摘要：深厚淤泥地层大型工程的修建中最大难题之一就是对软土地基的处理，这不仅严重影响工程建设过程中的稳定和安全，并且也对工程建成以后长期的安全性有着重要作用。能够进行深厚淤泥地层地基处理的方法是多种多样的，但是同一地质条件下不同处理方式各有其优缺点，本文从深厚淤泥地层现浇箱梁处治全过程出发并根据重点观测断面现场监测结果，评价了不同地基处治工程区软基的加固效果，对地基处理后的沉降观测与控制进行分析，为类似地质条件下工程提供评价依据。
关键词：深厚淤泥层；现浇箱梁；支架基础；施工过程；支护方案
1 引言
沿海地区地基以深厚软土地基为主，往往不能满足地基变形和稳定的设计要求，这类地基若是直接进行大型工程的兴建带来严重的安全隐患，将产生大幅度地基沉降，将对工程安全性造成极大威胁，因此，大型工程施工前，需对其地基进行处理，常用的处理方式有换填法、预压法、挤密桩等。沿海地区现浇梁桥施工时由于支架基础地基存在较为深厚的软土，支架基础地基尚未完全固结，现浇梁施工对竖向支撑体系的不均匀沉降要求严格，尤其是在混凝土刚浇筑后尚未凝固期间，若是箱梁体系持续以较大速率下沉，这将无法保证支架体系的稳定性，梁体线形难以控制，甚至造成梁体结构破坏，存在极大安全隐患。
2 工程概况
流传特大桥桥长2284m，上部构造采用预应力混凝土现浇连续梁；全桥共二十四联；主桥部分宽33m，梁体重度较大，下部构造桥墩采用柱式墩、钻孔桩基础；线路沿线分布较多鱼塘和虾塘，地层结构依次为填筑土、饱和软土淤泥、粉质粘土、轻微液化细砂、非液化中砂层，其下基本为工程性能较好的残积层，下伏基岩为花岗岩的风化层。不良地质为人工填土、饱和软土淤泥层，淤泥层最厚达到35~40m，承载力较差，其下分布液化细砂层，再其下局部地段强风化层较厚，均已揭露碎块状强风化层。
流传特大桥现浇箱梁支架采用钢管贝雷架支架结构，跨径为35m，设一个中支墩，两跨简支梁。墩台设置一个35m×1.6m×0.6m的扩大基础作支撑，基础下面根据实际地质情况设桩。每排立柱共设14根ф529×8mm钢管作立柱，间距为13×250cm。如图2-1所示。
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图2-1 钢管贝雷架顺桥向布置图
3 软土地基处理方案
根据不同地基段淤泥层厚度，流传特大桥设计了多种软基处理方案，条形基础下设计挤密砂桩、水泥搅拌桩、CFG桩，碎石换填表层淤泥层。
3.1支架基础沉降观测
软土地基基础沉降成为工程建设中影响工程安全和质量的关键因素之一，加强沉降观测分析是防控软土地基础沉降所带来工程危害的有效途径。软土地基在堆载预压期间地基各个下沉速率与加载方式直接相关，应根据每日监测数据反馈及时调整堆载布置方式和速度，这可指导施工单位因时因地制定合理的堆载计划确保工程的安全和效率。堆载预压期间按照规范要求对基础测点进行标高监测，这不仅是控制预压堆载的加载速率和卸载时机重要的根据，同样是对地基处理效果最为明显的反映。由于支架基础及支架预压的荷载都是临时荷载，在施加之后持续一定时间等到满足设计的工后沉降要求之后卸除的，从工期进度的角度考虑，如何确定合理的卸载时机是预压工程的关键所在。
1）观测点布置：每孔设5个观测断面，位置分别为：起点、1/4跨、1/2跨、3/4跨和终点，每个断面设两侧翼、板箱梁左、中、右5个观测点，分别等距设在翼板、箱梁底板两侧边缘及桥中心线处箱梁底板上，对应地面布设相同观测点。保护观测点，不得人为或机械设备破坏监测点，发生碰撞后及时进行复测，必要时重新观测。
2）卸载条件：当满足下列条件之一时，判定支架预压合格；：①各监测点连续24h的沉降量平均值小于1mm：②各监测点连续72h的沉降量平均值小于5mm。
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图3.1-1 支架基础测点布置图
3.2挤密砂桩复合地基布置
流传特大桥第二十三联，根据地质纵断面图此段地质分为五层，第一层填土层厚度为2～3m，第二层上淤泥层厚度为3～5m，第三中砂厚度为4～7m，第四层下淤泥层厚度1～4m，第五层底层一般为砾砂、全风化岩石、粉质黏土、土质强风化花岗闪长岩等。针对该段软土地基，设计采用挤密砂桩地基加堆载预压进行处理。
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图3.2-1 挤密砂桩处理示意图
挤密砂桩设计如图3.2-1所示，设计间距为1.2m，采用等边三角形布置。处理深度以穿过淤泥层进入硬壳层1m控制，砂桩采用振动沉管，桩的直径采用0.4m，采用渗水率较高的中、粗砂，含泥量不大于3%，渗透系数不小于5×10-3cm/s。砂垫层摊铺厚度50cm。垫层两端采用透水土工布包裹。土工格栅采用双向聚合土工格栅。为了限制地基软土的侧向位移，采用双向钢塑土工格栅反包。
为了现浇箱梁支架在施工期间的安全，对整个施工期间柱下条形基础标高进行监测，选取了一些典型断面标高变形数据为依据绘制了一些变形曲线图、柱状图试图分析其变形特征。流传特大桥第23联砂桩处理地基上现浇箱梁支架柱下条形基础在施工期间变形系列如图3.2-2、图3.2-3所示：
预压阶段从基础测点标高时程曲线和测点累积沉降柱状图可以看出，图中5个测点变化规律基本一致，只是变化大小不同。对比同一断面5个测点的累积沉降值，可以发现条形基础不同位置的沉降情况并不完全相同，其中在支架堆载预压过程中，如图5所示中墩条形基础中间测点观测的累计沉降值最大，越往两边变形越小，呈三角形状分布，分析是由于柱下条形基础的受力导致中间受力大，两侧受力小。地基土随着预压的进行不断以较大速率沉降，图中测点在预压期间累积沉降最大处在中墩测点3达到160mm，而中墩的累积沉降最小处为31mm，现场整个中墩基础呈一个反置的扁担状，沉降变形不均匀甚至导致基础部分地方开裂。
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（b）测点累积沉降柱状图
图3.2-3 中墩标高监测系列图
支架上沙袋卸载后，基础测点标高明显反弹，这是由于堆载预压阶段有一部分沉降为弹性变形，此部分变形在卸载后恢复，该阶段任在继续下沉，分析原因一是由于地基软土的主固结沉降未完全完成，二是软土地基的次固结沉降引起。现浇箱梁在浇筑完成后条形基础继续以较小速率下沉，同样说明了堆载预压期间地基主固结沉降不到位。
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（b）立柱旁基础开裂
图3.2-4 现场条形基础变形及开裂图
由图3.2-4可以看出支架基础沉降随着预压的进行有较大沉降，除了变形不均匀和局部开裂外，条形基础整体尚能保持稳定。在该段砂桩处理的地基段有如下特征：
1、条形基础变形中间大，两边小，呈一个反置扁担状，如上图所示，严重不均匀沉降使得条形基础开裂对工程造成安全隐患，边墩由于有桥墩钻孔桩的存在变形小且变形均匀。
2、地基在经过砂桩处理后地基沉降速率很快，这说明了砂桩复合地基的处理方式能够加快软土地基的固结沉降，使得软土地基能够在较短时间达到一定固结度进而加强了地基的承载力。
3、由于该软土地基含水量高、透水性差，砂桩发挥的挤密效果不明显，主要作用是部分置换与软土地基共同形成复合地基，同时加速软土的固结，从而增大图的强度，提高软基的承载力。条形基础变形大且不均匀，这说明了砂石桩复合地基处理形式的不当，这对现浇箱梁施工造成巨大安全隐患，无法满足在该地质条件下的特大桥现浇箱梁支架基础施工。
3.3 水泥搅拌桩处理方案
流传特大桥第二十一联地质情况与第二十三联近似相同，设计使用水泥搅拌桩对软土地基进行处理，设计水泥搅拌桩间距为1.4m，采用等边三角形布置。水泥搅拌桩桩径0.5m，采用渗水率较高的砂垫层摊铺厚度50cm，垫层两端采用透水土工布包裹。为限制地基软土的侧向位移，砂垫层中设置双向钢塑土工格栅，水泥搅拌桩设计如图3.2-5所示：
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图3.2-5 水泥搅拌桩处理示意图
流传特大桥第二十一联的监测断面布置及测点布置与上文中二十四联相同，不再赘述。图3.2-6、图3.2-7为第二十一联钢管支架柱下条形基础在整个施工过程中的监测数据。
从图3.2-6、图3.2-7中条形基础中墩和边墩典型断面的标高时程曲线和五个测点不同时间段的累积沉降柱状图可以看出，预压期间沉降的增加随着逐级预压呈阶梯状增长，堆载预压卸载后地基沉降曲线变得平滑但任以缓慢速率下沉，这是地基软体的欠固结性质引起的，这与二十三联变形特征是一样的，说明了软土地基在堆载预压下固结沉降变形的特点。浇筑完成后地基又发生较大速度沉降，一部分是由地基由于加载带来的弹性变形产生的，这一部分变形在过后几天反弹，图中明显可见有回弹变形；另一部分则是固结变形，由地基塑性区的开展继而扩大所产生的侧向剪切位移而引起的位移，这说明预压堆载并不完全，地基软土的固结变形尚未完成堆载物就已经卸载流传特大桥第二十三联在各个阶段的达到相同沉降值的时间要快，且测点累积沉降比第二十四联小，这说明了水泥搅拌桩在软土地基中的效果较好。但中墩条形基础各个测点的累积沉降值任有较大差异，不均匀沉降任很严重，分析是由于预压时砂袋布置不均，以及柱下条形基础的受力不均导致。第二十一联地基沉降变形依然很大，最大处任在中墩基础的测点3达到140mm。
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（b）测点累积沉降柱状图
图3.2-7 中墩标高监测系列图
经由水泥搅拌桩处理过后的软土地基上的条形基础整体较为稳定，变形比第二十三联砂桩处理的软土地基小，也并未发现基础出现裂缝。在该段水泥搅拌桩处理的地基有如下特征：
1、条形基础变形仍然是中间大，两边小，呈一个反置扁担状，沉降严重不均匀对工程形成安全隐患。
2、地基在经过水泥搅拌桩处理后地基沉降速率更快，累积沉降值减小，这说明了水泥搅拌桩对淤泥地层处理有一定作用，增加了地基承载力，提高了基础稳定性。
4结论与展望
（1）深厚淤泥地层地基在经过砂石桩处理后未达到预想效果，说明砂石桩不太适用于该软土地基。由于现场水泥搅拌桩的处理深度有限，经水泥搅拌桩处理后效果稍好，但同样沉降也耗费较长时间。
（2）流传特大桥虽然使用了多重措施来减小软土地基的沉降，但由于深厚淤泥地层承载力小、欠固结程度大的本质，现浇箱梁桥桥在深厚软土地基上施工无法避免沉降的发生，地基土不但要较长的固结沉降时间，且变形量可能很大。
（3）沉降变形主要发生阶段在预压阶段，此时是检测地基处理有效性的重要阶段，应加强对基础变形进行监测，现浇箱梁梁桥在浇筑完成后任在继续沉降，建议有必要以一定频率对其沉降进行继续监测以得到现浇箱梁梁桥支架基础在深厚软土地基上完整的变形规律从而针对设置其他各联的底模板预拱度。
（4）沉降观测分析通过监测实际高程变化分析沉降规律，计算和预测地基的变形量和变形趋势，为工程的施工建设、沉降控制和纠偏加固提供依据。
现浇箱梁施工对竖向支撑体系的不均匀沉降要求严格，尤其是在混凝土刚浇筑后尚未凝固期间，若是箱梁体系持续以较大速率下沉，将导致梁体的线形难以控制，甚至造成梁体结构破坏，需要探索一个更为科学的加固方式来减小沉降和工期，所以找到一个合理的地基处理方式是一个值得研究的问题，本文以对于现浇箱梁支架基础施工过程中的砂桩和水泥搅拌桩在深厚软土地基下施工方案和监测结果进行分析并对处理方法的应用进行评价，为其他类似地质条件地区提供地基处理的参考。
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作者简介：
1.郭亚欣（1982-），女，云南丽江，工程师，长期从事水电、铁路、公路工程施工技术及管理工作。
2.李 坚（1982-），男，云南昆明，高级工程师，长期从事水电、铁路、公路工程施工技术及管理工作。
论文作者:郭亚欣,李坚,王应龙
论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期
论文发表时间:2020/4/2
标签：地基论文; 预压论文; 基础论文; 支架论文; 条形论文; 淤泥论文; 土地论文; 《基层建设》2019年第31期论文;