軟土一般指在靜水或緩流水環(huán)境中以細顆粒為主的近代粘性沉積土,是一種呈軟塑到流塑狀態(tài)的飽和粘性土,常含有機質(zhì),天然孔隙比通常大于1,當e大于1.5時(shí)稱(chēng)為淤泥,小于1.5大于1.0時(shí)稱(chēng)為淤泥質(zhì)土。習慣上也把工程性質(zhì)接近淤泥土的粘性土統稱(chēng)為軟土。
軟土具有抗剪強度低、透水性低、高壓縮性、對結構破壞敏感、流變性等特點(diǎn)。
在軟土地區修筑橋梁及道路人工構造物必須首先進(jìn)行較詳細的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)勘測工作,查明該處軟土的地質(zhì)及工程特性,掌握全面的、翔實(shí)的資料,這是正確布置構造物,選擇適當結構類(lèi)型的首要條件,也是保證設計和施工能緊密結合實(shí)際情況,采取有針對性措施的必要條件。
軟土地基的強度、變形和穩定是工程中必須全面、充分注意的問(wèn)題,是造成橋梁、道路人工構造物、基礎過(guò)大沉降、不均勻沉降、位移、傾斜、開(kāi)裂、失穩或嚴重損壞等事故的主要原因。國內外從實(shí)踐中對軟土地基上基礎工程設計技術(shù)、施工方法、地基加固等方面已積累了不少成功經(jīng)驗和科研成果,只要使用得當是能保證軟土地基上結構物的安全的。
一、全面掌握工程地質(zhì)資料合理布設橋涵
我國沿海、內陸等地的軟土由于沉積年代、環(huán)境的差異,成因的不同,他們的成層情況,粒度組成,礦物成分有所差別,使工程性質(zhì)有所不同。不同沉積類(lèi)型的軟土,有時(shí)其物理性質(zhì)指標雖較相似,但工程性質(zhì)都并不很接近,不因借用。軟土的力學(xué)性質(zhì)參數宜盡可能通過(guò)現場(chǎng)原位測試取得,為設計提供可靠數據。
在軟土區,橋梁位置(尤其是大型橋梁)既要與路線(xiàn)走向協(xié)調,又要注意構造物對工程地質(zhì)的要求,如果地基土屬深、厚軟粘土,特別是流動(dòng)性的淤泥、泥炭和高靈敏度的軟土,不僅設計技術(shù)條件復雜,而且將給施工、養護、營(yíng)運帶來(lái)許多困難,工程造價(jià)也就增大,應力求避免,另選擇軟土較薄、均勻、靈敏度較小的地段可能更為有利。對于小橋涵,可優(yōu)先考慮地表“硬殼”層較厚,下臥為一般均勻軟土處,以爭取采用明挖剛性擴大基礎,降低造價(jià)。
在確定橋梁總長(cháng)、橋臺位置時(shí),除應考慮泄洪、通航要求外,宜進(jìn)一步結合橋臺和引道的結構、穩定考慮。如能利用地形、地質(zhì)條件,適當的布置或延長(cháng)引橋,使橋臺置于地基土質(zhì)較好或軟土較薄處,以引橋代替高路堤,減少橋臺和填土高度,會(huì )利用橋臺、路堤的結構和穩定,在造價(jià)、占地、養護費用、營(yíng)運條件等統盤(pán)考慮后,往往在技術(shù)上,經(jīng)濟上都是合理的。
軟土地基上橋梁宜采用輕型結構,減輕上部結構及墩臺自重。由于地基易產(chǎn)生較大的不均勻沉降,一般以采用靜電結構或整體性較好的結構為宜,如橋梁上部可采用鋼筋混凝土空心板或箱形梁;橋臺采用柱式、支撐梁輕型橋臺或框架式等組合式橋臺;橋墩宜用樁柱式、排架式、空心墩等。涵洞宜用鋼筋混凝土管涵、整體基礎鋼筋混凝土蓋板涵、箱涵以保證涵身剛度和整體性。
二、軟土地基橋梁基礎設計應注意事項
我國在軟土地區的橋梁基礎,常用的是剛性擴大基礎(天然地基或人工地基)和樁基礎,也有用沉井基礎的,現結合軟土地基的特點(diǎn),介紹設計時(shí)應注意的幾個(gè)問(wèn)題。
1、剛性擴大淺基礎
在較穩定、均勻、有一定強度的軟土上修筑對沉降要求不嚴格的矮、小橋梁,常爭取采用天然地基(或配合砂礫墊層)上的剛性擴大淺基礎。如軟土表層有較厚的“硬殼”也應考慮利用。剛性擴大基礎常因軟土的局部塑性變形而使墩、臺發(fā)生不均勻沉降,由于后臺填土的影響使橋臺前后端沉降不均而發(fā)生后仰也是常見(jiàn)工程事故,有時(shí)還同時(shí)使橋臺向前滑移。因此在設計時(shí)應注意基礎受力不同的邊緣(如橋臺基礎的前趾、后蹱)沉降的驗算及其抗滑動(dòng)、傾覆的驗算。
防治措施:可采用人工地基如有針對性的布設砂礫墊層,對地基進(jìn)行加載預壓以減少地基的沉降和調整沉降差,或采用深層攪拌法,以水泥土攪拌或粉體噴射攪拌樁加固軟土地基,按復合地基理論驗算地基各控制點(diǎn)的承載力和沉降(加固范圍應包括橋頭路堤地基的一部分);采取結構措施如改用輕型橋臺,埋置式橋臺,必要時(shí)改用樁基礎等;也有建議對小橋(如單孔跨徑不超過(guò)8m,孔數不多于3孔)可將相墩臺剛性擴大基礎擴展聯(lián)合成整體,形成聯(lián)合基礎板,在滿(mǎn)足地基承載力和沉降同時(shí),可以解決橋臺前傾后仰和滑移問(wèn)題。但此時(shí)為避免基礎板過(guò)厚,常需配置受力鋼筋改為柔性基礎,應先進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟方案比較,全面分析選用(設計方法可參考第二章柔性基礎簡(jiǎn)化的倒梁法及鋼筋混凝土結構設計有關(guān)規定。)
為了防止小橋基礎向橋孔滑移,也可僅在基礎間設置鋼筋混凝土(或混凝土)支撐梁。
軟土地基上相鄰墩、臺間距小于5m時(shí),《公橋基規》要求考慮臨近墩、臺對軟土地基所引起的附加豎向壓應力。
2、樁基礎和沉井基礎
在較深厚的軟土地基,大中型橋梁常采用樁基礎,它能獲得較好的技術(shù)效果,如經(jīng)濟上合理,應是首選的方案。施工方法可以是打入(壓入)樁、鉆孔灌注樁等。要求基樁穿過(guò)軟土深入硬土(基巖)層以保證足夠的承載力和較小的沉降。軟土很厚采用長(cháng)的摩擦樁時(shí),應注意樁底軟土強度和沉降的驗算,必要時(shí)可對樁周軟土進(jìn)行壓漿處理或做成擴底樁。
打入樁的樁距應較一般土質(zhì)的適當加大,并注意安排好樁的施打順序,避免已打入的鄰樁被擠移或上抬,影響質(zhì)量。鉆孔灌注樁一般應先試樁取得施工經(jīng)驗,避免成孔時(shí)發(fā)生縮孔、坍孔。
軟土地基樁基礎設計中,應充分注意由于軟土側向移動(dòng)而使基樁撓曲和受到的附加水平壓力;由于軟土下沉而對基樁發(fā)生的負摩阻力,現分述如下:
(1)地基軟土側向移動(dòng)對基樁的影響。在軟土上樁基礎的橋臺、擋墻等,由于臺后填土重力的擠壓,地基軟土側向移動(dòng),樁――土間產(chǎn)生附加水平壓力,引起樁身?yè)锨?,使橋臺后仰和向河槽傾移,甚至基樁折損等事故。在深厚軟土上修橋,特別是較高填土的橋臺日益增多,這類(lèi)事故時(shí)有發(fā)生,已引起國內外基礎工程界廣泛重視。
(2)地基軟土下沉對基樁的影響。軟土下沉使基樁承受到負摩阻力,將產(chǎn)生較大的沉降或使樁身向壓屈破壞,必須予以重視,分析并計算基樁上負摩阻力。在較厚較軟土上下沉沉井,往往因下沉速度快而發(fā)生沉井傾斜、位移等,應事先注意采取防備措施如選用輕型沉井、平面形狀采用圓形或長(cháng)寬比較小的矩形、立面形狀采用豎立式等,施工時(shí)盡量對稱(chēng)挖土控制均勻下沉并及時(shí)糾偏。
三、橋臺及橋頭路堤軟土地基的穩定
軟土地基抗剪強度低,在稍大的水平力作用下橋臺和橋頭路堤容易發(fā)生地基的縱向滑動(dòng)失穩,應按已介紹的方法進(jìn)行驗算,如穩定性不夠,小橋可采用支撐梁、人工地基等,大中橋梁除將淺基改為樁基,延長(cháng)引橋使填土高度降低或橋臺移至穩定土層上外,常用方法是采取減少臺后土壓力措施或在臺前加筑反壓護道(應注意臺前過(guò)水面積的保證),埋置式橋臺也可同時(shí)放緩溜坡,反壓護道(溜坡)長(cháng)度、高度、坡度,以及地基加固方法等應該經(jīng)計算確定,施工時(shí)注意臺前、后填土進(jìn)度的配合,避免有過(guò)大的高差。
橋頭路堤填土(包括橋臺錐坡)橫向失穩也須經(jīng)過(guò)驗算加以保證,需要時(shí)應放緩坡度或加筑反壓護道。
橋頭路堤填土稍高時(shí),路堤下沉使橋臺后傾是軟土地區橋梁工程常發(fā)生的事故。除應對橋臺基礎采取前述的有針對性的結構措施及改用輕質(zhì)材料填筑路堤外,一般也常對路基采用人工加固處理。
軟土地基加固技術(shù),我國近年來(lái)發(fā)展很快,淺層加固處理有砂礫墊層,深層加固處理有堆載排水固結法、振沖法、深層水泥漿攪拌法、粉體噴攪法等得到廣泛的應用,強夯法也在探討使用中。