安景波

上海山騁勘察設(shè)計有限公司 上海 200000

橋梁施工是一項系統(tǒng)化的復(fù)雜工作，包含的工序環(huán)節(jié)較多，且各個工序環(huán)節(jié)都與整體工程質(zhì)量有著密切關(guān)聯(lián)關(guān)系，其中基礎(chǔ)施工部分更是起著重要的奠基作用。在正式開始施工之前，必須全方位做好施工現(xiàn)場及周圍環(huán)境的勘察工作，尤其要準(zhǔn)確掌握地質(zhì)巖土情況，這樣才能有針對性地制定施工方案，從而確保后續(xù)各環(huán)節(jié)橋梁施工工作的順利有序開展，有效控制橋梁設(shè)施質(zhì)量品質(zhì)。

1 工程概況

本文所述項目為青浦香花橋街道與G1503上海繞城高速相交區(qū)域的部分橋梁施工工程，該工程所在地地形較為復(fù)雜，同時分布有高速路段和河道，橋梁設(shè)施需要分多個建設(shè)。其中河道沿線建設(shè)3座跨越式小橋，高速公路部分建設(shè)大型的跨線主橋和引橋。工程前期巖土勘測以及過程中的橋梁基礎(chǔ)施工方案確立，是本次施工項目的重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容。為了能夠?qū)崿F(xiàn)勘察方案的深度優(yōu)化目標(biāo)，本次項目勘察方案設(shè)計增加了很多的內(nèi)容，同時還制定了一系列勘察應(yīng)急準(zhǔn)備措施，多管齊下以應(yīng)對現(xiàn)場復(fù)雜多變的地層情況。

2 勘察目的及要求

施工勘察的目的主要為了給施工圖設(shè)計提供準(zhǔn)確、完整的數(shù)據(jù)資料，以確保設(shè)計方案的合理性與可行性。其勘察要求主要包括以下幾項內(nèi)容：首先，需要詳細(xì)了解施工現(xiàn)場區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)土層結(jié)構(gòu)，并探明土質(zhì)均勻情況、基礎(chǔ)持力層部分的層面埋深情況和土層厚度情況，以便計算巖土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，分析土體的壓縮性和穩(wěn)定性，合理確定地基承載力，保證地基結(jié)構(gòu)的安全性；其次，要對施工現(xiàn)場的地下水情況進(jìn)行勘察，準(zhǔn)確計算水位變化幅度，同時檢驗地下水和土壤的腐蝕性，明確地下水環(huán)境條件；此外，還要分析擬建區(qū)域的抗震能力，以便對可能存在的地震類自然災(zāi)害等進(jìn)行預(yù)測，制定合理的應(yīng)對方案。最后，要根據(jù)上述數(shù)據(jù)計算和提供相應(yīng)的地基承載力以及變形評估參數(shù)，作為工程圖紙設(shè)計的依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[1]。

3 勘察方案

根據(jù)相關(guān)設(shè)計單位所提出的工程勘測要求以及行業(yè)勘察規(guī)范，對現(xiàn)場勘察位置以及勘測點(diǎn)數(shù)量進(jìn)行規(guī)劃，然后結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境條件對勘察方案進(jìn)一步做確認(rèn)，不合理之處與設(shè)計單位溝通調(diào)整。最后確認(rèn)具體勘察方案如下：大橋按照每個橋墩二個勘察孔的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行勘察，中橋按照四個勘探孔的標(biāo)準(zhǔn)勘察，個別勘察孔受到場地現(xiàn)場條件限制進(jìn)行微調(diào)。鉆孔深度與場地類別、基礎(chǔ)部分施工設(shè)計方案以及地基承載力要求保持相符性，根據(jù)鉆孔的使用目的，將孔深控制在60-90m之間。

4 巖土工程評價

本工程整體巖土屬性相對穩(wěn)定，地表淺層的土壤以雜填土為主，較為松散，填充物主要為砂性土，均勻度和密實度方面略差，屬于不均勻地層，承載力不足。但是深層土質(zhì)的工程性質(zhì)較好，30m以下基本為第⑦層主要為粉砂層，其下為層厚較厚的第⑧層灰色粉質(zhì)粘土，72m左右進(jìn)入第⑨層粉砂層，深部土層承載力高、穩(wěn)定性較好。但是從承載力方面來看，本工程擬建施工現(xiàn)場的巖土具有一定可壓縮性，缺少可塑性巖體，總體承載性能中等水平，采取常規(guī)樁基施工工藝無法滿足大橋橋墩樁基承載力要求，如何保證基礎(chǔ)工程的荷載安全性，是本次施工的重難點(diǎn)之處[2]。

5 地基基礎(chǔ)設(shè)計計算有關(guān)參數(shù)

5.1 巖土參數(shù)統(tǒng)計

本次勘察以原位測試為主要手段，采用標(biāo)準(zhǔn)貫入及輕型動力探觸試驗方法，同時采集巖土樣本進(jìn)行室內(nèi)土工試驗。對原位測試和土工試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行逐一核對檢查和分層數(shù)理統(tǒng)計，最后計算出各層巖土參數(shù)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)值、范圍值、標(biāo)準(zhǔn)差以及變異系數(shù)值。

5.2 巖土參數(shù)選擇

我國橋梁工程地基設(shè)計的巖土參數(shù)選擇有其專門的標(biāo)準(zhǔn)值和范圍值可以進(jìn)行參照使用，需確定的參數(shù)主要可以分為兩類，其一是巖土物理性能指標(biāo)值，包括天然重度Y、含水率w、天然空隙比e0、液限指數(shù)IP、塑限指數(shù)IL、壓縮系數(shù)av、壓縮模量ES等；其二是力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)，包括內(nèi)聚力c、內(nèi)摩擦角φ等。表1所示為當(dāng)前橋梁施工工程當(dāng)中常見的巖土土質(zhì)性質(zhì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)推薦值，所示參數(shù)值為標(biāo)準(zhǔn)值范圍 的平均值[3]。

表1 地基土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)推薦值

6 橋梁基礎(chǔ)方案

6.1 橋梁淺基礎(chǔ)施工方案分析

本工程勘察過程中發(fā)現(xiàn)，淺基礎(chǔ)部分地層具有較為明顯的復(fù)雜性，而且受到當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境等各方面因素影響，很容易發(fā)生淺部土層性質(zhì)變化現(xiàn)象，施工孔位移位的幾率較大，存在較大的施工安全風(fēng)險。綜合分析判斷，該工程采用常規(guī)的墩基礎(chǔ)施工方案難以保證橋梁基礎(chǔ)持力層的穩(wěn)定性，需采用穩(wěn)定性更高、荷載能力更強(qiáng)的樁基礎(chǔ)施工工藝。

6.2 橋梁樁基礎(chǔ)施工方案分析

本工程橋梁跨度較大，對于單樁的承載力有著較高要求，最大單樁灌注樁設(shè)計為Φ1500mm規(guī)格，其承載力設(shè)計值要求至少達(dá)到1200T，承載力標(biāo)準(zhǔn)值需滿足2400T。樁基承載力（考慮樁端后注漿）標(biāo)準(zhǔn)值的設(shè)計主要根據(jù)上海市《地基基礎(chǔ)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》其單樁承載力估算允許值，再乘以綜合調(diào)整系數(shù)決定，最后根據(jù)承載力要求再選擇合適的土層作為地基持力層。本次樁基施工綜合調(diào)整系數(shù)為1.2，單樁承載力主要參照有關(guān)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》文件要求。表3所示為我國現(xiàn)行鉆孔灌注樁單樁軸向受壓承載力容許值[4]。

表2 單樁豎向承載力計算參數(shù)表

層號 土層名稱 層底絕對標(biāo)高 (m)比貫入阻力Ps平均值(MPa)預(yù)制樁(PHC管樁) 灌注樁fs(kPa)fp(kPa)fs(kPa)fp(kPa)⑦1 草黃-灰黃色砂質(zhì)粉土 -26.68 - -31.55 9.38 90 70⑦2 灰黃～灰黃色粉砂 -37.84 - -42.54 11.36 100 6000 55 1700⑧1 灰色粉質(zhì)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

根據(jù)《地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》及《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》相關(guān)公式估算，地基土的單樁軸向受壓承載力容許值見下表3。

表3 鉆孔灌注樁單樁軸向受壓承載力容許值估算表

橋梁施工工程常規(guī)的樁基礎(chǔ)施工工藝主要采用大直徑灌注樁方法，理論上采用該施工技術(shù)的情況下，樁基持力層需布置在第⑦或第⑨層土層區(qū)域。但是經(jīng)過對以往類似項目工程施工經(jīng)驗進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)采取大直徑灌注樁方案時，按照本工程的地質(zhì)條件，樁基承載力計算值明顯偏小，無法達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)值。因此，經(jīng)過綜合考量后，本工程最終選用了樁端、樁側(cè)后注漿施工工藝。

樁端及周圍后壓漿工藝的優(yōu)勢在實踐當(dāng)中已經(jīng)獲得了有效驗證，這種樁基施工方法可以大大提高單樁承載力，最高甚至可以達(dá)到150%左右。理論上，單樁承載力強(qiáng)度越高，樁基持力層的選擇就可以越靈活。本次工程當(dāng)中按照樁基承載力采用后注漿工藝比普通鉆孔灌注樁技術(shù)提高40%的標(biāo)準(zhǔn)，樁身30m以下范圍內(nèi)全部注漿，其安全性和經(jīng)濟(jì)性能夠達(dá)到最佳的狀態(tài)?；谠摌?biāo)準(zhǔn)，最終選擇第⑦2層作為樁基持力層，既可以滿足單樁體承載設(shè)計值，又能實現(xiàn)成本最優(yōu)控制[5]。

但是經(jīng)過計算分析后發(fā)現(xiàn)，本工程采用樁端后注漿工藝，還存在一個難點(diǎn)問題，即樁基沉降量計算后結(jié)果不符合施工規(guī)范要求。分析其原因，主要是由于樁基沉降量計算沒有對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)計算參數(shù)，通常情況下，類似工程項目的樁基沉降量一般為PHC管樁的80%左右，但如果按照這種傳統(tǒng)的計算標(biāo)準(zhǔn)，本工程樁基沉降量計算結(jié)果會出現(xiàn)明顯不合理。再次經(jīng)過對既有施工案例進(jìn)行對比分析，總結(jié)發(fā)現(xiàn)，對于選擇第⑦層作為樁基持力層的橋梁施工工程，樁端采用后注漿方式時，其樁基沉降計算經(jīng)驗系數(shù)Ψm可介于0.40-0.50之間取值?；诖耍敬慰辈旌蠼Y(jié)合GTS三維建模，重新調(diào)整了經(jīng)驗系數(shù)參數(shù)值，獲得了較為可靠的結(jié)果，樁基沉降量也得到準(zhǔn)確分析。

7 結(jié)論及建議

本次橋梁工程巖土勘察方案及設(shè)計計算參數(shù)的選擇最后經(jīng)過現(xiàn)場試驗驗證，比較符合實際情況。通過本次勘察優(yōu)化設(shè)計，積累了大量關(guān)于橋梁施工工程巖土勘察的理論規(guī)劃經(jīng)驗，為其他類似項目工程的前期方案制定提供了可靠的參考案例。但是也應(yīng)注意，理論與實踐難免會存在一定差異，因此，在實際施工時應(yīng)先進(jìn)行必要的實驗，比如樁基施工應(yīng)進(jìn)行樁身質(zhì)量檢測，必要時進(jìn)行單樁靜載試驗。如果施工過程中發(fā)現(xiàn)與勘察地質(zhì)資料不符或地層變化較大的情況，應(yīng)及時與設(shè)計人員以及巖土工程師等進(jìn)行確認(rèn)，必要時進(jìn)行補(bǔ)勘作業(yè)。