软土地基桥台失稳处理方法探究

(重庆交通大学 重庆 400074)

引言

桥台是桥梁的重要结构，它的作用是支承桥梁的上部结构，并且把荷载传递给地基。它位于桥梁两端，是支承桥梁上部结构，连接路堤的桥梁结构。桥台的主要功能除了传递桥梁上部结构的各种荷载到基础外，还可以起到抵挡桥台台后填土荷载、连接桥头线路和桥上线路、稳定桥头路基的作用。所以桥台应该具有足够的强度、刚度和稳定性，使得桥梁结构稳定，并且避免由于垂直力和水平力协同作用而产生的滑移、沉降和偏转。桥台稳定关系桥梁结构的安全和耐久。在桥台方面，我们要进行科学的设计、安全的施工、充分的养护，只有这三方面协调，才能保证结构的安全，提高经济、社会效益。

从改革开放开始，全国特别是长江流域地区开展了规模大、力度强的基础设施建设，而这其中道路工程、桥梁工程的建设发展比较迅速。其中这些桥梁工程的使用年龄均在20年以内,但已经有相当多的桥梁发生老化破损现象,危桥数量逐年递增。通过对部分危桥的调查和处理，我们发现建在深厚软土基上的桥台失稳问题相当突出普遍,为了防止类似于三水大桥南桥台的失稳事件再次发生，我们应当总结工程经验。因此研究桥台台后软土地基的处治方法有非常重要的经济、技术意义。

一、桥台地基失稳带来的病害

桥台由于软土地基的大幅度沉降或流动引起的桥台失稳或上部结构的病害形形色色，这些事故主要是：

(一)桥台滑移

对于在软土地基中的桥台，由于桥梁与路堤沉降量上不同，桩基础的桥台沉降一般较小，而根据航道静空规范上的要求，台后高路堤的沉降应当较大，这个矛盾的出现引起了桥头跳车，进而影响了桥梁的使用，甚至会降低桥梁的耐久性。虽然在设计中可以设置桥头搭板来调整沉降差，但常常因为调坡距离较短，当发生较大沉降时，依旧会造成二次跳车；有时也不设置搭板，而采用加铺引道面层的方法来防止跳车，但大量实际结果表明，加铺引道会引起行车不舒适，而引道养护又困难，效果并不如预期。如江苏省淮安市的苏北灌溉总渠特大桥就加铺了引道面层[1]。但是据淮安工学院的孙文彬教授观测后，加铺后效果并不理想。由于软土地基厚度不一，而且土层含水量分布不均匀，极易发生不均匀沉降，加之挡土墙后填土压力的作用，可能会致使桥台向河心滑动，严重者会导致桥台前倾。如淮安市郊绕城段某桥梁由于地基勘探不够准确，施工中技术欠缺，导致桥台倾斜过大，使得上部预制结构桥面翘凸。桥台滑移主要特征为：伸缩装置损坏，伸缩机能受损，接缝宽度缩小；支座形变超过最大形变范围，甚至支座破坏；梁端与背墙紧贴，情况严重时，背墙破坏或梁端部分屈服，墙面剥落。

(二)桥台倾斜、垂直裂缝

由于软土层具有厚度不均匀和压缩性不均匀以及桥台基底应力合力有偏心距的特性，导致桥台很容易倾斜，当上部结构约束较大但桥台自身强度不足时，桥台下部会出现裂缝。在205国道与305省道淮安段的公路改建工程中，孙文彬教授等人对全部路线上的桥梁检测后发现，有近十余座桥梁的桥台发生倾斜，还有部分桥桥台下部出现裂缝。经过分析，出现这种病害的主要原因为软土地基土质不均，加之水流冲刷桥台，造成横桥向出现过大的沉降差，使得桥台出现倾斜或裂缝。

(三)桥梁伸缩缝破坏、接缝宽度不足

桥梁伸缩缝是用于满足桥面形变的需要，设置在两梁端之间、梁端与桥台之间或桥梁的铰接位置上的结构物。规范要求伸缩缝在平行、垂直于桥梁中轴这两个方向都能满足自由伸缩的功能，车辆行驶过程中要做到平稳、不产生噪音、不跳车；要能防止杂物阻塞；安装、检查、养护、除污都要相对方便。桥梁伸缩缝的作用巨大，但是施工难度极高，还有许多的技术难题有待进一步解决。孙文彬教授等人在对淮安市正在使用中的桥梁伸缩缝调查中发现，有超过半成的桥梁伸缩缝不能发挥正常的工作性能，其中大多数的伸缩缝已经受到不同程度的破坏，伸缩能力也已经丧失，严重威胁到桥梁的使用，有些已造成大量桥梁安全事故。经过他们与设计单位、施工单位的合作调查，发现绝大多数的伸缩缝的破坏主要由于桥台产生的病害，其中桥台滑移直接导致其顶部挤向梁端，因而伸缩缝闭合失效甚至大梁局部弯曲开裂；桥台倾斜会破坏桥梁伸缩缝，同时影响行车的平顺从而造成伸缩缝附近的桥面结构与路面结构连锁破坏。如淮安市区的黄河桥与盐河桥的伸缩缝均已失效，205国道和305省道上也有类似问题。

二、桥台地基失稳隐患的处理方法

(一)加桩法

加桩法包括碎石桩、树根桩、灌注桩等方法。所谓加桩法即在软土地基周围补加钻孔桩或打入钢筋混凝土预制桩，使得这类复合土体有较强的抗拉、抗压、抗剪能力，从而提高基础承载力。

(二)复合地基法

复合地基法包括水泥土搅拌桩复合地基、高压喷射注浆桩复合地基、砂桩地基、振冲桩复合地基、土和灰土挤密桩复合地基、水泥粉煤灰碎石桩复合地基及夯实水泥土桩复合地基等。复合地基通过在天然地基中加设加筋材料，使得基体和增强体共同承担荷载作用。

以珠海市斗门县某大桥为例，原设计为9跨16m的T梁，座板式桥台，桥台基础为灌注桩。场地下有30m的淤泥，工程性质较差。由于施工时没有对台后软土基进行处理，两侧桥台不久便出现较大变形，危及桥梁安全[2]。经多方比较，王亦贺等人采用了CFG桩复合地基来控制软土地基变形的进一步发展，同时对上部结构采用外包法和注浆法来进行加固。因为CFG桩是碎石桩发展而来的复合地基刚性桩。而碎石桩的材料都是散体粒状材料，没有粘结力，要通过周围土体向其挤压才能发挥桩体作用。但CFG桩因加入了水泥、粉煤灰，所以桩体有一定粘结力，故可在桩体各个方向受力。CFG桩与桩间土不仅可以使得桩与土共同承担荷载，还可调整桩与土垂直和水平两个方向上荷载的分担作用。这种处理方法可以加快病害桥台台后软土土基在病害发生时的固结速度，使软土土基承载力上升。CFG桩复合地基处理台后病害具有巨大优势，因为其调整灵活、变形小、施工简单、造价低，是在软土地区处理地基的常用方法。

(三)结构加固法

包括注浆法、外包法(钢板、钢筋混凝土)等。通过加固结构来防止桥台出现的结构裂缝进一步发展，使之正常服役。

(四)分离桥台法

包括锚拉板法、台后加筋法等。由于桥台与上部结之间有相对位移，台后软土就会产生变形。通过分离桥台，不仅可以恢复桥台伸缩缝的功能，还可以减少桥台台后的填土压力。

例如中山市某大桥，此桥建成于1993年，上部为钢筋混凝土连续箱梁，全桥一联，桥台采用肋墙式埋置桥台，钻孔灌注桩基础，台后填土最高达5.90m。场地工程地质情况大致为：淤泥质土厚22m，下为残积层及强风化层，施工时未对台后软基进行处理。建成不久后桥台出现向台背侧倾斜和向桥侧滑移的变形。至1998年，桥台背墙与箱梁已相互挤压，造成桥台与箱梁底板不同程度的损坏，给桥梁使用留下了安全隐患。经过研究，王亦贺等人决定采用(下接第119页)分离桥台法进行处治。处理后至今未见变形进一步发展。软土地区桥台台后病害主要以桥台的倾斜、滑动为主，采用在桥台台背外侧加桩的方法，增加了结构整体的抗弯强度及抗变形能力，同时新桩基形成了桥台台前锚拉挡墙，控制了变形进一步发展，防止继续破坏上部结构。这一方法对软土层薄和已经过长期固结的桥台基底病害处治来说十分经济可靠。

(五)减轻荷载法

减轻荷载法包括桥梁加跨法，改用轻型材料等方法。桥台病害的处理常采用综合处理法，上、下部结构同时处理。当今设计人员以减轻荷载法、平衡荷载法为主要设计方法，其内容主要有增加桥长，降低桥台标高，或者采用整板、筏板基础等，通过加大底面来分散受力，使基底压应力小于地基容许承压力。同时减轻台背荷载，台后用轻质材料或设空箱减少台后路基重量也是常用方法之一。在台后填土前埋设桩，将大部分填土荷载转移到前置桩基上，从而减少桥台所受荷载，进而减少桥台位移。淤泥质软土层工程性质十分差，加之桥头填土较高，软土下卧层难以承受如此高的土压力,致使桥台出现沉陷和水平位移，如果情况严重软土下卧层会发生剪切滑动，使桥台和路堤一起坍塌，后果十分严重。所以台后可增设小跨径，适当增长桥长，减轻地基荷载，削弱台后土压力，防止桥台移动和沉陷。另外，在软基中不可轻易压缩河道、减少桥长，这些做法会提高桥台滑动变形的可能性。另外也可以根据试算数据来适当地增加桥长，增加抗滑系数，对于桥台稳定也有一定帮助。

三、结语

桥台作为桥梁的重要构造物，其结构安全直接关系桥梁整体，因此必须具有足够的强度、刚度和稳定性，并避免造成过大的沉降、滑移和偏转[3]。软土地基上的桥台由于地基承载力差、土体压缩性大存在很多造成桥台失稳的隐患，而且这些隐患经常会导致或者间接诱发桥梁上部结构事故。大量工程实践表明，处理桥台病害尚没有完全彻底有效的方法。因此建桥前必须设计、施工、勘察三部门做好详细沟通，进行充分的地质勘察，调查清楚桥位所处的地形地貌、地质水文等自然情况，设计部门也应该因地制宜，按照规范严格做好设计每个环节安全的把关，施工部门应该谨慎安全地施工，结合当地施工经验、建筑材料和经济条件，作充分论证，科学采取施工方案，确保桥台坚固稳定，路桥衔接平顺，完善桥梁功能，提高桥梁服务水平，避免桥台地基失稳事故的发生。