山区湿陷性黄土桥梁基础设计探讨

张 刚 卫

(太原市市政工程设计研究院，山西 太原 030002)

山区湿陷性黄土桥梁基础设计探讨

张 刚 卫

(太原市市政工程设计研究院，山西 太原 030002)

针对湿陷性黄土地区的特点，对湿陷性黄土的处理措施进行了探讨,并结合工程实例,从设计方案、处理的经济比较及方案比选等各个方面进行了分析论述,总结出了该地区桩基础设计的参考建议。

湿陷性黄土,桥梁桩基础,设计

0 引言

黄土在我国分布较广，其主要分布在陕西、山西、甘肃等大部分地区以及河南的西部，其次是青海、宁夏、河北一部分地区，新疆、山东以及辽宁等地局部也有发现。其中，湿陷性黄土约占黄土分布总面积的60%，以晚更新世Q3和全新世Q4黄土为主。大部分表层新黄土具有湿陷性，湿陷性土层厚10 m～25 m。湿陷性黄土山区沟壑纵横、形态复杂、坡陡沟深，沟槽发育速度快；黄土物质疏松，垂直节理，易遭受侵蚀，此类地区进行桥梁基础设计不稳定因素多。

1 湿陷性黄土的主要特点

1.1 湿陷性

湿陷性黄土即具有强烈的结构性欠压密土，黄土浸水后在土的自重或者外荷载的作用下会发生下沉的现象即为湿陷。黄土湿陷的现象是一个复杂的地质物理和化学过程，其湿陷机理比较公认的说法为黄土浸水后胶结物质发生的物理和化学反应，促使结构的强度降低。黄土湿陷条件是指黄土中存在的孔隙直径不小于周围颗粒直径的架空结构，与本身的孔隙比和含水率等土的物理性质有关。天然孔隙比越大或者天然含水率越小，其湿陷性越强。

1.2 湿陷性黄土的判定

黄土湿陷性的判别，按照《公路桥涵地基和基础设计规范》规定，当δzs≥70时可定为湿陷性黄土，否则定为非湿陷性黄土。根据湿陷量和自重湿陷量的计算值Δzs将场地湿陷类型不同的地基划分为Ⅰ(轻微),Ⅱ(中级),Ⅲ(严重),Ⅳ(很严重)。

1.3 黄土湿陷性对桥梁桩基的影响

湿陷性黄土地区桥涵建筑物根据其重要性、结构特点和受水浸湿后的危害程度分为A,B,C,D四类。实践证明，湿陷性黄土地基处理后，施工完后仍可能产生部分或不均匀下沉。如果在桥梁设计中未考虑或未充分考虑黄土湿陷性，就可能造成桩端地基的破坏、桩身失稳、桥墩不均匀沉降，从而影响桥梁使用，故将其列为A类。

2 桥梁基础湿陷性的消除措施

2.1 垫层法

垫层法包括灰土垫层与土垫层。当要求消除基础底下1 m～3 m湿陷性黄土湿陷量时可采用局部(或整片)土垫层进行处理，当同时要求提高原状土的承载力和增强水稳定性时，可采用整片灰土垫层对其进行处理。

2.2 强夯法

当采用强夯法对湿陷性黄土地基进行处理时，应先在场地内挑选有代表性的地段对其进行实验性施工或试夯，土的天然含水量不宜高于塑限含水量的1%～3%。

2.3 挤密法

当挤密处理的深度小于12 m时，不宜预钻孔，挤密孔径在0.35 m～0.45 m之间；当挤密处理深度大于12 m，宜采用预钻孔，其直径为0.25 m～0.3 m，挤密填料的孔直径为0.5 m～0.6 m比较适宜。

2.4 预浸水法

预浸水法适用范围为处理湿陷性黄土层的厚度高于10 m，自重湿陷量计算值大于500 mm的场地。浸水前可通过试坑浸水实验判断耗水量、浸水时间和湿陷量等等。

3 工程实例设计

3.1 工程概况

太原东山地区东中环府东街东延跨线桥工程，桥梁中心桩号位于主线K8+988.38处，桥梁全长为331.68 m，在上跨南内环东街路口处采用35 m+50 m+35 m变截面预应力混凝土连续梁，其余采用3×35 m(变接截面连续梁两侧各一联，共2联)等截面预应力混凝土连续梁，桥梁宽度23.5 m，桥墩采用带横梁双立柱桥墩，基础均为承台配桩基，桥台采用桩接盖梁形式。桥梁立面图如图1所示。

根据野外钻探揭露的地层情况结合区域地质资料总体研究，这次勘察深度范围内场地地基土成因类型及沉积时代自上而下依次为：

本桥下部桥墩标准基础采用承台配桩基，桩基础均按摩擦桩设计，桩径1.5 m。3×35 m等截面预应力连续箱梁结构桥墩基础承台尺寸为10.3 m(横桥向)×10.3 m(纵桥向)×2.5 m(高度)，承台下桩基为3排9根φ1.5 m的桩基，采用钻孔灌注桩，桩间距为3.9 m。

标准跨桥墩布置图如图2所示。

3.2 桩基基础设计

方案一：先采用素土挤密桩处理湿陷性黄土，处理完检验湿陷性完全消除后再施工桩基础。

处理示意图如图3所示。

方案二：工期紧时，采用不预先处理地基，设计可直接加长由于湿陷引起的桩长。

3.3 经济比较

以单个承台下桩基造价进行比较。经计算素土挤密处理后桩长为55 m(素土挤密桩处理长度10 m)，不处理直接加长桩长为75 m。混凝土灌注桩综合单价1 500元/m，素土挤密桩综合单价22元/m。

方案一:9×55×1 500+441×10×22=83.95万元。

方案二：9×75×1 500=101.25万元。

3.4 方案比选

相对而言，方案一造价相对低，但施工周期长，施工噪声大、振动大，在公路中运用相对多，市政工程由于各种市政管线的影响有时候受制约；方案二缩短施工周期，但造价大、桩长加长施工中易塌孔。

4 结语

湿陷性黄土地层易造成桥梁桩端地基的破坏、桩身失稳、桥墩不均匀沉降，对桥梁使用安全影响较大。因此，在山区湿陷性黄土地区进行桥梁设计时，桩基础设计应慎之又慎，应根据施工的具体场地、施工周期、专业管线、湿陷等级以及经济等要求做出合理的决策方案。

[1] JTG D63-2007，公路桥涵地基和基础设计规范[S].

[2] GB 50025-2004，湿陷性黄土地区建筑规范[S].

[3] 罗宇生.湿陷性黄土地基处理[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[4] 杨承刚.湿陷性黄土地区铁路桥梁基础设计要点探讨[J].河南科技，2009(8)：91-92.

Discussion on foundation design of mountain collapsible loess bridge

ZHANG Gang-wei

(TaiyuanMunicipalEngineeringDesign&ResearchInstitute,Taiyuan030002,China)

According to the characteristics of collapsible loess area, this paper discussed the treatment measures of collapsible loess, and combining with engineering examples, from the design scheme, treatment economic comparison and schemes selection and other aspects made analysis and discussion, summarized the reference of pile foundation design in this area.

collapsible loess, bridge pile foundation, design

1009-6825(2014)28-0203-02

2014-07-29

张刚卫(1981- ),男,工程师

U443.1

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