试论软土地基上桥台的病害施工与设计分析

【摘　要】笔者根据多年施工经验和现场调查，分析软土地基上桥台发生病害的原因，提出了桥台从设计上、施工过程中应注意的问题和预防措施。

【关键词】桥台；病害分析；预防措施；设计方法；施工方法

1.软土地基上桥台的病害分析

软土地基上桥台的病害，一般分为两种：桥台下沉和桥台前移。这两种病害有时单独出现，也有同时发生和相继发生。而桥台的下沉有均匀下沉和不均匀下沉两种：桥台的前移还伴随着桥台整体倾斜或撕裂的情况，这都影响到桥梁的使用性能和行车安全，给养护管理带来许多困难。

1.1桥台的下沉现象

桥台的下沉是由于地基压密下沉而引起的。在桥台和上部构造荷载的作用下，引起土层的再固结，基底被压密下沉，导致桥台下沉。

桥台的下沉通常是地基中有一层或几层压缩性大的软土，当桥台基础为浅基础时，桥台台身和基础采取浆砌片石砌体或片石砼，而施工时对地基做换填处理，或打入钢筋混凝土桩等，因自身重量较大，并在上部荷载作用下，久而久之，桥台也出现下沉，如桥台下沉是均匀下沉，而下沉量不大时，则是引起桥面产生裂纹和行车不舒适，不会导致桥梁的破坏，如下沉量过大，就会影响桥梁的使用，引起桥梁破坏，甚至成为危桥。如桥台不均匀下沉，通常会引起桥台基础和台身的竖向开裂，其原因主要是桥台基础为石砌基础或砼基础，且基础长宽比偏大，基础底面的土体应力成马鞍形分布，中间大，两侧小，从而引起中间下沉大，两侧下沉小，加上基础砌体的抗变形能力低，基础中间容易被拉裂，这种裂缝直接反射到台身上，引起台身开裂。

1.2桥台前移现象

调查发现，当桥台台身为实体式桥台时，产生前移的情况较多，而桩柱式、框架式和肋板式等埋置式桥台产生前移的情况相对较少。采用桩基础时，当顺桥方向桩的排数越多，移动的程度越小，因为桩的排数多，阻止软土顺桥向的流动刚度大。由于桥台前移而引起的桥梁上部构造破坏，一般有以下几种情况：

(1)当移动量过大时梁端与台背紧贴，严重时导致背墙破坏或梁端局部压碎。

(2)支座和墩台支承面破坏。

(3)伸缩缝装置破坏和接缝宽度不够，使伸缩机能受阻。

2.桥台病害的预防措施

2.1要防止桥台发生下沉现象，应从以下两个方面考虑：

2.1.1人工加固地基

若软土层位于地表，且厚度不大，在2-4m时，将其全部挖除是最经济、最有效的办法。但当软土层埋深较大时，则应根据桥梁跨径，台后填土高度等因素确定加固方法。对于小桥涵，后台填土高度不大时，挖除部分软土，换填沙砾，可满足承载力的要求，必要时可采用打入钢筋混凝土桩的方法等。对于大跨径的桥梁通常采用桩基础和沉井基础等才能满足承载力的要求，若后台填土过高，有可能引起地基的塑性流动，则应采用诸如排水固结法或形成复合地基，提高软基的承载能力和抗剪强度。

2.1.2合理选用桥台型式和基础型式

宜选用体积轻巧、自重较小的轻型桥台，如桩柱式、框架式和肋板式桥台等。至于基础的型式，最好采用桩基础，利用桩支托承台，直接将桥台重量避开高压缩性软土，传递到压缩性较低、强度较高的土层上，从而减少高压缩性软土层的应力，减少下沉。当然，采用刚性扩大基础配合地基加固处理，也能减少桥台下沉，但不宜采用浆砌片石基础，而应采用钢筋混凝土基础。

2.2根据上述桥台前移原因分析，防止桥台前移的方法

(1)人工加固地基，提高地基承载能力和抗剪强度。

(2)延长桥孔的方法，减少桥头路堤填土高度。

(3)台背填土应避免采用易于吸水膨胀的粘性土，尽量采用水稳性好的砂性土、石碴或轻质材料，以减轻路堤自重，减少台背土压力，减少沉降并增大稳定安全系数。

(4)严格控制填土高度，因为填土越高，台背承受土侧压力与高度成平方比例增大，桥台就越危险。

(5)合理选择桥台型式和基础型式，选用埋置式桥台，利用台前溜坡平衡台背的填土荷载，必要时在台前作压重填土。大跨径的桥梁尽量采用桩基础，并合理确定桩位和排数。

(6)小跨径的桥梁可考虑设置支撑粱或将桥型改为箱型涵结构型式。

3.软土地基上桥台的设计方法

软土地基上桥梁墩台设计，除了必须进行一般的强度和稳定性验算外，还应进行地基变形的验算。但对桥台设计，则对后一问题的研究更重要，因为桥台受到台背填土偏心荷载的影响，对于软土地基，当台背填土超过一定的高度时，将导致地基失稳产生塑性流动，并由此引起作用于桥台的水平力，使桥台产生水平位移和(或)倾斜。

软土地基上桥台的设计内容，取决于桥台是否会产生位移，如果经过验算，证实桥台不会产生前移，就可以按常规的方法对桥台进行结构设计计算，强度和稳定性计算；如果桥台存在前移的可能性，就应采取相应的措施，并重新进行验算，直至能够确信桥台不会产生位移，然后按常规的方法对桥台进行一般的计算和验算，归纳上述内容，得出软土地基上桥台的设计程序。

值得指出的是，当必须采取防止措施时，以采取加固地基和平衡填土减轻荷载二者并用较好，采取加大桩径或桩排数的方法，需要通过滑动稳定性验算来计算出桩的应力强度和位移量，看其值是否都在容许值以内，来判断实际效果，应有可靠的计算方法。

4.软土地基上桥台的施工方法

桥台的破坏多发生在台背填土施工中及刚完工后，故施工顺序得当，就能在很大程度上减少破坏，施工中应注意的事项有。

4.1缓慢填土

台背填土应缓慢进行，避免快速施工，因填土缓慢进行有利于软土地基固结稳定。

4.2预压、超载预压

在桥台处先填土预压，在修筑路堤时预先把土填的比设计标高高一些，并加宽填土宽度，以加速地基固结下沉，以后再挖除超填部分，这种预压或超载预压的方法，简单易行，但需要较长的固结时间，常需配合用砂垫层、砂井等排水措施来满足工期要求。

4.3合理安排施工顺序

在构筑桥台之前，应先做好台背填土以外的填土，设置反压护道，桥工后再做台背填土，也可以在台身施工时将台帽背墙留下，待台帽背墙以下的填土完成后，观测桥台变形稳定情况，无变化再建台帽和背墙后进行第二次填土。

4.4先安装上部板梁，后进行台背填土

先安装上部构造，后两侧对称进行台背填土，可减轻台背填土压力对桥台的稳定影响。

5.小结

在桥梁建设实践中，因桥台下沉或前移导致桥梁破坏的事例较多，究其原因有很多，所以在设计和施工阶段应对桥台的下沉和前移可能性进行充分的研究调查，以采取相应的对策。

【参考文献】

［１］姚玲森.桥梁工程[M].北京：人民交通出版,1985．

［２］中华人民共和国交通部.公路桥涵设计规范(合订本)[S].北京:人民交通出版社,1990.