学性质参数宜尽可能通过现场原位测试取得，为设计提供可靠数据。
在软土区，桥梁位置（尤其是大型桥梁）既要与路线走向协调，又要注意构造物对工程地质的要求，如果地基土属深、厚软粘土，特别是流动性的淤泥、泥炭和高灵敏度的软土，不仅设计技术条件复杂，而且将给施工、养护、营运带来许多困难，工程造价也就增大，应力求避免，另选择软土较薄、均匀、灵敏度较小的地段可能更为有利。对于小桥涵，可优先考虑地表“硬壳”层较厚，下卧为一般均匀软土处，以争取采用明挖刚性扩大基础，降低造价。
在确定桥梁总长、桥台位置时，除应考虑泄洪、通航要求外，宜进一步结合桥台和引道的结构、稳定考虑。如能利用地形、地质条件，适当的布置或延长引桥，使桥台置于地基土质较好或软土较薄处，以引桥代替高路堤，减少桥台和填土高度，会利用桥台、路堤的结构和稳定，在造价、占地、养护费用、营运条件等统盘考虑后，往往在技术上，经济上都是合理的。
软土地基上桥梁宜采用轻型结构，减轻上部结构及墩台自重。由于地基易产生较大的不均匀沉降，一般以采用静电结构或整体性较好的结构为宜，如桥梁上部可采用钢筋混凝土空心板或箱形梁；桥台采用柱式、支撑梁轻型桥台或框架式等组合式桥台；桥墩宜用桩柱式、排架式、空心墩等。涵洞宜用钢筋混凝土管涵、整体基础钢筋混凝土盖板涵、箱涵以保证涵身刚度和整体性。
二、软土地基桥梁基础设计应注意问题
我国在软土地区的桥梁基础，常用的是刚性扩大基础（天然地基或人工地基）和桩基础，也有用沉井基础的，现结合软土地基的特点，介绍设计时应注意的几个问题。
1、刚性扩大浅基础
在较稳定、均匀、有一定强度的软土上修筑对沉降要求不严格的矮、小桥梁，常争取采用天然地基（或配合砂砾垫层）上的刚性扩大浅基础。如软土表层有较厚的“硬壳”也应考虑利用。刚性扩大基础常因软土的局部塑性变形而使墩、台发生不均匀沉降，由于后台填土的影响使桥台前后端沉降不均而发生后仰也是常见工程事故，有时还同时使桥台向前滑移。因此在设计时应注意基础受力不同的边缘（如桥台基础的前趾、后蹱）沉降的验算及其抗滑动、倾覆的验算。
防治措施：可采用人工地基如有针对性的布设砂砾垫层，对地基进行加载预压以减少地基的沉降和调整沉降差，或采用深层搅拌法，以水泥土搅拌或粉体喷射搅拌桩加固软土地基，按复合地基理论验算地基各控制点的承载力和沉降（加固范围应包括桥头路堤地基的一部分）；采取结构措施如改用轻型桥台，埋置式桥台，必要时改用桩基础等；也有建议对小桥（如单孔跨径不超过8m，孔数不多于3孔）可将相墩台刚性扩大基础扩展联合成整体，形成联合基础板，在满足地基承载力和沉降同时，可以解决桥台前倾后仰和滑移问题。但此时为避免基础板过厚，常需配置受力钢筋改为柔性基础，应先进行技术、经济方案比较，全面分析选用。
2、桩基础和沉井基础
在较深厚的软土地基，大中型桥梁常采用桩基础，它能获得较好的技术效果，如经济上合理，应是首选的方案。施工方法可以是打入（压入）桩、钻孔灌注桩等。要求基桩穿过软土深入硬土（基岩）层以保证足够的承载力和较小的沉降。软土很厚采用长的摩擦桩时，应注意桩底软土强度和沉降的验算，必要时可对桩周软土进行压浆处理或做成扩底桩。
打入桩的桩距应较一般土质的适当加大，并注意安排好桩的施打顺序，避免已打入的邻桩被挤移或上抬，影响质量。钻孔灌注桩一般应先试桩取得施工经验，避免成孔时发生缩孔、坍孔。
软土地基桩基础设计中，应充分注意由于软土侧向移动而使基桩挠曲和受到的附加水平压力；由于软土下沉而对基桩发生的负摩阻力，现分述如下：
（1）地基软土侧向移动对基桩的影响。在软土上桩基础的桥台、挡墙等，由于台后填土重力的挤压，地基软土侧向移动，桩——土问产生附加水平压力，引起桩身挠曲，使桥台后仰和向河槽倾移，甚至基桩折损等事故。在深厚软土上修桥，特别是较高填土的桥台日益增多，这类事故时有发生，已引起国内外基础工程界广泛重视。
（2）地基软土下沉对基桩的影响。软土下沉使基桩承受到负摩阻力，将产生较大的沉降或使桩身向压屈破坏，必须予以重视，分析并计算基桩上负摩阻力。在较厚较软土上下沉沉井，往往因下沉速快陕而发生沉井倾斜、位移等，应事先注意采取防备措施如选用轻型沉井、平面形状采用圆形或长宽比较小的矩形、立面形状采用竖立式等，施工时尽量对称挖土控制均匀下沉并及时纠偏。
三、桥台及桥头路堤软土地基的稳定
软土地基抗剪强度低，在稍大的水平力作用下桥台和桥头路堤容易发生地基的纵向滑动失稳，应按已介绍的方法进行验算，如稳定性不够，小桥可采用支撑梁、人工地基等，大中桥梁除将浅基改为桩基，延长引桥使填土高度降低或桥台移至稳定土层上外，常用方法是采取减少台后土压力措施或在台前加筑反压护道（应注意台前过水面积的保证），埋置式桥台也可同时放缓溜坡，反压护道（溜坡）长度、高度、坡度，以及地基加固方法等应该经计算确定，施工时注意台前、后填土进度的配合，避免有过大的高差。
桥头路堤填土（包括桥台锥坡）横向失稳也须经过验算加以保证，需要时应放缓坡度或加筑反压护道。
桥头路堤填土稍高时，路堤下沉使桥台后倾是软土地区桥梁工程常发生的事故。除应对桥台基础采取前述的有针对性的结构措施及改用轻质材料填筑路堤外，一般也常对路基采用人工加固处理。
软土地基加固技术，我国近年来发展很快，浅层加固处理有砂砾垫层，深层加固处理有堆载排水固结法、振冲法、深层水泥浆搅拌法、粉体喷搅法等得到广泛的应用，强夯法也在探讨使用中。
参考文献
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