桥梁工程岩土勘察方案及设计计算参数选择

安景波

上海山骋勘察设计有限公司 上海 200000

桥梁施工是一项系统化的复杂工作，包含的工序环节较多，且各个工序环节都与整体工程质量有着密切关联关系，其中基础施工部分更是起着重要的奠基作用。在正式开始施工之前，必须全方位做好施工现场及周围环境的勘察工作，尤其要准确掌握地质岩土情况，这样才能有针对性地制定施工方案，从而确保后续各环节桥梁施工工作的顺利有序开展，有效控制桥梁设施质量品质。

1 工程概况

本文所述项目为青浦香花桥街道与G1503上海绕城高速相交区域的部分桥梁施工工程，该工程所在地地形较为复杂，同时分布有高速路段和河道，桥梁设施需要分多个建设。其中河道沿线建设3座跨越式小桥，高速公路部分建设大型的跨线主桥和引桥。工程前期岩土勘测以及过程中的桥梁基础施工方案确立，是本次施工项目的重点关注内容。为了能够实现勘察方案的深度优化目标，本次项目勘察方案设计增加了很多的内容，同时还制定了一系列勘察应急准备措施，多管齐下以应对现场复杂多变的地层情况。

2 勘察目的及要求

施工勘察的目的主要为了给施工图设计提供准确、完整的数据资料，以确保设计方案的合理性与可行性。其勘察要求主要包括以下几项内容：首先，需要详细了解施工现场区域内的地质土层结构，并探明土质均匀情况、基础持力层部分的层面埋深情况和土层厚度情况，以便计算岩土结构的力学性能，分析土体的压缩性和稳定性，合理确定地基承载力，保证地基结构的安全性；其次，要对施工现场的地下水情况进行勘察，准确计算水位变化幅度，同时检验地下水和土壤的腐蚀性，明确地下水环境条件；此外，还要分析拟建区域的抗震能力，以便对可能存在的地震类自然灾害等进行预测，制定合理的应对方案。最后，要根据上述数据计算和提供相应的地基承载力以及变形评估参数，作为工程图纸设计的依据标准[1]。

3 勘察方案

根据相关设计单位所提出的工程勘测要求以及行业勘察规范，对现场勘察位置以及勘测点数量进行规划，然后结合现场环境条件对勘察方案进一步做确认，不合理之处与设计单位沟通调整。最后确认具体勘察方案如下：大桥按照每个桥墩二个勘察孔的标准进行勘察，中桥按照四个勘探孔的标准勘察，个别勘察孔受到场地现场条件限制进行微调。钻孔深度与场地类别、基础部分施工设计方案以及地基承载力要求保持相符性，根据钻孔的使用目的，将孔深控制在60-90m之间。

4 岩土工程评价

本工程整体岩土属性相对稳定，地表浅层的土壤以杂填土为主，较为松散，填充物主要为砂性土，均匀度和密实度方面略差，属于不均匀地层，承载力不足。但是深层土质的工程性质较好，30m以下基本为第⑦层主要为粉砂层，其下为层厚较厚的第⑧层灰色粉质粘土，72m左右进入第⑨层粉砂层，深部土层承载力高、稳定性较好。但是从承载力方面来看，本工程拟建施工现场的岩土具有一定可压缩性，缺少可塑性岩体，总体承载性能中等水平，采取常规桩基施工工艺无法满足大桥桥墩桩基承载力要求，如何保证基础工程的荷载安全性，是本次施工的重难点之处[2]。

5 地基基础设计计算有关参数

5.1 岩土参数统计

本次勘察以原位测试为主要手段，采用标准贯入及轻型动力探触试验方法，同时采集岩土样本进行室内土工试验。对原位测试和土工试验数据进行逐一核对检查和分层数理统计，最后计算出各层岩土参数的平均值、标准值、范围值、标准差以及变异系数值。

5.2 岩土参数选择

我国桥梁工程地基设计的岩土参数选择有其专门的标准值和范围值可以进行参照使用，需确定的参数主要可以分为两类，其一是岩土物理性能指标值，包括天然重度Y、含水率w、天然空隙比e0、液限指数IP、塑限指数IL、压缩系数av、压缩模量ES等；其二是力学强度指标，包括内聚力c、内摩擦角φ等。表1所示为当前桥梁施工工程当中常见的岩土土质性质指标标准推荐值，所示参数值为标准值范围 的平均值[3]。

表1 地基土层物理力学性质指标推荐值

6 桥梁基础方案

6.1 桥梁浅基础施工方案分析

本工程勘察过程中发现，浅基础部分地层具有较为明显的复杂性，而且受到当地自然环境等各方面因素影响，很容易发生浅部土层性质变化现象，施工孔位移位的几率较大，存在较大的施工安全风险。综合分析判断，该工程采用常规的墩基础施工方案难以保证桥梁基础持力层的稳定性，需采用稳定性更高、荷载能力更强的桩基础施工工艺。

6.2 桥梁桩基础施工方案分析

本工程桥梁跨度较大，对于单桩的承载力有着较高要求，最大单桩灌注桩设计为Φ1500mm规格，其承载力设计值要求至少达到1200T，承载力标准值需满足2400T。桩基承载力（考虑桩端后注浆）标准值的设计主要根据上海市《地基基础设计标准》其单桩承载力估算允许值，再乘以综合调整系数决定，最后根据承载力要求再选择合适的土层作为地基持力层。本次桩基施工综合调整系数为1.2，单桩承载力主要参照有关《公路桥涵地基与基础设计规范》文件要求。表3所示为我国现行钻孔灌注桩单桩轴向受压承载力容许值[4]。

表2 单桩竖向承载力计算参数表

层号 土层名称 层底绝对标高 (m)比贯入阻力Ps平均值(MPa)预制桩(PHC管桩) 灌注桩fs(kPa)fp(kPa)fs(kPa)fp(kPa)⑦1 草黄-灰黄色砂质粉土 -26.68 - -31.55 9.38 90 70⑦2 灰黄～灰黄色粉砂 -37.84 - -42.54 11.36 100 6000 55 1700⑧1 灰色粉质粘土 -39.20 - -51.59 2.23 70 65⑨ 灰色粉砂土 -65.67 - -69.71 12.17 120 8000 100 3500

根据《地基基础设计规范》及《公路桥涵地基与基础设计规范》相关公式估算，地基土的单桩轴向受压承载力容许值见下表3。

表3 钻孔灌注桩单桩轴向受压承载力容许值估算表

桥梁施工工程常规的桩基础施工工艺主要采用大直径灌注桩方法，理论上采用该施工技术的情况下，桩基持力层需布置在第⑦或第⑨层土层区域。但是经过对以往类似项目工程施工经验进行分析，发现采取大直径灌注桩方案时，按照本工程的地质条件，桩基承载力计算值明显偏小，无法达到规范标准值。因此，经过综合考量后，本工程最终选用了桩端、桩侧后注浆施工工艺。

桩端及周围后压浆工艺的优势在实践当中已经获得了有效验证，这种桩基施工方法可以大大提高单桩承载力，最高甚至可以达到150%左右。理论上，单桩承载力强度越高，桩基持力层的选择就可以越灵活。本次工程当中按照桩基承载力采用后注浆工艺比普通钻孔灌注桩技术提高40%的标准，桩身30m以下范围内全部注浆，其安全性和经济性能够达到最佳的状态。基于该标准，最终选择第⑦2层作为桩基持力层，既可以满足单桩体承载设计值，又能实现成本最优控制[5]。

但是经过计算分析后发现，本工程采用桩端后注浆工艺，还存在一个难点问题，即桩基沉降量计算后结果不符合施工规范要求。分析其原因，主要是由于桩基沉降量计算没有对应的标准计算参数，通常情况下，类似工程项目的桩基沉降量一般为PHC管桩的80%左右，但如果按照这种传统的计算标准，本工程桩基沉降量计算结果会出现明显不合理。再次经过对既有施工案例进行对比分析，总结发现，对于选择第⑦层作为桩基持力层的桥梁施工工程，桩端采用后注浆方式时，其桩基沉降计算经验系数Ψm可介于0.40-0.50之间取值。基于此，本次勘察后结合GTS三维建模，重新调整了经验系数参数值，获得了较为可靠的结果，桩基沉降量也得到准确分析。

7 结论及建议

本次桥梁工程岩土勘察方案及设计计算参数的选择最后经过现场试验验证，比较符合实际情况。通过本次勘察优化设计，积累了大量关于桥梁施工工程岩土勘察的理论规划经验，为其他类似项目工程的前期方案制定提供了可靠的参考案例。但是也应注意，理论与实践难免会存在一定差异，因此，在实际施工时应先进行必要的实验，比如桩基施工应进行桩身质量检测，必要时进行单桩静载试验。如果施工过程中发现与勘察地质资料不符或地层变化较大的情况，应及时与设计人员以及岩土工程师等进行确认，必要时进行补勘作业。