消除海上公路路堤侧向位移对跨海大桥桩基不利影响的探索与实践

杨俊

摘 要：台州中心港区（临海）疏港公路一期白沙至头门段工程作为通往头门岛的主通道，施工期间海上路基与跨海大桥的过渡段（K6+914～K7+900）地基沉降在不断发展，由此引起的侧向位移对桥梁桩基的不利影响是桩基安全最大的风险因素，直接影响到工程的质量与进度。通过多方论证，对桥梁上部结构、桩基结构、桥台形式以及路基填料进行了方案调整，完成了疏港公路海上路基与跨海大桥过渡段的特殊处理，经过3年的运行表明桥桩及邻近结构处于稳定状态，水平位移及沉降监测数据显示在环境等因素不发生大的改变的情况下，这种稳定状态将持续保持。

关键词：路基沉降；侧向位移；桩基不利影响；特殊处理；结构稳定

1 工程概况

台州中心港区（临海）疏港公路一期白沙至头门段工程路线全长约15.608公里，其中海上路堤长约3公里，跨海大桥约5.71公里。海上路堤段所处海域平均潮位为0.27m（1985国家高程基准，下同），平均高潮位为3.15m，极端高潮位为5.63m（p=1/100）；地基主要为淤泥、淤泥质黏土及粉质黏土，具有含水量大，压缩性高，渗透性小的特点，物理、力学性质差，采用塑料排水板处理，深度30m，预压期12个月。由浙江头门港投资开发有限公司建设，浙江省交通规划设计研究院设计，浙江省交通工程建设集团有限公司等单位参与施工。

图1 项目位置示意图

K6+914（桥头，见图1）处涂面标高为-4.5m，为与桥梁顺接，根据桥涵设计汽车荷载等级：公路-Ⅰ级，桥涵与路基设计洪水频率1/100，特大桥设计洪水频率1/300的要求，路堤顶设计标高为9.36m，路堤总高度为13.86m。路堤采用组合式断面，在3.0m标高以下采用斜坡抛石堤，单侧镇压层总宽度约35m；以上采用陡墙式，墙背采用宕渣填筑，墙顶设置1.1m高度防浪墙。镇压层采用理抛大块石护面，陡墙脚采用扭王块消浪处理。

2 问题产生及方案比选

2.1 问题产生

路基从2010年8月开始填筑，并设置了沉降板进行观测，至2011年6月填筑至3.0m标高，度过7～9月主汛期后，于2011年10月开始埋设深层测斜管及孔隙水压力计，然后从2012年2月继续开始填筑，至2012年12月填筑至预压标高，进行等载预压。

根据沉降监测可知，至2013年底，地基沉降仍在不断发展，距离公路工程通用的沉降稳定标准0.2mm/d仍有较大差距，由此引起的侧向位移对桥梁桩基的不利影响是桩基安全最大的风险因素，直接影响到工程的质量与进度。为保证头门港区2014年的开港要求，根据项目的总体安排及桥梁工程施工组织计划，急需对K6+914～K7+090路桥过渡段设计进行进一步的优化调整。

2.2 方案选定

我们委托浙江公路水运工程咨询公司对上述基础处理方案进行了计算复核，结论如下：

1）采用钢围堰处理方案，各墩台的围堰顶（桩顶）位移和钢管（桩基）最大位移总量均得到了一定程度的减少，平均减少幅度约25%，在采用组合方案后，侧向位移值进一步减少，平均可再减少约12%。因此初审认为设计方案对降低围堰（桩基）侧向位移总量是有效的。

2）采用钢围堰处理方案，上部结构完成后各墩台的桩顶侧向位移或围堰空腔底转角位移均得到了一定程度的减少，侧向位移平均减少幅度约31%，在采用组合方案后，侧向位移和转角位移进一步减少，可再减少约18%。因此初审认为设计方案对降低上部结构完成后的桩顶侧向位移和围堰空腔底转角位移是有效的。

3）设置排桩的目的不仅仅是进一步减少侧向位移，同时也考虑到岩土的各向异性，侧向位移的运动方向并不一定如理论描述的顺桥向，可能存在一定的偏角，导致钢围堰预留空间不足，采用排桩后，桩顶采用冠梁联系，整体刚度大大增加，桩前软土的侧向位移无论何种方向作用于排桩上，均可转化为大致的顺桥向，从而能够充分利用钢围堰的预留空间，进一步保证桩基的安全。

考虑到桥梁结构的特殊性，桩基一旦发生较大位移，将引起上部结构的开裂或破坏，而运营阶段一旦发生病害，不仅造成公路中断通行，而且社会影响很差，同时修复困难，因此，建议采用钢围堰+排桩组合方案.

3处理方案

由于建设期台州湾海域没有类似的工程参考仅依据沉降观测资料尚不足以支撑桩周土体的位移发展预测，单一优化基础处理方案对适应土体变形的要求尚存在着一定的可变度。考虑到本工程的特殊性，原设计标准在现行工程条件下偏高，严格按照该标准进行设防，不但工程技术难度极大，同时工程造价上也不经济，基于“可维护、易修复”的使用原则，将原设计刚架桥（墩梁固结）调整为简支结构，并结合基础处理组合方案（钢围堰+排桩组合方案）将其桩基结构、桥台形式以及路基填料进一步方案优化后。

4 运行监测及效果检验

4.1 监测及运行情况

项目于2014年10月完工，同期我们委托浙江省交通规划设计研究院试验中心对疏港公路试运行期间该段的水平位移及沉降情况进行了监测。

监测单位采用了固定式测斜仪和滑动式测斜仪相互验证方式以更好地分析桥桩位移变形情况。通过采集到的数据形成“沉降—时间关系曲线”分析推断出箱涵在道路试运行监测期内相对桥面发生了约70mm的沉降，沉降速率从15年1月份的每月5mm左右减小为16年6月份的3mm左右，收敛趋势较明显。监测过程中我们也发现箱涵路面与路基路面连接处有裂缝但无明显错台无跳车现象，这显示路基与箱涵之间应无明显差异沉降。

监测单位的结论显示：桥桩及邻近结构处于稳定状态，水平位移及沉降监测数据显示在环境等因素不发生大的改变的情况下，这种稳定状态将持续保持。

4.2 成果分析

本方案走出了百年一遇潮位及百年一遇波浪组合的原设计标准束缚，大胆提出了基于“可维护、易维修”的使用原则，将工程设计标准调整为满足二十年一遇潮位及二十年一遇波浪组合。

通过多手段沉降预测和力学模型分析提出常规的钢围堰保护和排桩保护方案，最终将钢围堰+排桩组合方案用于实践，有效解决了岩土的各向异性引起的侧向位移方向不定性（側向位移的运动方向并不一定如理论描述的顺桥向，可能存在一定的偏角）对桩基的影响；并将原设计刚架桥梁板调整为简支结构，采用空心板，以更能很好地适应可能发生的大变形，有效解决了设置大直径钢管围堰后，围堰内钻孔桩外侧无土体约束，桩基自由长度加大与刚架结构梁体对位移极为敏感的矛盾，同时采用不锈钢锚钉固定以抵抗在极端不利的情况下产生的海浪对空心板梁的浮托力。

5 结语

路桥过渡段处理一直是行业中不易解决的难题，加上在大海中修建高填方路基并与大桥过渡如果采用常规措施，因其沉降期对土体的位移发展难以精确预测，不利于工期和质量控制。通过本工程在海上路基与跨海大桥过渡段处理的探索与实践证明了本方案确实是成功的，我们也将继续对该部位进行不定期的观察，收集更为详实的数据，为日后类似海上道路工程提供借鉴。

参考文献

[1]蔡国军.软土地基中桥头路基填筑对桥台桩的影响研究[硕士学位论文].东南大学，2004.

[2]严飞淞.陡坡地段桥梁桩基的侧向反应和系统稳定性研究[硕士学位论文].华南理工大学，2006.

[3]廖显东.高填土路基对桥台桩基作用研究[硕士学位论文].同济大学，2007.

[4]朱中发.新吹填区对已建桥梁桩基作用机理的研究[硕士学位论文].东南大学，2014.

（作者单位：浙江头门港投资开发有限公司工程技术部）