一級建造師：軟土地區橋臺設計體會
發布時間：2018-01-23 共1頁
隨著高等級公路的迅速發展，公路較多地穿越了軟土地區，這是設計中需要重點考慮的地方。在建中的滄黃高速公路、沿海高速公路及規劃的廊滄高速公路沿線區域都分布著厚度、埋深不等的軟土、軟弱土。橋臺設計是軟土地區橋梁設計的薄弱環節，本文針對在軟土地區橋臺設計方面所要注意的問題提出一些見解，供橋梁工作者參考。
一、軟土地區橋臺破壞的原因
橋臺臺后填土一般較高，如果軟基處理和預壓得時間不夠，先期沉降未完成，軟土地基在荷載作用下孔隙水逐步排出，地基土的體積相應減小和壓縮，從而引起沉降。
除了沉降之外，橋臺在土壓力、恒載、活載、梁反推力作用下將有很的扭矩，使蓋梁發生扭剪破壞。軟弱土層產生塑性流變，橋臺側移導致橋梁脫離支承，伸縮裝置損壞和上部結構頂緊臺背，使橋梁產生壓曲。橋臺前移，梁就會對橋臺背墻產生巨推力以平衡臺后的土壓力，最后導致背墻從根部剪裂、蓋梁挑出部分從支撐根部斜下彎裂、臺身與蓋梁、樁基與臺身連接處彎裂。
橋頭路基下沉還會使背墻、梁端受活載沖擊力而過早破壞。
二、軟土地區橋臺的設計
根據軟土地區橋臺破壞的成因分析，我們應考慮以下一些細節設計：
１．在橋臺設計中加強臺身及基礎的剛度，增強橋臺的穩定性
①在設計中應采用群樁基礎，以雙排樁或多排樁來共同承擔不均勻下沉引起的對基樁產生的彎矩和剪力。還應盡可能減少超靜定個數，適當加樁距，減少樁根數。設計中還可以采用斜樁來抵抗由于橋頭填土和軟基下沉變形而產生的水平推力。
②對于樁基截面的配筋， 一般是根據樁內彎矩包絡圖進行計算布置，通常是根據最彎矩處進行配筋；對于軟基，樁主筋最好穿過軟土層。設計中還應適當加橋臺強蓋梁抗剪、扭的箍、斜筋，并在蓋梁前側表面布置部分抗平彎鋼筋；加背墻、耳墻尺寸及配筋； 加臺身尺寸及配%%筋；加樁基根部配筋；加強肋板與蓋梁的連接，增強抗剪能力。
③對于多跨橋梁，可在鄰近橋臺一跨的橋墩上設置伸縮裝置，并采用滑動支座，以減小橋臺及上部結構變形。
２．采取減輕臺后荷載的措施
①可通過加長橋梁長度的方法，盡量降低臺后路堤高度，減小臺后土壓力。
②采用溜坡埋置式橋臺（錐坡坡腳處設置反壓護道）、箱形橋臺和臺后設置搭板，抵抗偏壓荷載。
③臺后要選用透水、強度高、穩定性好的輕質材料，否則， 滲水后摩擦角及粘結力下降，自重增加，橋臺實際受土壓力遠于設計值，使橋臺失穩。臺后填土可采用采用粉煤灰、二灰土等輕質材料填筑路堤，粉煤灰和一般顆粒相比，具有自重輕、強度高、壓縮性小、固結快等特點，可提高路堤的穩定性。
④加錐體護坡范圍，并以重力式擋墻作錐體護坡的坡腳基礎，以平衡臺背路堤填土壓力，保證橋臺處軟基的均勻下沉，保護橋臺結構的整體穩定性。
三、橋臺軟基的處理
軟基處理是提高地基承載力和防止橋臺側向移動的主要措施，橋頭路堤地基要針對軟土層的厚度和軟弱程度采用不同的處治方法。當淺層軟土厚度小于２米時宜全部挖除，再進行基底壓實，換填顆粒較粗的填料，如天然砂礫、碎石、工業廢渣等。
當軟土層較厚全部挖除有困難時，應采用粉噴樁、旋噴樁、碎石樁、排水板等方法進行處治，并設置砂礫墊層，在墊層頂面鋪設土工布，坡腳處設排水盲溝及時將路基水排除。路基土填筑時還應控制其填土速率。目前公路橋梁中常用的方法有：
１．排水固結法
排水固結法的原理的軟土地基在荷載作用下，土中孔隙水慢慢排出，孔隙減小，地基發生固結變形，同時隨著超靜水壓力逐漸消散，土的有效應力增，地基土的強度逐步增長。此方法適用于不良地質段為淤泥質土及飽和粘性土的地區。
２．振密、擠密法
振密、擠密法的原理是采用一定的手段，通過振動，擠壓使地%考/%基土體孔隙減小，強度提高，達到地基處理的目的。如：表層壓實法、強夯法、振沖擠密法等。此方法適用于人工填土非飽和粘性土的土質。
３．置換及拌入法
以砂碎石等材料置換軟弱土體%%，形成復合地基，或在軟弱地基中部分土體內摻入水泥、水泥砂漿，以及石灰等物，形成固體，與未加固部分形成復合地基，達到提高地基承載力，減小壓縮量的目的。如：墊層法、開挖置換法、碎石樁法、高壓噴射注漿法和深層攪拌法，適用于土質為淤泥質土、粘土區域。石灰樁法適用于非飽和性粘土和濕陷性黃土區域。
４．加筋法
通過在土層中埋設強度較的土工聚合物、拉筋、受力構件等達到提高地在承載力，減小沉降，或維持建筑物穩定的地基處理方法稱為加筋法。如：土工聚合物、加筋土等。
設計人員應根據橋梁所處區域的土質、軟土層的深度及厚度考慮，綜合確定軟基處理方法，合理利用資源，節約造價。
綜上所述，路線在穿越軟土地區時，設計者應因地制宜，深入調查比選，提出最合理的設計方案，還應注意前期勘探工作，提供資料要準確，以免出現較的設計變更和浪費。在橋臺后填筑地段可采用粉煤灰等輕質筑路材料，以降低臺后填土壓力。總之要通過綜合的設計方法，將軟土帶來的危害降至最小。
一、軟土地區橋臺破壞的原因
橋臺臺后填土一般較高，如果軟基處理和預壓得時間不夠，先期沉降未完成，軟土地基在荷載作用下孔隙水逐步排出，地基土的體積相應減小和壓縮，從而引起沉降。
除了沉降之外，橋臺在土壓力、恒載、活載、梁反推力作用下將有很的扭矩，使蓋梁發生扭剪破壞。軟弱土層產生塑性流變，橋臺側移導致橋梁脫離支承，伸縮裝置損壞和上部結構頂緊臺背，使橋梁產生壓曲。橋臺前移，梁就會對橋臺背墻產生巨推力以平衡臺后的土壓力，最后導致背墻從根部剪裂、蓋梁挑出部分從支撐根部斜下彎裂、臺身與蓋梁、樁基與臺身連接處彎裂。
橋頭路基下沉還會使背墻、梁端受活載沖擊力而過早破壞。
二、軟土地區橋臺的設計
根據軟土地區橋臺破壞的成因分析，我們應考慮以下一些細節設計：
１．在橋臺設計中加強臺身及基礎的剛度，增強橋臺的穩定性
①在設計中應采用群樁基礎，以雙排樁或多排樁來共同承擔不均勻下沉引起的對基樁產生的彎矩和剪力。還應盡可能減少超靜定個數，適當加樁距，減少樁根數。設計中還可以采用斜樁來抵抗由于橋頭填土和軟基下沉變形而產生的水平推力。
②對于樁基截面的配筋， 一般是根據樁內彎矩包絡圖進行計算布置，通常是根據最彎矩處進行配筋；對于軟基，樁主筋最好穿過軟土層。設計中還應適當加橋臺強蓋梁抗剪、扭的箍、斜筋，并在蓋梁前側表面布置部分抗平彎鋼筋；加背墻、耳墻尺寸及配筋； 加臺身尺寸及配%%筋；加樁基根部配筋；加強肋板與蓋梁的連接，增強抗剪能力。
③對于多跨橋梁，可在鄰近橋臺一跨的橋墩上設置伸縮裝置，并采用滑動支座，以減小橋臺及上部結構變形。
２．采取減輕臺后荷載的措施
①可通過加長橋梁長度的方法，盡量降低臺后路堤高度，減小臺后土壓力。
②采用溜坡埋置式橋臺（錐坡坡腳處設置反壓護道）、箱形橋臺和臺后設置搭板，抵抗偏壓荷載。
③臺后要選用透水、強度高、穩定性好的輕質材料，否則， 滲水后摩擦角及粘結力下降，自重增加，橋臺實際受土壓力遠于設計值，使橋臺失穩。臺后填土可采用采用粉煤灰、二灰土等輕質材料填筑路堤，粉煤灰和一般顆粒相比，具有自重輕、強度高、壓縮性小、固結快等特點，可提高路堤的穩定性。
④加錐體護坡范圍，并以重力式擋墻作錐體護坡的坡腳基礎，以平衡臺背路堤填土壓力，保證橋臺處軟基的均勻下沉，保護橋臺結構的整體穩定性。
三、橋臺軟基的處理
軟基處理是提高地基承載力和防止橋臺側向移動的主要措施，橋頭路堤地基要針對軟土層的厚度和軟弱程度采用不同的處治方法。當淺層軟土厚度小于２米時宜全部挖除，再進行基底壓實，換填顆粒較粗的填料，如天然砂礫、碎石、工業廢渣等。
當軟土層較厚全部挖除有困難時，應采用粉噴樁、旋噴樁、碎石樁、排水板等方法進行處治，并設置砂礫墊層，在墊層頂面鋪設土工布，坡腳處設排水盲溝及時將路基水排除。路基土填筑時還應控制其填土速率。目前公路橋梁中常用的方法有：
１．排水固結法
排水固結法的原理的軟土地基在荷載作用下，土中孔隙水慢慢排出，孔隙減小，地基發生固結變形，同時隨著超靜水壓力逐漸消散，土的有效應力增，地基土的強度逐步增長。此方法適用于不良地質段為淤泥質土及飽和粘性土的地區。
２．振密、擠密法
振密、擠密法的原理是采用一定的手段，通過振動，擠壓使地%考/%基土體孔隙減小，強度提高，達到地基處理的目的。如：表層壓實法、強夯法、振沖擠密法等。此方法適用于人工填土非飽和粘性土的土質。
３．置換及拌入法
以砂碎石等材料置換軟弱土體%%，形成復合地基，或在軟弱地基中部分土體內摻入水泥、水泥砂漿，以及石灰等物，形成固體，與未加固部分形成復合地基，達到提高地基承載力，減小壓縮量的目的。如：墊層法、開挖置換法、碎石樁法、高壓噴射注漿法和深層攪拌法，適用于土質為淤泥質土、粘土區域。石灰樁法適用于非飽和性粘土和濕陷性黃土區域。
４．加筋法
通過在土層中埋設強度較的土工聚合物、拉筋、受力構件等達到提高地在承載力，減小沉降，或維持建筑物穩定的地基處理方法稱為加筋法。如：土工聚合物、加筋土等。
設計人員應根據橋梁所處區域的土質、軟土層的深度及厚度考慮，綜合確定軟基處理方法，合理利用資源，節約造價。
綜上所述，路線在穿越軟土地區時，設計者應因地制宜，深入調查比選，提出最合理的設計方案，還應注意前期勘探工作，提供資料要準確，以免出現較的設計變更和浪費。在橋臺后填筑地段可采用粉煤灰等輕質筑路材料，以降低臺后填土壓力。總之要通過綜合的設計方法，將軟土帶來的危害降至最小。
