济南黄河滩地地基承载力与地下水位关系研究

翟保亮，姜家添，张包产

（山东黄河工程集团有限公司，山东 济南 250000）

0 引言

随着经济的快速持续发展，交通工程的建设步伐不断加快， 跨越黄河的大型桥梁工程也逐渐增多。 但是，黄河的多泥沙特性，给跨河施工及滩地施工增加了不少的难度。 尤其是，黄河滩地地下水位随季节性或调节性的变化及滩地粉质黏土在持续的静、动荷载作用下承载力变化极大，加大了黄河滩地内结构物地基处理的施工难度。 本文试以正在施工的济南建邦黄河公路大桥工程的地基处理为研究对象，分析黄河滩地内地基承载能力受黄河汛期水位变化情况， 探寻两者之间变动的基本规律，为类似黄河滩地内工程施工的地基处理提供有利的参照依据， 以便在黄河滩地施工中采用更便捷、更经济的施工方式，达到减少工程投资的目的。

1 工程概况

济南建邦黄河公路大桥项目位于济南市西北部新徐庄附近， 南北分别与市二环西路、 国道309连接，是济南市实施城市北跨发展战略的控制性工程。 该项目路线全长5.272 km，其中桥长2.145 km，两岸接线长3.127 km。 该桥中两跨47.5 m 的箱梁位于黄河滩地范围内。

根据本工程地质勘察结果，济南建邦黄河公路大桥桥址区地质为第四系地层， 顶层主要为软塑、流塑状亚黏土、黏土夹松散状亚沙土及粉、细、中沙。桥址区地下水主要为上层滞水、 第四系孔隙潜水、孔隙承压水。上层滞水存于填筑土及上部黏性土中，枯水期本工程开挖时，实际地下水位高程约为28.15 m，地下水位线在原始地面以下约1.0 m 位置。

2 试验选址及准备工作

由于黄河滩地地下水位受黄河汛期及黄河调节性调水调沙影响极大，而本工程有47.5 m 箱梁地处黄河滩地范围内，因此，上部结构施工须在黄河汛期及调水调沙期间进行。 为确保箱梁上部结构施工的顺利进行，项目部组织试验室对黄河滩地地基承载力受地下水位升降的影响进行实际观测， 从而为箱梁上部结构施工中的支架地基处理提供依据。

2.1 选址

根据试验的要求，在桥址周边黄河滩地内选择地基承载力试验的监测地址。 选址要求为：（1）具有典型的黄河滩地地质条件，且与桥址处地质情况基本保持一致。 （2）地势平坦、植被较少，有利于机械设备及监测设备工作的开展。 （3）有较好的排水条件，以便当地下水位升降不明显时，能通过水泵抽水进行人工升降水，待水位稳定后再进行地基承载力的监测。 根据选址要求，本项目选取了1#监控点。

2.2 准备工作

根据地基承载力检测的要求， 首先用装载机将监测点地表植被及浮土清除，露出坚实地基土面，其次采用挖掘机分层开挖， 并预留出开挖平台及地基承载力检测平台。 承载力检测平台如图1 所示。

图1 检测平台平面示意图Fig.1 Detection platform plane sketch

检测平台的设置按照现场的实际情况进行，其顶层浮土采用人工挖除，以确保检测数据的准确性。监测点施工完毕后，根据实际情况，在监测坑最顶层的检测平台上设置一个标高基准点， 并采用木桩钉入深土层的方式做标记，木柱顶设置铁钉做准高点。标高基准点稳定后， 采用水准仪进行各检测平台的高程测量，并做好测量记录。

3 试验数据收集与分析

3.1 试验数据收集

准备工作完成后，开始进行地下水位及各监测点地基承载力的检测。 不同检测点地基承载力的数据收集，主要通过轻型触探仪现场试验（根据检测点贯入地基土层30cm 的锤击数计算）取得。 在数据收集过程中，当地下水位的变化量较小、不能满足地基承载力数据采集要求时，采用两台潜水泵进行持续人工升降水方式调节，待地下水位稳定后，再进行试验数据的采集工作。通过近3 个月的试验，对试验数据进行汇总整理（如表1 所示）。

表1 1# 监控点试验数据Table 1 Test data of No.1 monitoring point

3.2 试验数据分析

对监控点内各检测平台的监控数据进行分析，分别绘制出地基承载力随地下水位升降的变化曲线（如图2～图6 所示）。

由图1～图6 可以看出，黄河滩地内粉质地基土的承载力随地下水位的升高有明显降低的趋势。 这是由于黄河粉质土具有低抗渗性， 随着地下水位的升高，地基土的含水量骤增，地基土液性增加，导致承载力降低。

若分别取距地下水位线以上0.5 m、1.0 m、1.5 m、2.0 m 位置的地基承载力进行分析比较，可以看出以下几点：（1）当滩地距地下水位0.5 m 时，地基承载力基本上为80~90 kPa，这时即使对地基进行处理，顶层采用混凝土封闭层，也无法满足工程施工的要求。 （2）当滩地距地下水位1.0 m 时，地基承载力基本上为110~120 kPa，同样无法满足施工要求。 （3）当地面高程距地下水位1.5 m 时， 地基承载力基本上为125~135 kPa。 （4）当地面高程距地下水位2.0 m 时，地基承载力基本上为150~160 kPa。 （5）当地面高程距地下水位超过2.0 m 时， 地基承载力基本稳定，为160 kPa 左右。

图2 1-a 处地基承载力的变化曲线图Fig.2 Foundation bearing capacity change curve of place 1-a

图3 1-b 处地基承载力的变化曲线图Fig.3 Foundation bearing capacity change curve of place 1-b

图4 1-c 处地基承载力的变化曲线图Fig.4 Foundation bearing capacity change curve of place 1-c

图5 1-d 处地基承载力的变化曲线图Fig.5 Foundation bearing capacity change curve of place 1-d

图6 1-e 处地基承载力的变化曲线图Fig.6 Foundation bearing capacity change curve of place 1-e

综上所述，当滩地在地下水位线以上0~2.0 m间变化时，滩地的地基承载力随地下水位的降低基本上呈线性增长。 当滩地在地下水位线以上超过2.0 m 时，地基承载力基本上趋于稳定，受地下水位升降的影响不大。由此可以认为：在黄河滩地内进行结构物施工，地基处理只要满足地基顶距最高地下水位线2.0 m 以上的条件，地基承载力就可达到150 kPa 以上，而且地基承载力趋于稳定，进一步处理，就可满足结构物施工地基承载力的要求。

4 结语

黄河滩地内箱梁支架地基加固， 采用将原有地基压实垫高方式，使地基土高程超过黄河近10 年最高历史地下水位2.0 m，降低了地下水位沉降对地基承载力的影响，从而提高地基承载力，大大降低了施工成本。 本工程自搭设47.5 m 支架至箱梁浇筑施工完成， 项目部组织人员对支架地基沉降量进行了跟踪观测。观测结果显示，处理后支架地基沉降为均匀沉降，且沉降量不大，满足箱梁上部结构施工的要求。

[1] JTGE40-2007，公路土工试验规程[S].

[2] JGJ94-94，公路桥涵施工技术规范[S].

[3] JGJ 166－2008，建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范[S].