珠海西区桥梁建设中的若干岩土工程问题及处理情况

2022-09-11

珠海西区软土地基十分发育, 地表以下约30m均为流塑—软塑状的淤泥、淤泥质土或淤泥质砂, 特别是上部约12m~15m厚的河口相淤泥, 呈浅灰褐色, 流塑状, 抗剪强度及承载力较低。河口相淤泥下部为滨海相淤泥, 约15m~20m厚, 为深灰色淤泥, 局部夹少量粉细砂, 软塑状, 局部稍具固结。淤泥下部为约10m厚的粗砾砂或粘土层, 其下部则为基岩及其风化带, 微风化岩面均大于50m, 岩性为花岗岩。如此一套地层结构, 给桥梁建设工程带来了很大的困难, 下面就几个岩土工程方面的问题, 简单阐述其解决的方法。

1 栈桥及施工平台的架设

桥梁建设水面以上部分须搭设栈桥及施工平台, 栈桥及平台基础通常选用钢管桩, 桩长一般小于30m, 但该区软土分布广泛, 且厚度较大, 钢管桩其承载力仅能依靠其摩擦力, 且上部流塑状淤泥均呈负摩擦状, 桩往往在沉桩过程中, 被负摩擦力举 (浮) 起, 给施工造成较大困难, 即使沉桩完成, 其承载力也较低。经过对地层分析可知, 钢管桩沉桩过程中对软土地基土扰动较大, 软土本身抗剪强度极低, 灵敏度较高, 极易形成负摩擦力, 导致浮桩现象的出现。针对该区软土的特性, 业主 (西区桥办) 会同勘察、设计、监理、施工等部门共同制定了新的钢管桩施工方案, 取消原钢管桩的桩头 (桩尖或称桩端) , 变桩外侧单摩擦力为内外双侧双摩擦力, 且减少对该软土层的扰动, 增大了单桩承载能力, 成功解决了桩的抗浮及承载力问题, 钢管桩回收时, 起拔力虽有所加大, 但也在可操作范围, 且起拔过程中, 不断向桩施加振动力, 加大了对软土的扰动, 使其局部出现对拔桩有利的负摩擦力, 使起拔工作进展也较为顺利, 成功回收了打入的钢管桩。开创了成功运用软土地基负摩擦力特性进行施工优化的先例。

2 承台套箱

桥梁主墩因上部结构跨度大, 要求承载力较高, 故主墩承台均为多桩承台, 在浇捣承台时, 必须下钢套箱, 把桩与承台连接在一起, 通常作法采用无底套箱, 套箱直接座在地基土上, 砼浇捣一次完成。经多方研究决定, 钢套箱改无底套箱为有底套箱, 砼的浇捣分两~三次完成, 因为一次浇捣, 砼的自重荷载也足以让套箱下沉, 分次浇捣可减轻砼自重荷载, 初次浇捣的砼量不大, 不至于让套箱下沉或套箱底部变形。初次浇捣完成后, 其荷载则由已完成的桩基进行承担, 有底套箱钢底板, 又可减少承台底部配筋, 起到双重的功效, 施工时, 只要控制处理好两次浇捣砼时的施工缝就行了。

3 钻孔桩施工

钻孔桩施工中, 软土地层往往易出现缩径、断桩、夹泥等质量事故, 为保证桩基质量, 决定上部15m范围内沉入钢护筒, 为桩基施工顺利进行和砼浇捣提供了成功的保障。对软弱地基, 钢护筒埋设也是很重要的一环。护筒采用钢护筒, 钢板厚≥6mm, 直径比桩径大10cm~20cm, 护筒用振动锤打入, 护筒顶标高比地面标高高2 0 c m~30cm。为防止护筒在打入和成孔过程中发生卷口、压扁等现象, 护筒顶端、底端以及筒身每隔2 m处采用1 0 m m厚的钢板条加强。护筒周围填土必须分层压实, 使其在钻孔过程中不能位移, 同时护筒中心竖直线应与桩的中心线重合, 平面误差控制在30mm内, 竖直线倾斜不大于0.5%。护筒四周埋设好护桩, 以便及时检查桩孔中心的情况, 护桩要放在比较稳定的地方, 尽量减少桩基施工时对护桩的影响, 必要时请测量组校核。

滨海相淤泥下部的粗砾砂层, 含水丰富, 为有较大水头压力的承压水, 桩施工到该层时, 孔内水突然被该层砂袭夺, 注水和抽水均不起作用, 孔内水位始终保持一定值, 为使成孔后钻孔穿越该层, 决定使用水泥造浆护壁, 使砂层中的承压水无法与孔内连通, 成功穿过该层。钻孔泥浆由水、黏土或膨润土和添加剂按适当配比溶制而成, 其性能指标为:相对密度1.2~1.4, 黏度22~30, 含砂率≤2%, 胶体率≥95%, 失水率≤2 0% (m L/m i n) , 泥皮厚≤3 m m/30min, 静切力3MPa~5MPa, 酸碱度pH为8~11, 该标段桩径为150cm和130cm两种, 桩基很深, 对泥浆要求很高, 故在成孔过程中, 试验人员要经常检查泥浆的各项指标, 并根据不同地质情况调整指标, 保证泥浆质量浓度1.2t/m3以上, 以保证成孔质量

为了保证钻机在工作过程中不发生沉降、位移, 钻机机座下垫塞枕木, 保持钻机座水平, 钻架竖直, 钻机转盘中心与护筒中心位置偏差不得大于2cm。将钻机对正桩位并固定好钻杆, 启动泥浆泵和转盘, 等泥浆输进护筒内注满后即可开始钻孔。转速是保证钻孔不倾斜的关键因素, 在钻进过程中要尽量控制钻速。具有导向装置的钻机开钻时, 应慢速推进, 待导向部位全部钻进土层后, 方可正常钻进。花岗岩全~强风化中, 由于球形风化的作用, 往往形成孤石, 且硬度较高, 判定孤石可从相同承台邻桩基岩面的深度分析, 也可根据气举回流的孔底物质成分加以判别。如判别为孤石, 端承桩必须穿该层, 嵌入微风化基岩中, 但钻孔桩对孤石层穿越较为缓慢, 如条件允许, 可使用冲孔桩, 利用冲锤对孤石冲砸钻进, 效果较好, 施工进度较快。

4 桥台处理

软土地基上桥台的病害, 一般分为两种:桥台下沉和桥台前移。这两种病害有时单独出现, 也有同时发生和相继发生。而桥台的下沉有均匀下沉和不均匀下沉两种:桥台的前移还伴随着桥台整体倾斜或撕裂的情况, 这都影响到桥梁的使用性能和行车安全, 给养护管理带来许多困难。

桥台台将填土后, 软土地基将会不断下沉, 对桥台软基进行处理, 传统插塑板技术对该区软土加固效果较差, 且时间周期较长, 搅拌桩及碎石桩等软土地基处理方法, 质量较好, 且施工工期短, 特别是碎石桩, 在填加碎石加固软土时, 又可对桩周土进行排水固结, 加固效果较为明显。

桥台的破坏多发生在台背填土施工中及刚完工后, 故施工顺序得当, 就能在很大程度上减少破坏, 施工中应注意的事项有: (1) 合理安排施工顺序, 在构筑桥台之前, 应先做好台背填土以外的填土, 设置反压护道, 桥台完工后再做台背填土, 也可以在台身施工时将台帽背墙留下, 待台帽背墙以下的填土完成后, 观测桥台变形稳定情况, 无变化再建台帽和背墙后进行第二次填土。 (2) 先安装上部板梁, 后进行台背填土。先安装上部构造, 后两侧对称进行台背填土, 可减轻台背填土压力对桥台的稳定影响。 (3) 缓慢填土。台背填土应缓慢进行, 避免快速施工, 因填土缓慢进行有利于软土地基固结稳定。 (4) 预压、超载预压。在桥台处先填土预压, 在修筑路堤时预先把土填的比设计标高高一些, 并加宽填土宽度, 以加速地基固结下沉, 以后再挖除超填部分, 这种预压或超载预压的方法, 简单易行, 但需要较长的固结时间, 常需配合用砂垫层、砂井等排水措施来满足工期要求。

另外, 桥台外侧一定范围内还需设置挡土墙或挡土桩, 防止施工期间发生软土层遇暴雨垮塌, 冲剪桥墩的事故。

摘要：针对有较厚软土层如何把握在桥梁建设中设计及施工能够起得良好效果。

关键词：软土地基,承载力,浇捣,注水,抽水,水泥造浆护壁