浅谈中小型桥梁及涵洞软弱地基的处理方法论文_张琦锋

摘要:本文主要分析了中小型桥梁及涵洞软弱地基的处理方法，首先分析了软弱地基的组成和特性。并且阐述了现阶段我区中小型桥梁工程地基的基本条件分析了软弱地基对桥梁和涵洞的影响，最后介绍了软弱地基的处理方法。

关键字：软弱地基 桥梁 涵洞 处理方法

前言：

软弱地基主要成分以杂填土，冲刷土，淤泥质土为主。软弱土层本身是高度可压缩的，无上部支撑能力或者较弱的上部支撑能力并且软弱地基内部含有大量的淤泥以及含量较低的腐殖质。软弱地基主要包括泥炭，淤泥以及淤泥质土[1]。根据软弱地基的物理沉积环境，我们目前将软弱土层分为四种类型：河岸沉积物，湿地沉积物，沿海沉积物，湖泊沉积物。一般来说，软弱土层主要具有以下几项特点[2]：

图1 软弱地基土粒粒径分布图

①软弱土层的土体具有低密度，高含水量，高压缩性，以及土体的受力强度较差、中等力学灵敏度并且土体呈现低透水性。 软弱土层的水分含量一般大于40%小于50%，土体的孔隙率要超过1.0或者更大，土体整体的强度处于10至30kPa之间，土体力学灵敏度为4至8的范围内，土体排水固结三轴压缩系数为0.5至1.0MPa，土体整体弹塑形指数约20。 因此，软弱土层的土体的排水固结非常缓慢并且土体压缩沉降非常大，土体的整体稳定性差。

②软弱土层的土体本身具有一定的结构形式。土体本身的结构形成涉及到土体内部的孔隙水组成，土层的沉积年龄，土体的矿物组成和沉积环境的差异。一般来说，软土地基具有结构特征，软土地基的结构强度可以依靠固结比进行比较。并且由摩尔库伦本构可知土体的力学性能和土体的应力水平和受力形式密切相关。当主应力数值高于某一临界值时，软弱土层土体结构就会受到破坏并且随着主应力的不断变化，土体的破坏形态也在不断改变。并且这种受力变形问题不能在短时间内有效改善并且变形后的位移具有不可逆的特性。如果土体受力水平相对较低时，土体将表现出良好的力学性能。

1现阶段我区中小型桥梁工程地基的基本条件

1. 1残积砂质粘性土

土体主要表现棕灰色，灰白色和灰黄色。砂质粘性土的土壤非常坚硬，土体饱和度非常大。土体的颗粒的主要形状是粉末状颗粒或粘性粒状颗粒形态。残积砂质粘性土的土体整体柔韧性相对较差不如普通粘性土，主要是因为该土层的来源是花岗岩的风化残积物堆积而成。该种土体的土层整体厚度相对较厚，土层厚度范围一般为2.00到9.00米之间。

1. 2 粉质粘土

粉质粘土的外观大体为棕灰色，灰白色和灰色三种颜色。这种土壤整体性能不同于其他土壤。粉质粘土本身具有一定的可塑性在工程实际的过程中可以对粉质粘土的土体进行固结硬塑化处理。大多数粉质粘土的土体颗粒呈现为粉末颗粒和粘性块状颗粒形状但是粉质粘土的土体强度，柔韧性和土体的压缩性都处于一般水平并且无较大幅度变化。粉质粘土的形成原因是普通岩石风化的坡积物。粉质粘土的厚度比残积砂质粘土的厚度相对要薄，大约在1.60至7.65 m的范围内。

1.3中砂质土

中砂质土的颜色大体为棕灰色，灰白色和灰黄色。 土体整体饱和度非常好，并且密度适中，中砂质土土体形状为颗粒状，土体颗粒的直径通常超过0.04mm。土体成分主要由泥质岩土成分组成。主要在于成因为冲积岩石的沉积物，土体整体的厚度在1.1至4.6m的范围内。

1.4淤泥质土

淤泥质土的土体大体颜色主要为灰色或者深灰色。土体颗粒主要由粉末颗粒和粘土颗粒组成。虽然土体本身具有非常好的均匀性但土层中也含有一些植物腐殖质。植物腐殖质和土体颗粒等几个部分综合看起来使土体外观本身表现很细腻并且带有一定的光泽，因为土层中含有一定的腐殖质所以使土体本身呈现一定微弱的恶臭气味。

相比于其他土层的物理性质。淤泥质土的震动实验的反应不明显，土体切割表面非常光滑并且土体柔韧性非常差。主要原因是土体的成因来源于海水中物质的积累，土体本身厚度大约在3.00到10.0m之间土体厚度整体接近于残积砂质粘性土。

图2 淤泥质土外观图

1.5素填土

杂填土的土体本身颜色大体为是深灰色，灰色和混合色。土体本身非常潮湿，杂填土土体本身主要成分以粘土为主，除了粘土成分以外土层中还含有多种杂质，如：粗砂，碎石等。并且土体本身相对松散如果将杂填土作为基础持力层在施工过程中需要对土体进行加固并且土体本身结构中含有一定量的植物根系成分该中土体主要用于农作物耕种。土层本身的厚度相对较薄大约在1.60至7.65 m的范围内。

表一 各土层的主要物理指标

2 软弱地基对于桥梁和涵洞造成的影响

2.1 沉降量

因为软弱地基土在桥梁和涵洞的施工前未得到有效加固。当桥梁投入使用以后，由于桥梁的基础给软弱地基施加恒定的竖向压力进而导致桥梁在使用过程中不断下沉并且引起的下沉将不断累积并达到一定水平。因为桥梁地基的不断下沉，进而将会导致出现桥面间隙扩大和桥底基础底部污垢和桥面积水等问题。更严重的情况将会出现桥梁基础土体的剪切破坏，进而导致更严重的沉降问题。比如桥梁实际功能的丧失以及造成桥梁路面的损坏。

图3 沉降测量仪

2.2 长度方向路面中心线沉降过大问题

根据桥梁路面和涵洞接触压力的有限元计算数据分析得知，在使用过程中桥梁基础底座的压应力不断增大。如果桥梁路面的基础处理方法不充分，就会导致位于软土地基上路面中心的沉降量越来越大，进而导致路面中心两侧的高度变得越来越高。并且由于桥梁的整体沉降导致路面绝对高度的降低。进而出现路面中心低两侧高的现象，结果导致雨水积聚在路中心并损坏路面的中心。

2.3 桥梁节段错台

如果桥梁相邻的桥节有不均匀沉降问题就会导致错台的现象，一般情况下错台不影响桥梁使用。然而在软土地基上建造的桥梁这种问题会变得比较严重，因为软土地基在实际过程中沉降量比较大。由于路面的纵向受力不均匀，因此两个相邻部分的软土地基上的竖向应力一般不能相等再加上软弱地基承载力差沉降量大的特点，进而导致两个相邻部分的不均匀沉降。桥梁如果铺设在两种土体之上。由于不同的土层表现出不同的可压缩性进而导致两个桥节的下沉是不同的，这就导致错台的发生。

2.4 路面结构自身破坏问题

由于地基沉降不均匀附加应力达到一定程度导致桥梁路面结构受力产生裂缝。如果由于基础的变形问题而使桥梁的节段顶部的部分紧密接触，则会导致桥梁节段部分应力过于集中进而导致桥梁节段的局部损坏问题。

2.5 涵洞和附属建筑物破坏

在桥梁设计和施工过程中，桥梁附属建筑物和涵洞的地基处理常常会被忽视，因为附属建筑物和涵洞的故障处理相比于桥梁路面容易。但是软弱地基沉降量比较大的特点，会使这种问题会变得比较严重并且会给附属建筑物和涵洞带来较大的影响。

3.软弱地基的处理方法

软土地基处理通常根据软土地基的特殊性质来进行，一般采用塑料排水板加固，深层密实，土层置换等技术方法。

图4 软弱地基处理流程图

3.1塑料排水板地基处理技术

它是指利用机械装置将塑料排水板插入不同深度的软土层中，然后根据预压原理将软土地基中的水沿着塑料板和沙子向外渗透。这种方法属于新的技术手段，近年来该种技术已广泛应用于土层加固业务。这种方式排水固结效果比较好，并且成本非常低。技术构造简单，经验丰富。因此，它深受建筑行业的喜爱。

3.2 深层密实法

该方法涉及使用挤压，振动，冲击和夯击方法在软土地基上进行固结和密实操作。这种方法与浅层加固方法有所区别，不仅使用了施工设备，还可以进一步扩展软土地基的深度范围。

表二 软弱地基处理方法比较

3.3 换填土法

如果软土地基的承载力和抵抗变形的能力不能满足设计要求并且此时软弱土层厚度小我们就可以专门去除全部和部分软弱土层。使用基础底部的坚实土层承受荷载或者用更高强度的砂石对原有土层进行替换并保证达到规定的密实厚度。这种技术通常用于公路结构的地基处理。通常情况下上述措施可用施工机械碾压和平板震动或者使用重锤或机械滚动等装置来实施。采用上述装置不仅可以对原有土层进行密实加固还可以对填土进行有效处理。换填土法主要用于大量含有杂填土，淤泥和淤泥质土的地基或者场地原本是暗沟，湖泊等区域。

3.4强夯法

利用下降距离为8至20米的高差，重量为8至30吨的重锤在地基上可以形成冲击波和竖向应力，实现软土地基压实和振动，从而实现软弱土体的固结密实。 近年来出现了动力固结法，该方法依赖于碎石，矿渣等压制材料的强力夯实技术。利用强力将碎石压入软土地基中进而在基础上形成砾石墩。因此该种方法有效地提高了基础的承载能力，并改善了沉降问题。

3.5 管桩加固法

软土土层中桩基工程的处理方法可以在施工现场进行钢筋混凝土管桩工序。该种方法主要依赖于桩筒内侧与基础土体的结合作用进而有效地提高了整桩和土体的摩擦阻力，从而提高了单桩的承载力。

3.6碎石桩加固法

它是采用一种振动，冲击的手段在软弱基础上钻孔之后，将沙子和砾石推入孔中。由于形成大直径的密集桩，并且桩身内部结构由砂石组成所以称为碎石桩，并且我们将砂桩和碎石桩统称为砂石桩。砂石和土体一起形成复杂的受力结构，并且将这种土层作为持力层考虑，此种结构进一步增强了基础的支撑能力和良好的处理了基础变形的问题。这种技术适用于杂填土，砂性土和粉土等地基。在早期阶段，碎石桩加固法通常用于砂性土基础，但是随着科学技术的发展，特别是应用于桩基施工的设备不断发展，该种技术目前被广泛应用。

3.7加筋处理法

加筋处理法是利用土工合成材料，例如锚杆，土钉和加筋土来增加基础的支撑，减少软弱土层的沉降等。土工合成材料利用低强度土工合成材料的韧性特性来改善软弱土层内部土体的结构组成。在加筋土中通过土颗粒之间的摩擦和改善软弱土体的抗拉强度进而改善软弱土体的稳定性。锚杆技术利用土层和锚杆之间的粘合强度来改善软弱土层的稳定性并且主要适用于需要将拉应力转移到稳定土体中的施工工程。

4案例分析

4.1项目简介

2014年沟通水系--海湾中心河应急抢险工程上海市奉贤区海湾旅游区，工程内容：新建桥梁2座，河道疏浚1001米，新建护岸885米，接坡道路523.2平方米，道路修复300平方米，绿化种植14987平方米

4.2处理方法

本项目桥梁工程包括跨海湾中心河奉炮公路桥和跨白河海拓路桥2座桥梁，其中奉炮公路桥桥面净宽度为12米，桥梁总长度30米，每跨均为10米，下部构造为每排4根Φ800钻孔灌注桩基础，桥墩上部采用钢筋混凝土盖梁，桥台为钢筋混凝土轻型桥台，设钢筋混凝土翼墙和耳背墙，板式橡胶支座；上部构造为520高先张法预应力空心板，100厚C40钢筋砼铺装层，2mm厚沥青防水层，40厚细粒式沥青混凝土铺装层；海拓路桥桥面净宽度为8米，桥梁总长度28米，跨度为8米+10米+8米，下部构造为每排3根Φ800钻孔灌注桩基础，桥墩上部采用钢筋混凝土盖梁，桥台为钢筋混凝土轻型桥台，设钢筋混凝土翼墙和耳背墙，板式橡胶支座；上部构造为620高先张法预应力空心板，100厚C40钢筋砼铺装层；栏杆均为金属、筑造石结合式结构，桥台后均设300厚C30钢筋混凝土搭板。

小结

本文针对软弱地基的组成和特性阐述了中小型桥梁及涵洞软弱地基的处理方法。并且阐述了现阶段我区中小型桥梁工程地基的基本条件分析了软弱地基对桥梁和涵洞的影响，最后介绍了软弱地基的处理方法以及各种方法之间的优缺点对实际工程具有一定的指导意义。

参考文献：

[1] 魏松涛. 冲湖积平源软弱地基沉降规律及处治措施研究[D]. [出版地不详]: 长安大学, 2007.

[2] 蓝磊. 论道路桥梁建筑施工中软弱地基的处理方法[J]. 公路交通科技(应用技术版), 2015, 11(5): 26-28.

论文作者:张琦锋

论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期

论文发表时间:2020/1/16

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