上海地区软土地基桥台位移病害分析及防治措施

上海地区软土地基桥台位移病害分析及防治措施

郁雯俊

同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司上海200000

摘要：上海地区软土地基广泛分布，经常遇到软土地基上修建高填土桥台的情况。软土层会因压密下沉而发生塑性流动，从而使得桥台桩基承受附加水平压力并发生前移，若对此不采取有效措施，常常会引发严重的桥台病害等问题。本文综合分析了软土地基桥台前移的原因，探讨了软土路基影响桥台桩基的几个关键问题，并从设计、施工两方面提出防治软土地基桥台前移的处理措施，这对软土地基桥台的设计、施工有一定的参考价值。

关键词：软土地基、桥台位移、病害、防治措施

1、引言

软土是指在静水和缓慢流水环境中沉积的以黏粒为主的近代沉积物，具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、扰动性大、土层层状分布复杂等多重特点。软土地基是桥梁建设施工中较为常见且危害较大也是较难处理的一种土质形式。上海濒江临海，位于长江三角洲入海口东南前缘，软土地基广泛分布，给桥梁工程的建设带来了极大不便。

软土地基由于其强度低、压缩性大，对桥梁的影响主要有两方面[1]：

（1）软土地基压密下沉；

（2）填土引起软土地基塑性流动。

对于桥墩，软土地基的影响主要体现在第一方面，但对于桥台，后一问题更显重要。赵利民[2]指出，软土地基上修建高路堤桥台时，软土层会因压密下沉产生塑性流动，使得桥台桩基承受附加水平压力而前移，若不对此采取有效措施，常常会引发严重的桥台病害等问题。马少卿[3]针对软土地基桥台设计进行了研究探讨，并以工程实例分析软土地基桥台的受力情况。孙文斌等人[4]结合淮安市桥梁建设实践，调查了软土地基中由桥台位移而造成的桥梁病害，并从设计、施工和养护三方面提出了相应的预防措施。陈睿等人[5]分析了软土地基桩基桥台出现位移的原因，并简要介绍了几种防治措施，提出了施工中应注意的事项。

软土地基桥台出现位移所产生的危害主要表现在以下几个方面：

（1）桩基破坏：软土地基发生侧向变形，从而挤压桩身，桩基发生挠曲甚至断裂破坏；

（2）支座、伸缩缝破坏：软土地基塑性流动使得桥台向跨中方向移动，导致伸缩缝发生破坏或失去伸缩机理，同时较大的水平力也会造成支座的破坏。

（3）无法架梁：当事先进行台背填土时，桥台前移将导致预制梁无法安装。

由上述可知，软土地基桥台侧向位移对桥梁具有极大的危害，需在桥梁建设过程中采取相应措施，以减小桥台位移。本文结合上海地区某桥梁实际工程，从设计与施工两个方面探讨桥台位移的防治措施，为上海地区软土地基桥台建设提供合理建议。

2、工程概况

上海地区某城市道路简支桥梁，上部结构采用3跨22m空心板梁，桥面连续，桥宽24m，桥墩采用墙式桥墩，桥台采用埋置式桥台，桩基采用0.8m钻孔灌注桩，桥台采用梅花型布置，总体布置如图1所示：

图1全桥整体布置图

该工程为软土地基路段，软土厚度达10m~15m，天然含水量45%左右，呈软塑~流塑状态，压缩系数位于0.5~2.0之间，软土孔隙比在1~2之间，属高压缩性、高孔隙比土层，具有强度低、压缩性高的特点。本工程场地条件较差，填土高度在3m左右，在上海地区具有很强的代表性。

3、设计构造防治措施

软土地基桥台侧向位移的大小受很多因素影响，国内外许多专家学者对桥台侧向位移的计算进行过深入研究，但均未能取得令人满意的理论成果。在实际设计过程中，设计人员往往仍采用基于“m”法的规范推荐算法，计算桥台侧向位移。此种方法的好处是可以通过采用不同的m值，对不同土基进行模拟，土层m值越大则代表桥台附近土层力学性能越好。根据上海地区软土地基特性，在进行桥台计算时，m值可取为4000kN/m4。同时根据上海多座桥梁实际工程检验，当采用本文计算方法所得桥台侧向位移小于1cm时，能有效避免桥台侧向位移所造成的危害。本文设计阶段控制措施也是基于该前提进行探讨。

从受力角度分析可知，影响桥台侧向位移大小主要有两个方面，即“荷载”与“抗力”。“荷载”指的是桥台所受荷载大小，设计构造中影响因素主要有填土高度、填料重度。降低填土高度，减小填料重度均可减小桥台所受荷载，从而减小桥台侧向位移；“抗力”则指的是桥台抗水平推力的能力，影响桥台抗推能力的因素较多，具体包括桥台型式、桩基布置型式、桩基直径、桩间间距等。选择抗推刚度较大的桥台型式，加大桩基直径，减小桩间间距，均可增加桥台抗推能力，从而减小桥台侧向位移。

为便于设计人员对软土地基常规桥台设计有定量的认识，本文将基于上述工程实例着重讨论填土高度h、台后换填土重度γ、桩基横向间距d1、桩基纵向间距d2及土层特性m对桥台侧向位移的影响，并给出合理建议。

图4填土高度对桥台水平位移的影响

由上图可知，随着填土高度的增加，桥台侧向位移不断增大，且呈现加快的趋势。当台后填土高度大于3.0m时，桥台侧向位移接近限值1cm。由此可知，对于上海地区软土地基桥台，当采用本文工程案例中的布桩形式时，填土高度不宜大于3.0m，在设计容许的情况下，应通过路线纵坡尽可能降低桥台填土高度；若由于路线因素，填土高度不能有效降低，则需考虑其他布桩形式或采用采用重度较小的填料。

3.2台后填料容重γ

此处以台后填料容重γ为参数，并分别取值为19、10、0.35kN/m3（分别对应为土体、泡沫混凝土、EPS块体），以模拟目前常用的台后填料。桩基采用上海常用的桩径0.8m钻孔灌注桩，梅花布桩，台后填土高度为3.0m，桩间距为3d，计算同时考虑汽车、温度、支座摩阻力的影响，得到台后填料容重所对应的桥台侧向位移如图5所示：

图7桩间纵向间距对桥台水平位移的影响

由上图可知，随着桩间纵向间距的增加，桥台侧向位移不断减小，且当桥台桩纵向间距为0.9m时，桥台侧向位移接近限值1cm。但需注意，桩基纵向间距拉大往往意味着承台尺寸增大，承台工程量及施工难度有所增加。

3.5土层特性m的影响

此处以土层的“m”值为参数，并分别取值为2000、4000、6000、8000、10000，以模拟桥台处进行土基改良对桥台位移的影响。桩基采用上海常用的桩径0.8m钻孔灌注桩，梅花布桩，台后填土高度为3.0m，桩间距为3d，计算同时考虑汽车、温度、支座摩阻力的影响，得到不同土层“m”值所对应的桥台侧向位移如图8所示：

5、结论

（1）上海地区软土地基广泛分布，遇到软土地基且桥台较高时，需对桥台侧移引起足够重视，从设计到施工均需采取相应防治措施，防范于未然。

（2）设计构造方面：降低填土高度，减小填料重度均可减小桥台所受荷载，减小桩间横向间距，加大桩间纵向间距，改良地基土层特性均可增加桥台抗推能力，从而减小桥台侧向位移；针对上海地区软土地基桥台，为控制桥台位移小于1cm，本文建议当采用桩径0.8m钻孔灌注桩，并采用梅花布桩时，台后填土高度应尽可能不大于3m，桩间横向间距采用3d并采用奇数布桩。

（3）施工方面：实际施工中，可采用地基改良、减轻荷载及平衡压重等方法减小桥台侧向位移；同时，还需研究并制定详细的施工方案，合理安排施工，以确保施工质量。

参考文献:

[1]韩广峰.软土地基桥台位移原因与防治对策[J].科技咨询导报,2007(20):68

[2]赵利民.软土地基桥台前移原因分析与综合处理方法[J].铁道科学与工程学报,2006(04):54-58.

[3]马少卿.软土地基桥台设计与受力分析[J].青海交通科技,2015(03):43-44.

[4]孙文彬.软土地基桥台位移病害对策[J].基建优化,2004(06):51-52

[5]陈睿,何少锋,吴杰.软土地基下桩基桥台位移病害及防治[J].山西建筑,2008(11):329-330

[6]张伟明.预防软土地基桥台位移病害的措施[J].科技创新与应用,2017(10):249

作者简介：郁雯俊（1988-），男，本科，上海人，同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，主要从事桥梁工程设计方面的工作。