王茂靖 付開(kāi)隆

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 成都 610031)

1 概況

1.1 工程概況

西南山區(qū)某高速鐵路特大橋橋長(zhǎng)738.107 m，最大墩高8.5 m，橋梁中心里程D3 K72+737.846，孔跨布置為3×32+(32+48+32) m連續(xù)梁+15×32 m+1×24 m簡(jiǎn)支梁；主跨下部采用矩型實(shí)體墩、樁基礎(chǔ)；引橋梁部采用24 m、32 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支組合箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用矩型實(shí)體墩、T型空心橋臺(tái)、樁基礎(chǔ)。全橋5號(hào)～11號(hào)、16號(hào)、17號(hào)墩采用摩擦樁基礎(chǔ)，其余為柱樁，各墩臺(tái)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)情況如表1所示。

該橋從2010年3月23日開(kāi)始施工，2012年9月完工， 2012年10月架梁結(jié)束，2014年12月開(kāi)通運(yùn)營(yíng)。

1.2 病害概況

在施工過(guò)程中，施工單位自2010年9月開(kāi)始對(duì)橋橋墩臺(tái)沉降進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，發(fā)現(xiàn)橋墩存在較大的異常升降。針對(duì)該情況，自2012年10月開(kāi)始，設(shè)計(jì)單位對(duì)橋墩沉降進(jìn)行平行觀測(cè)。觀測(cè)結(jié)果顯示：部分橋墩一年中會(huì)在某段時(shí)間內(nèi)異常上升，其余時(shí)間則下降。對(duì)2012年10月至2013年8月的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2所示。

表1 雙線特大橋墩臺(tái)樁基設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)表

從表2可以看出:

(1)0號(hào)橋臺(tái)至4號(hào)橋墩的沉降變化不大，5號(hào)橋墩至22號(hào)橋臺(tái)出現(xiàn)較大的下沉或上浮。

(2)2012年10月至2013年3月初和2013年6月下旬至10月，墩(臺(tái))呈下沉趨勢(shì)。其中，0號(hào)橋臺(tái)至4號(hào)橋墩的下沉量在10 mm以內(nèi)，其它橋墩(臺(tái))均大于10 mm，12號(hào)橋墩下沉量最大，為18.98 mm。

(3)2013年3月中旬至6月中旬，橋墩(臺(tái))呈上浮趨勢(shì)，且在6月中旬達(dá)到最高值。9～17號(hào)橋墩總上浮量均大于30 mm，16號(hào)橋墩總上浮量最大，為38.58 mm。

(4)全橋所有墩臺(tái)的升降與雨季、旱季在時(shí)間上吻合，與地區(qū)地下水位升降存在一致性關(guān)系。

表2 某雙線特大橋橋梁觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

注：①下沉量：指橋墩(臺(tái))觀測(cè)的最低高程與第一次觀測(cè)高程的差值

②上浮量：指橋墩(臺(tái))觀測(cè)的最高高程與第一次觀測(cè)高程的差值

③總上浮量：指橋墩(臺(tái))觀測(cè)的最大下沉高程與上浮高程之間的差值

④觀測(cè)時(shí)間為：2012年10月21日至2013年8月4日

2 環(huán)境地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

橋址位于黔南布衣族苗族自治州貴定縣境內(nèi)，屬低山巖溶谷地地貌，橋位跨越溶蝕谷地，谷地平緩開(kāi)闊，大橋跨越一條小河，河岸寬10～20 m，深3 m，地表多為水田，地面高程 1 027～1 060 m。

2.2 地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造

橋址區(qū)位于昌明向斜核部，昌明向斜是南北向川黔經(jīng)向構(gòu)造體系內(nèi)的一條緊密狀向斜構(gòu)造。昌明向斜軸向近南北向延伸，與線路方向的夾角約70°,其南部延伸到貴州與廣西交界處，向北延伸到開(kāi)陽(yáng)縣附近與貴陽(yáng)向斜合并后進(jìn)一步向北延伸，長(zhǎng)度超過(guò)50 km。在線路附近，昌明向斜核部為飛仙關(guān)組(T1f)地層，兩翼地層由新到老分別為長(zhǎng)興組(P2c)、吳家坪組(P2w)、茅口組(P1m)、棲霞組(P1q)、梁山組(P1l)和黃龍組(C2hn)地層，巖層傾角20°～70°，區(qū)域性虎場(chǎng)正斷層通過(guò)橋址區(qū)，斷層產(chǎn)狀N45°E/45°SE，斷層破碎帶及影響帶寬100～300 m，由斷層角礫、斷層角礫巖、壓碎巖組成，影響范圍為D3K 72+520～D3K 72+760。

橋址區(qū)地震動(dòng)峰值加速度0.05 g，場(chǎng)地地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.35 s。

2.3 水文地質(zhì)特征

橋址區(qū)地下水主要為第四系孔隙潛水、基巖裂隙水及巖溶水。孔隙潛水主要賦存于橋區(qū)砂層及卵、礫石層中，含水量較豐富，由地表及大氣降水補(bǔ)給?；鶐r裂隙水主要賦存于硅質(zhì)巖、頁(yè)巖地層之中，巖溶水賦存于下伏灰?guī)r溶隙、溶洞中，基巖裂隙水、巖溶水含水量中等。地下水受大氣降水及地表水補(bǔ)給，斜坡處基巖裂隙水、巖溶水在谷底低洼處排泄。橋位谷地雨季地下水位于地表下2～8 m，旱季則達(dá)30～40 m，表明橋址處地下水受大氣降雨補(bǔ)給明顯，受周圍遠(yuǎn)距離地下水補(bǔ)給有限，地下水位波動(dòng)幅度較大，也說(shuō)明下伏巖溶水徑流途徑通暢。

2.4 主要不良地質(zhì)、特殊巖土

橋址地處巖溶谷地，主要不良地質(zhì)為隱伏巖溶，據(jù)鉆孔揭示：下伏棲霞茅口灰?guī)r巖溶極為發(fā)育，多個(gè)墩(臺(tái))處溶洞發(fā)育，分布規(guī)律性差，洞徑大小不一，揭示最大溶洞高達(dá)21.6 m，多數(shù)為充填溶洞，底板最低高程954.89 m。

特殊巖土為松軟地基土，呈透鏡狀分布于橋址區(qū)地表，厚度較薄，對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)影響不大。

3 地質(zhì)補(bǔ)勘及主要成果

3.1 地質(zhì)補(bǔ)勘情況

針對(duì)此橋墩臺(tái)異常沉浮的地質(zhì)病害，設(shè)計(jì)單位進(jìn)行了多次地質(zhì)補(bǔ)勘，2013年3月在異常升降值較大的6號(hào)、12號(hào)橋墩附近進(jìn)行了補(bǔ)充鉆探，鉆孔布置于D3K 72+778及D3K 73+007，鉆孔深度分別為70.7 m和60.1 m，鉆探揭示土石結(jié)構(gòu)、巖溶發(fā)育情況等與勘察階段揭示并提交設(shè)計(jì)的成果資料一致。

2013年8月13日，建設(shè)單位組織專家對(duì)該橋墩(臺(tái))異常升降問(wèn)題進(jìn)行探討，專家組初步分析認(rèn)為，沉降異常與橋址的地層結(jié)構(gòu)、地下水活動(dòng)有關(guān)，可能存在深層承壓水作用。

2013年8月，設(shè)計(jì)單位再次對(duì)該橋進(jìn)行了地質(zhì)補(bǔ)勘，分別在D3K 72+827處7號(hào)墩右側(cè)30 m、 D3K 73+154處 16號(hào)墩右側(cè)50 m 施鉆兩孔。

2013年9月15日完成D3K 72+827處鉆孔，孔深90.10 m，終孔時(shí)水位埋深18.2 m。鉆探揭示：0～40 m為卵石土；40～57.8 m為漂石土；57.8～77.5 m為灰?guī)r；77.5～81.8 m為溶洞，全充填細(xì)砂及卵石；81.8～82.3 m為溶蝕破碎帶；82.3～85.3 m為溶洞，全充填黃色黏土夾細(xì)砂；85.3～90.10 m為灰?guī)r。

2013年10月2日，完成D3K 73+154處鉆孔，孔深90.5 m，終孔時(shí)水位埋深29.8m。 鉆探揭示：0～5 m為粉質(zhì)黏土；5～23.2 m為卵石土；23.2～36.3 m為頁(yè)巖,呈全風(fēng)化狀；36.3～48 m為硅質(zhì)巖，弱風(fēng)化夾強(qiáng)風(fēng)化透鏡體，巖體極破碎，棱角鋒利；48～90.4 m為硅質(zhì)巖、灰?guī)r弱風(fēng)化層，巖體較破碎。

鉆孔結(jié)束后，在兩鉆孔中分別對(duì)砂卵石層和基巖裂隙水進(jìn)行了穩(wěn)定流、非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，同時(shí)在D3K 72+778，D3K 73+827和D3K 73+154處鉆孔中埋置花管進(jìn)行地下水位的長(zhǎng)期觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)間根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕涤昵闆r動(dòng)態(tài)設(shè)置，在豐水期一般2次/7 d，在枯水期一般1次/7 d。

為查明橋址區(qū)一定深度范圍巖層的完整性、地下水發(fā)育情況等，針對(duì)性開(kāi)展了大地電磁法物探工作?，F(xiàn)場(chǎng)區(qū)完成3條物探剖面，其中大角度與橋位相交的1條，自橋位左側(cè)至右側(cè)貫通槽谷，長(zhǎng) 1 930 m。平行于橋位的物探剖面2條，分別位于線路左側(cè)5.6 m 和右側(cè)9.3 m，共長(zhǎng) 1 560 m。同時(shí)，在橋址區(qū)開(kāi)展了磁法勘探，測(cè)定橋區(qū)磁場(chǎng)強(qiáng)度，分析橋區(qū)是否存在磁異?，F(xiàn)象。

為分析橋址區(qū)水文地質(zhì)特征、地下水變化規(guī)律，設(shè)計(jì)單位還開(kāi)展了區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)繪，基本查明了橋址區(qū)水文地質(zhì)單元及地下水補(bǔ)、逕、排條件，為分析橋址區(qū)地下水位變幅打下了良好基礎(chǔ)。

3.2 地質(zhì)補(bǔ)勘的主要成果

(1)地層巖性

鉆孔揭示橋址區(qū)覆蓋土厚度較大，松散土層厚度達(dá)60 m，下伏基巖為硅質(zhì)巖、頁(yè)巖及厚層灰?guī)r，橋址區(qū)處于向斜核部，受向斜構(gòu)造及斷層作用，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，使灰?guī)r巖溶極為發(fā)育，多見(jiàn)溶洞，硅質(zhì)巖十分破碎，呈散體結(jié)構(gòu)、碎石類土狀。上覆卵礫石土，據(jù)顆粒分析，粒徑大于2 mm的土樣占總質(zhì)量的56%～90%，平均值為76%；粒徑小于2 mm而大于0.075 mm的顆粒占總質(zhì)量的5%～37%，平均值為13%；粒徑小于0.075 mm的細(xì)粒土占總質(zhì)量3%～38%，平均值為11%。由此可見(jiàn)，橋址土層粗粒土占比較高。

(2)抽水試驗(yàn)成果

D3K 72+827處鉆孔按潛水完整井非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，采用相距57 m的D3K 72+778處鉆孔資料進(jìn)行直線解析法計(jì)算，卵石層的滲透系數(shù)K=0.177 m/d。D3K 73+154處鉆孔按潛水非完整井穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，采用單孔2個(gè)落程觀測(cè)資料按裘布依、庫(kù)薩金公式計(jì)算，巖層的滲透系數(shù)K=0.597 m/d。

從抽水試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，橋址區(qū)卵礫石土層滲透系數(shù)較小，說(shuō)明卵礫石土層較為密實(shí)且含有黏土，與勘察階段實(shí)施的超重型動(dòng)力觸探結(jié)果吻合。硅質(zhì)巖的滲透系數(shù)較卵礫石土層大，這與橋址區(qū)處于緊密狀昌明向斜核部的構(gòu)造部位有關(guān)，核部巖層受擠壓明顯，巖體破碎，因而滲透系數(shù)較大。

(3)水位觀測(cè)成果

觀測(cè)自2013年9月開(kāi)始，至2014年2月結(jié)束，鉆孔地下水位觀測(cè)升降曲線,如圖1所示。

圖1 某雙線特大橋鉆孔地下水位觀測(cè)升降曲線圖

從圖中可以看出：鉆孔水位隨降雨量的增減而變化，降雨后水位明顯升高。D3K 72+827處鉆孔水位起伏最大，變幅達(dá)到35 m，D3K 72+778處鉆孔變幅次之，為25 m，D3K 73+154處鉆孔變幅最小，為23 m。需要說(shuō)明的是，D3K 73+154處鉆孔水位觀測(cè)時(shí)間較晚，其變化幅度可能受此影響。

在各孔鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆至土層與基巖風(fēng)化層間的界線、基巖風(fēng)化層與完整基巖間的界線 、土層與完整基巖的界線時(shí)，均未觀察到水位的突然變化，即揭穿完整灰?guī)r后未見(jiàn)到有承壓水的情況，各層地下水均表現(xiàn)出潛水的特點(diǎn)。

對(duì)比各孔潛水位起伏情況與相應(yīng)位置的墩臺(tái)升降測(cè)量數(shù)值可見(jiàn)，墩臺(tái)的升降時(shí)間、幅度與孔隙潛水的升降有一定的相關(guān)性。

(4)橋址區(qū)水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐?/p>

受南北向構(gòu)造格局控制，橋區(qū)附近地貌整體呈南北向山嶺與槽谷相間分布。地表水主體流向?yàn)轫槻酃攘鲃?dòng)的南北向。同時(shí)，受橫向斷裂控制，存在一系列切穿主構(gòu)造線的橫向溝谷，本橋所跨過(guò)的昌明河，即為順橫向斷裂發(fā)育并切穿南北向主構(gòu)造線的橫向溝谷。據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)單元分析：昌明河屬長(zhǎng)江水系烏江支流堡子河上游補(bǔ)給水源，自該橋位往南方向的向斜谷內(nèi)所有溝谷，其河水均屬珠江水系紅水河的支流老面河上游補(bǔ)給源，昌明河往北方向的向斜谷內(nèi)所有溝谷，其河水均屬長(zhǎng)江水系烏江的支流堡子河上游補(bǔ)給源。該橋?qū)嶋H上處于長(zhǎng)江水系與珠江水系分水嶺附近，南北分屬兩個(gè)水文地質(zhì)單元，分界區(qū)域內(nèi)地表水、地下水活動(dòng)頻繁劇烈，地下水位變幅巨大。

(5)橋址區(qū)地下水承壓性

橋址區(qū)下伏含水層主要有卵礫石土層中的孔隙潛水和賦存于二疊系下統(tǒng)棲霞組、茅口組灰?guī)r中的巖溶水。灰?guī)r上部為含水微弱的二疊系上統(tǒng)吳家坪組、長(zhǎng)興組硅質(zhì)頁(yè)巖、頁(yè)巖夾灰?guī)r、煤層，可視為頂部隔水蓋層，底部隔水層為二疊系下統(tǒng)梁山組砂頁(yè)巖夾煤層。從勘探揭示的地質(zhì)剖面來(lái)看，頂部隔水層并未形成一連貫的蓋層，灰?guī)r層直接“開(kāi)口”于凹地內(nèi)，其內(nèi)所含巖溶水與覆土內(nèi)潛水相通，且橋址區(qū)發(fā)育虎場(chǎng)斷層，破碎影響帶寬度達(dá)300 m，斷層也將土層潛水與巖溶水水力聯(lián)系起來(lái)，下伏巖溶水不具備形成獨(dú)立水力系統(tǒng)的條件，橋址區(qū)沒(méi)有形成高于地面或潛水面承壓水的條件。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，尖山營(yíng)大橋所在區(qū)域的落水洞具備“消水”性質(zhì)，雨季時(shí)，大量降水灌入落水洞，迅速補(bǔ)給地下水，造成地下水位抬高；旱季時(shí)，由于橋址區(qū)地處地下水分水嶺，下伏可溶巖巖溶發(fā)育，地下水逕流暢通，無(wú)地表水、孔隙潛水補(bǔ)給，地下水位迅速下降。

(6)橋址區(qū)巖溶發(fā)育

橋址區(qū)覆蓋土下伏灰?guī)r，隱伏巖溶十分發(fā)育，多個(gè)鉆孔揭示，灰?guī)r中存在較多溶洞、溶隙，多為充填、半充填溶洞，最大洞高達(dá)21.6 m。隱伏巖溶地下水逕流暢通，為橋址區(qū)地下水位漲落創(chuàng)造了條件。

(7)特殊的水文地質(zhì)部位

該橋處于長(zhǎng)江水系與珠江水系分水嶺附近，南北分屬兩個(gè)水文地質(zhì)單元，分界區(qū)域?qū)俚叵滤畯?qiáng)烈補(bǔ)給區(qū)，屬于貴州地區(qū)典型峰叢洼地地貌。橋址區(qū)落水洞發(fā)育，降雨迅速通過(guò)落水洞補(bǔ)給地下水，水位上升，旱季無(wú)表水補(bǔ)給時(shí)，大量地下水通過(guò)下伏強(qiáng)烈?guī)r溶洞隙排走，水位下降。

谷底區(qū)發(fā)育4個(gè)落水洞，其中，位于昌明河谷中的2個(gè)落水洞，具有較強(qiáng)消水能力，3號(hào)、4號(hào)落水洞導(dǎo)致昌明段河道大多時(shí)間為干枯狀態(tài)的原因。

因此，橋址區(qū)特殊的水文地質(zhì)部位導(dǎo)致區(qū)內(nèi)地下水活動(dòng)頻繁劇烈，地下水位波動(dòng)幅度大。

4 橋墩沉降機(jī)理分析

根據(jù)補(bǔ)充地質(zhì)勘察成果，該橋橋墩異常沉浮與橋址區(qū)雨季、旱季地下水位劇烈波動(dòng)存在明顯正相關(guān)關(guān)系，分析認(rèn)為橋址區(qū)特殊的水文地質(zhì)部位是引起地下水位劇烈波動(dòng)的地質(zhì)因素，孔隙潛水的地下水變幅是引起橋墩異常沉浮的主要原因。

4.1 地下水滲流對(duì)橋墩樁基礎(chǔ)的作用

地下水滲流產(chǎn)生滲透壓力，其作用方向與水流方向一致，水位上升時(shí)，產(chǎn)生向上的滲透力，水位下降時(shí)，將產(chǎn)生向下的滲透壓力。同時(shí)，地下水上升后，樁基將承受一定浮力。

本文以7號(hào)摩擦樁基為例，探討滲透壓力和浮力是否為主導(dǎo)橋墩(臺(tái))沉浮的誘因。

根據(jù)地下水水位觀測(cè)結(jié)果：7號(hào)墩2月地下水水位埋深45 m，6月份水位埋深2 m，地下水位變幅達(dá)43 m。

7號(hào)橋墩設(shè)置8根直徑1 m摩擦樁，置于卵石土層中,樁長(zhǎng)20 m。該橋墩在水位變幅時(shí)段內(nèi)，橋墩相對(duì)上升11.33 mm，相對(duì)沉降12.29 mm，絕對(duì)上升23.62 mm。

水位上升時(shí)：?jiǎn)胃鶚秱?cè)壁摩阻力，按式(1)計(jì)算：

P=1/2U(∑fili)

(1)

式中：U——樁身截面周長(zhǎng)；

fi——各土層極限摩阻力(kPa)，卵石土水中部分取160 kPa，水上部分取220 kPa；

li——各土層厚度。

則：

P=1/2×3.14×1×(220×2+160×18)=5 213 kN

地下水屬孔隙潛水，其上升、下降產(chǎn)生的滲透壓力大小一致，方向相反，單位滲透力按式(2)計(jì)算：

J=γW×i=γW×Δh/h

(2)

式中：γW——水溶重;

i——地下水變幅的水力坡度。

則J=10×43/43=10 kPa作用于樁身側(cè)壁的滲透壓力：

PW=J×U×l=10×3.14×1×18=565.2 kN

(3)

樁基承受浮力按式(4)計(jì)算：

F浮=ρw×g×V液

(4)

當(dāng)?shù)叵滤宦裆? m時(shí)，樁基有18 m置于餉土中，F(xiàn)浮=1×10×3.14×0.52×18=141.3 kN。

此時(shí)，樁基所承受的滲透壓力與浮力之和，即：

F上=PW+F浮=565.2+141.3=706.5 kN

由此可見(jiàn)，地下水位變動(dòng)對(duì)樁基產(chǎn)生的滲透壓力及浮力，遠(yuǎn)小于樁基側(cè)壁摩阻力，不會(huì)導(dǎo)致樁基上浮下沉。由此推斷，地下水滲流引起土體壓縮與回彈，是唯一可能導(dǎo)致置于土體中的橋樁基沉浮的原因。

4.2 滲流引起土體沉浮定性分析

土體是一種固相、液相、氣相的三相物體，土體中固體顆粒是土的主要組成部分，為土體骨架，水、氣體充填于顆?？紫吨g，土體的工程地質(zhì)性質(zhì)主要由顆粒、液體決定，土體顆粒間被水充滿時(shí)，土體為飽和土體。

根據(jù)飽和土體相關(guān)理論，土體中任一平面上所受的總應(yīng)力可分為兩部分，即：

σ=σ′+U

(5)

式中：σ′——有效應(yīng)力；

U——孔隙水壓力。

隨著地下水位或水頭變動(dòng)，土層中的孔隙水壓力會(huì)發(fā)生變化，其有效應(yīng)力也會(huì)隨之改變 。土體的變形和強(qiáng)度只取決于有效應(yīng)力。當(dāng)土體中地下水位上升時(shí)，土體有效應(yīng)力可由式(6)計(jì)算：

σ′=σ-u=γH-γWΔh

(6)

有效應(yīng)力減小，土體顆粒間空隙充滿了孔隙潛水，土體發(fā)生擴(kuò)容膨脹，飽和土體積增大，因而導(dǎo)致地基土發(fā)生向上回彈、上升，進(jìn)而帶動(dòng)設(shè)置于土體中的摩擦樁一并上升。

當(dāng)土體中地下水位下降時(shí)，飽和土中滲流向下，此時(shí)，土體有效應(yīng)力可按(7)計(jì)算：

σ′=σ-u=γH+γWΔh

(7)

土體中地下水向下滲流，顆粒間地下水逐漸排出，土體有效應(yīng)力增加，導(dǎo)致土體發(fā)生滲流壓密，地基土發(fā)生下沉，并帶動(dòng)設(shè)置于土體之間的摩擦樁下沉。

橋址區(qū)厚層覆蓋土及巖層風(fēng)化層已形成了多年，地下水的大幅波動(dòng)現(xiàn)象也已存在多年。地下水大幅波動(dòng)造成土體有效應(yīng)力的增大與減小循環(huán)往復(fù)，使得橋址厚層覆蓋土顆粒之間地下水不斷注入與排出，由于水不可壓縮，因而導(dǎo)致顆粒間空隙壓密與擴(kuò)容，這種因地下水波動(dòng)造成的土體變形屬于可完全恢復(fù)的彈性變形。地下水位下降時(shí)，土層及風(fēng)化層有效應(yīng)力增加，土體顆粒之間空隙壓密減小，地基土整體下沉；地下水上升時(shí)，顆粒間充滿地下水，引起土體滲流變形，土體及風(fēng)化層有效應(yīng)力減小。顆粒空間擴(kuò)容增大，土層及風(fēng)化層體積增大后整體上浮。

從土層及風(fēng)化層結(jié)構(gòu)、成分和力學(xué)性質(zhì)來(lái)看，土層及風(fēng)化層與橋梁基樁之間的側(cè)壁摩阻力，足以保證土層及風(fēng)化層同橋墩之間沉浮規(guī)律相同，沉浮同步發(fā)生，幅度量基本一致。因而發(fā)生了墩臺(tái)與周邊土層及風(fēng)化層同時(shí)等幅度沉浮的現(xiàn)象。

4.3 代表性墩臺(tái)地基土沉浮值定量計(jì)算

以7號(hào)墩為例進(jìn)行計(jì)算。7號(hào)墩處覆土全部為圓礫土，土層厚度57 m，最低水位為地面下45 m，最高水位為地面下2 m，受地下水波動(dòng)產(chǎn)生彈性變形的土層深度范圍為2～45 m?？辈炱陂g在7號(hào)墩處實(shí)施了 2個(gè)超重型動(dòng)力觸探測(cè)試孔，試驗(yàn)深度分別為21.7 m和23.2 m，所測(cè)動(dòng)探錘擊數(shù)值隨深度呈線性增加，最大錘擊數(shù)為93擊。參考《成都地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中卵石土載荷試驗(yàn)與超重型動(dòng)力觸探擊數(shù)的對(duì)比分析結(jié)果，變形模量與超重型動(dòng)力觸探值的關(guān)系式為：

E0=15+2.7×N120

(8)

由此計(jì)算得深度23 m處的變形模量：

E0=15+2.7×93=266 MPa

由于超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)揭示圓礫土層錘擊數(shù)與深度呈線性關(guān)系，因此變形模量與深度也呈線性關(guān)系。由此計(jì)算出57 m深度范圍內(nèi)的變形模量平均值：

E0平均=266×57/2/23=330 MPa

采用積分法計(jì)算2～45 m深度范圍內(nèi)因地下水漲落所導(dǎo)致的地基土彈性變形量：

ε=10×(45×45-2×2)/2/330/1 000=0.031 m

可以看出，計(jì)算出的地基土彈性變形量與測(cè)量出的7號(hào)墩變形總量基本同一數(shù)量級(jí)(略大于7號(hào)墩變形量的原因?yàn)橛?jì)算中采用變形模量的值，計(jì)算較粗略)。

4.4 橋墩沉浮規(guī)律分析

根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，繪制各墩臺(tái)沉浮最大值對(duì)比曲線，如圖2所示。從圖中可以看出，0號(hào)臺(tái)、1～4號(hào)墩、18～21號(hào)墩、22號(hào)臺(tái)沉浮數(shù)值相對(duì)較小，這是因?yàn)檫@些墩(臺(tái))為柱樁基礎(chǔ)且柱樁嵌入基巖錨固端越長(zhǎng)。12～16號(hào)墩雖然也是柱樁基礎(chǔ)，但其樁基嵌入完整灰?guī)r的錨固段過(guò)短，不足以抵抗飽和土體因地下水升降產(chǎn)生的彈性變形，因此，12～16號(hào)墩仍有較大沉浮。

圖2 特大橋各墩臺(tái)沉浮最大值對(duì)比曲線

5 結(jié)論

(1)該橋橋址區(qū)處于特殊的水文地質(zhì)部位，加之溝谷周圍發(fā)育4個(gè)巖溶落水洞、且下伏基巖巖溶發(fā)育，這些條件十分有利于地下水的匯聚及消散，加劇了地下水波動(dòng)。因此，認(rèn)真分析橋址谷區(qū)地下水存在較大波動(dòng)的可能性和原因十分重要。

(2)對(duì)厚覆蓋層區(qū)的橋梁基礎(chǔ)，若覆蓋土中地下水變幅較大，應(yīng)高度重視地下水滲流引起的地基土彈性變形，正確計(jì)算地基土在地下水流滲流作用下的彈性變形量，分析彈性變形對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)的影響程度。

(3)跨越山區(qū)溝谷的橋梁，應(yīng)充分研究橋址區(qū)水文、水文地質(zhì)條件，特別要查清地下水補(bǔ)、逕、排條件，確定橋址區(qū)水文年度區(qū)地下水波動(dòng)幅度，應(yīng)認(rèn)真分析地下水動(dòng)水位波動(dòng)在土層中形成的滲透壓力、地下水浮力等對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)產(chǎn)生的影響。