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〔摘要〕本文结合城市快速路工程实例,针对目前桥头段深厚软基处理方法的缺陷与不足，从控制一般路段平稳过渡到桥头段之间的工后沉降重要理念出发，介绍了预应力砼管桩复合地基技术与堆载排水固结两种工法之间处理的设计思想、施工工艺和质量检测方法，从而有效地解决桥头跳车病害。该技术特别适用于高含水量、高有机含量的沿海地区施工。
〔关键词〕预应力砼管桩软基处理过渡段施工工艺桥头跳车
目前，对桥头段深厚软基进行直接处理和利用其它手段避开深厚软基缺陷的方法从应用原理方面可分为排水固结类、胶结类、桩土复合地基类、轻质填料类4大类。本文介绍的桥台后软基段处理是桩土复合地基类的预应力加固管桩段过渡到排水固结类的塑料排水板堆载预压段的施工工艺及质量检测方法。
该项目设计桥梁基础分别采用冲孔（钻）灌注桩形式，桥台单桩承载力大、工后沉降小，规范要求桩底沉渣控制在5cm以内，因此与其相连的桥头路段采用刚性的预应力管桩复合地基法处理，工后沉降较小，规范要求控制在10cm以内；再往后的堆载排水固结法处理的一般路段，工后沉降较大，规范要求控制在30cm以内。采用不同的地基处理方法加固桥头段和一般路段，在路堤和车辆等荷载作用下桥台和台后（或台前）路基之间会产生较大的差异沉降，引起桥头跳车，此现象在软土地区的路基工程中尤为普遍，原因是桥台一般都建筑在桩基础上，桥台承受外荷载后发生的沉降很小，而与其相连的台后（或台前）路基不能卓有成效地处理，导致该处路基的沉降往往较大，尤其是建在软土地基上的路堤沉降更为严重，路、桥之间必然存在着较大的沉降差。
如何行之有效地消除桥头跳车现象成了困扰工程界的一个难题。经过长期的工程实践，人们逐渐认识到深厚软土地区对工后沉降和工后沉降差有严格要求的建筑物的地基处理，不能单纯的以提高地基承载力为目的，还必须控制地基的沉降特别是工后沉降在许可的范围内，才能更好的保证工程质量、安全和经济性。[1]其设计思想应该是按沉降或工后沉降要求进行设计，然后验算地基承载力是否满足要求，在沉降和工后沉降满足的条件下，地基承载力大部分可满足要求，如地基承载力不能满足要求，适当增加复合地基置换率或增加桩体长度，使地基承载力亦满足要求。[2] 上述设计思想称为按沉降或工后沉降控制设计使得刚性复合地基加固（如预应力管桩、低强度混凝土桩、CFG桩等）技术较好的解决桥头工后沉降过大的问题。为了缓解后（前）面一般路段产生“二次跳车”现象及减少不均匀沉降，在桥头软基与一般路段之间设计过渡段，应用变桩长与变间距的预制管桩复合地基处理技术处理深厚软土层，并通过设置褥垫层及桩帽来保证桩与土共同承担荷载。以此向堆载排水预压处理的一般路段过渡，使过渡段的工后沉降差及过渡段的纵坡率能满足高速行车的要求。从控制一般路段平稳过渡到桥头段之间的工后沉降重要理念出发，应用预应力砼管桩复合地基技术与堆载排水固结两种工法之间处理的设计思想、施工工艺及质量检测方法，从而有效地解决桥头跳车病害，同时必将带来设计理论与方法、检测及施工技术的重要变化。
本文针对这一工程难题，结合莆田市秀屿区东庄顶程至岐石道路建设工程段软基处理方案，在过渡段采用了变桩长和变桩距的预应力管桩复合地基处理技术，成功地解决了桥头路段的工后沉降问题，使桥头与过渡段的沉降差控制在容许范围内。
1、工程概况
本工程为新建道路工程项目，建设地点位于莆田市区西侧，作为城市骨干路网规划三纵最西侧的一条城市快速路，秀屿区东庄顶程至岐石道路建设工程段作为城港大道的一部分，全长为3.451Km。
根据钻探深度范围内所揭示的地层，桥址及前后区的岩土层共有12大层：上部为有人类活动的素填土及耕植土，中部为第四系淤积及冲、洪积物，下部为晚侏罗系花岗岩及其风化岩。区域内地下水按赋存条件可分为浅部孔隙潜水及基岩裂隙水。浅部孔隙潜水的含水层主要有冲、洪积粉砂及卵石组成，水量较丰富，粉砂层渗透系数在1.28E-4～2.94E-3cm/s之间，根据当地经验，卵石渗透性为K＝40m/d。地下水一般埋深0.3～1.8m，地下水动态与大气降水、农田灌溉、河床水位关系密切。本工程设计有两座大桥坐落在海积平原当中湖泊上，根据招标文件要求、气候情况、施工条件等因素，桥梁基础分别采用钻孔灌注桩或冲孔灌注桩形式，桥头两侧段软基处理为预应力砼管桩，其后（前）的一般路段设计堆载排水固结法处理。
对两座桥梁连接线段软基的一些关键技术的研究和施工，首先在2、3号桥梁之间接线试验段展开。该段全长约520m，桩号（K20+325.53~K20+858.42）路堤填土高1.6~3.4m左右，先期施工一般路段采用塑料排水堆载预压处理，桥台连接段施工采用预应力管桩加固复合地基在桥台完成后施工。
2、桥头过渡段处理方案
预应力混凝土管桩具有质量稳定可靠、抗弯性能好、单桩承载力大、置换空间小和施工现场文明等优点，具备处理深厚软土、充分发挥桩间土的承载力、施工质量易于控制、工期短、工后沉降和不均匀沉降较小等特点。[3] 针对本工程的具体条件，为缓解“桥头跳车”及减少不均匀沉降，在K20+325.53~K20+400和K20+790~K20+858.42桥头软基过渡段采用了变桩长与变间距的预制管桩复合地基处理技术处理深厚软土层，并通过设置褥垫层及桩帽来保证桩与土共同承担荷载，以此向堆载排水预压处理的一般路段过渡，希望使过渡段的工后沉降差及过渡段的纵坡率能满足高速行车的要求。
3、过渡段具体的处理方案为：
1）对于桥头至一般堆载预压段用预制砼管桩复合地基按5个过渡段设置，从桥头开始依次为过渡段1，过渡段2，过渡段3，过渡段4，过渡段5，间距依次按1.5，1.6，1.7，1.8，1.8m桩长从第33排开始每排依次递减0.3m，至堆载预压段桩长缩至10.5m。具体如表1与图1所示。
2）等载排水预压段安排预压期为6个月，预应力混凝土管桩复合地基处理段安排预压期为2个月。
表1 各过渡段布桩参数
段号 过渡段1 过渡段2 过渡段3 过渡段4 过渡段5
桩排数 27 6 5 5 5
最大桩长/m 15 15 13.5 12 10.5
横排间距/m 1.5 1.6 1.7 1.8 1.8
纵排间距/m 1.5 1.6 1.7 1.8 1.8
置换率m 0.03790 0.03691 0.03598 0.03513 0.03438
4、沉降观测分析
从表2中可以看出：①随着远离桥头及桩长减小，预制砼管桩处理段中的各测点沉降值变大；②堆载预压加固段的沉降远大于预制管桩处理的复合地基段，说明本方案中的延长堆载处理段的预压期的措施是正确的，在预压期内可以消除大部分的主固结沉降；③在两种工法的衔接处，后施工的预制砼管桩路段对邻近的堆载预压处路基沉降影响较大，附近预制砼管桩的施工及预制砼管桩路段的路基填筑对堆载处的沉降影响十分显著，分别在此两施工期间对P5点造成两个沉降应变，主要原因是预制砼管桩加固区的应力及填筑路堤的应力扩散对邻近的堆载处产生了附加应力，加速了该处的沉降。处理后的桥头段的纵坡比计算结果如表3与如图2所示。桥头过渡段纵坡比最大值为2.6‰，桥台与邻近路堤的工后沉降值为32mm，两种工法的衔接处工后沉降差为24mm，均小于规范规定值。
表2過渡段各测点工后沉降量
观测点P1 P2 P3P4 P5 P6
实测值121169 238 250281 533
计算值 加固区 117102 109 113102-
下卧层70105 122 132147 520
总沉降 187207 231 245249-
推算值 总沉降 164228 313 336389 665
工后沉降32 567083108 132
表3桥头过渡段纵坡比
纵坡比桥头- P1 P1-P2P2-P3P3-P4P4-P5P5-P6
△/△l 3.8/1 850 1.4/2 150 1.5/660 1.3/1 180 1.9/1 200 1.3/1 000
％ 0.23 0.100.260.15 0.19 0.16
结束语
在桥头应用预应力混凝土管桩并设置过渡段，可使桥台桩基、预应力混凝土管桩路段和堆载排水固结处理路段之间的工后沉降能够平稳过渡，缓解了桥头路段的沉降差异。预制管桩复合地基技术处理桥头软基，减小了桥台与不同处理路段连接的工后沉降差，效果理想，对改善“桥头跳车”问题的差异沉降及桥头的纵坡率等方面能起到很好的作用。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
〔关键词〕预应力砼管桩软基处理过渡段施工工艺桥头跳车
目前，对桥头段深厚软基进行直接处理和利用其它手段避开深厚软基缺陷的方法从应用原理方面可分为排水固结类、胶结类、桩土复合地基类、轻质填料类4大类。本文介绍的桥台后软基段处理是桩土复合地基类的预应力加固管桩段过渡到排水固结类的塑料排水板堆载预压段的施工工艺及质量检测方法。
该项目设计桥梁基础分别采用冲孔（钻）灌注桩形式，桥台单桩承载力大、工后沉降小，规范要求桩底沉渣控制在5cm以内，因此与其相连的桥头路段采用刚性的预应力管桩复合地基法处理，工后沉降较小，规范要求控制在10cm以内；再往后的堆载排水固结法处理的一般路段，工后沉降较大，规范要求控制在30cm以内。采用不同的地基处理方法加固桥头段和一般路段，在路堤和车辆等荷载作用下桥台和台后（或台前）路基之间会产生较大的差异沉降，引起桥头跳车，此现象在软土地区的路基工程中尤为普遍，原因是桥台一般都建筑在桩基础上，桥台承受外荷载后发生的沉降很小，而与其相连的台后（或台前）路基不能卓有成效地处理，导致该处路基的沉降往往较大，尤其是建在软土地基上的路堤沉降更为严重，路、桥之间必然存在着较大的沉降差。
如何行之有效地消除桥头跳车现象成了困扰工程界的一个难题。经过长期的工程实践，人们逐渐认识到深厚软土地区对工后沉降和工后沉降差有严格要求的建筑物的地基处理，不能单纯的以提高地基承载力为目的，还必须控制地基的沉降特别是工后沉降在许可的范围内，才能更好的保证工程质量、安全和经济性。[1]其设计思想应该是按沉降或工后沉降要求进行设计，然后验算地基承载力是否满足要求，在沉降和工后沉降满足的条件下，地基承载力大部分可满足要求，如地基承载力不能满足要求，适当增加复合地基置换率或增加桩体长度，使地基承载力亦满足要求。[2] 上述设计思想称为按沉降或工后沉降控制设计使得刚性复合地基加固（如预应力管桩、低强度混凝土桩、CFG桩等）技术较好的解决桥头工后沉降过大的问题。为了缓解后（前）面一般路段产生“二次跳车”现象及减少不均匀沉降，在桥头软基与一般路段之间设计过渡段，应用变桩长与变间距的预制管桩复合地基处理技术处理深厚软土层，并通过设置褥垫层及桩帽来保证桩与土共同承担荷载。以此向堆载排水预压处理的一般路段过渡，使过渡段的工后沉降差及过渡段的纵坡率能满足高速行车的要求。从控制一般路段平稳过渡到桥头段之间的工后沉降重要理念出发，应用预应力砼管桩复合地基技术与堆载排水固结两种工法之间处理的设计思想、施工工艺及质量检测方法，从而有效地解决桥头跳车病害，同时必将带来设计理论与方法、检测及施工技术的重要变化。
本文针对这一工程难题，结合莆田市秀屿区东庄顶程至岐石道路建设工程段软基处理方案，在过渡段采用了变桩长和变桩距的预应力管桩复合地基处理技术，成功地解决了桥头路段的工后沉降问题，使桥头与过渡段的沉降差控制在容许范围内。
1、工程概况
本工程为新建道路工程项目，建设地点位于莆田市区西侧，作为城市骨干路网规划三纵最西侧的一条城市快速路，秀屿区东庄顶程至岐石道路建设工程段作为城港大道的一部分，全长为3.451Km。
根据钻探深度范围内所揭示的地层，桥址及前后区的岩土层共有12大层：上部为有人类活动的素填土及耕植土，中部为第四系淤积及冲、洪积物，下部为晚侏罗系花岗岩及其风化岩。区域内地下水按赋存条件可分为浅部孔隙潜水及基岩裂隙水。浅部孔隙潜水的含水层主要有冲、洪积粉砂及卵石组成，水量较丰富，粉砂层渗透系数在1.28E-4～2.94E-3cm/s之间，根据当地经验，卵石渗透性为K＝40m/d。地下水一般埋深0.3～1.8m，地下水动态与大气降水、农田灌溉、河床水位关系密切。本工程设计有两座大桥坐落在海积平原当中湖泊上，根据招标文件要求、气候情况、施工条件等因素，桥梁基础分别采用钻孔灌注桩或冲孔灌注桩形式，桥头两侧段软基处理为预应力砼管桩，其后（前）的一般路段设计堆载排水固结法处理。
对两座桥梁连接线段软基的一些关键技术的研究和施工，首先在2、3号桥梁之间接线试验段展开。该段全长约520m，桩号（K20+325.53~K20+858.42）路堤填土高1.6~3.4m左右，先期施工一般路段采用塑料排水堆载预压处理，桥台连接段施工采用预应力管桩加固复合地基在桥台完成后施工。
2、桥头过渡段处理方案
预应力混凝土管桩具有质量稳定可靠、抗弯性能好、单桩承载力大、置换空间小和施工现场文明等优点，具备处理深厚软土、充分发挥桩间土的承载力、施工质量易于控制、工期短、工后沉降和不均匀沉降较小等特点。[3] 针对本工程的具体条件，为缓解“桥头跳车”及减少不均匀沉降，在K20+325.53~K20+400和K20+790~K20+858.42桥头软基过渡段采用了变桩长与变间距的预制管桩复合地基处理技术处理深厚软土层，并通过设置褥垫层及桩帽来保证桩与土共同承担荷载，以此向堆载排水预压处理的一般路段过渡，希望使过渡段的工后沉降差及过渡段的纵坡率能满足高速行车的要求。
3、过渡段具体的处理方案为：
1）对于桥头至一般堆载预压段用预制砼管桩复合地基按5个过渡段设置，从桥头开始依次为过渡段1，过渡段2，过渡段3，过渡段4，过渡段5，间距依次按1.5，1.6，1.7，1.8，1.8m桩长从第33排开始每排依次递减0.3m，至堆载预压段桩长缩至10.5m。具体如表1与图1所示。
2）等载排水预压段安排预压期为6个月，预应力混凝土管桩复合地基处理段安排预压期为2个月。
表1 各过渡段布桩参数
段号 过渡段1 过渡段2 过渡段3 过渡段4 过渡段5
桩排数 27 6 5 5 5
最大桩长/m 15 15 13.5 12 10.5
横排间距/m 1.5 1.6 1.7 1.8 1.8
纵排间距/m 1.5 1.6 1.7 1.8 1.8
置换率m 0.03790 0.03691 0.03598 0.03513 0.03438
4、沉降观测分析
从表2中可以看出：①随着远离桥头及桩长减小，预制砼管桩处理段中的各测点沉降值变大；②堆载预压加固段的沉降远大于预制管桩处理的复合地基段，说明本方案中的延长堆载处理段的预压期的措施是正确的，在预压期内可以消除大部分的主固结沉降；③在两种工法的衔接处，后施工的预制砼管桩路段对邻近的堆载预压处路基沉降影响较大，附近预制砼管桩的施工及预制砼管桩路段的路基填筑对堆载处的沉降影响十分显著，分别在此两施工期间对P5点造成两个沉降应变，主要原因是预制砼管桩加固区的应力及填筑路堤的应力扩散对邻近的堆载处产生了附加应力，加速了该处的沉降。处理后的桥头段的纵坡比计算结果如表3与如图2所示。桥头过渡段纵坡比最大值为2.6‰，桥台与邻近路堤的工后沉降值为32mm，两种工法的衔接处工后沉降差为24mm，均小于规范规定值。
表2過渡段各测点工后沉降量
观测点P1 P2 P3P4 P5 P6
实测值121169 238 250281 533
计算值 加固区 117102 109 113102-
下卧层70105 122 132147 520
总沉降 187207 231 245249-
推算值 总沉降 164228 313 336389 665
工后沉降32 567083108 132
表3桥头过渡段纵坡比
纵坡比桥头- P1 P1-P2P2-P3P3-P4P4-P5P5-P6
△/△l 3.8/1 850 1.4/2 150 1.5/660 1.3/1 180 1.9/1 200 1.3/1 000
％ 0.23 0.100.260.15 0.19 0.16
结束语
在桥头应用预应力混凝土管桩并设置过渡段，可使桥台桩基、预应力混凝土管桩路段和堆载排水固结处理路段之间的工后沉降能够平稳过渡，缓解了桥头路段的沉降差异。预制管桩复合地基技术处理桥头软基，减小了桥台与不同处理路段连接的工后沉降差，效果理想，对改善“桥头跳车”问题的差异沉降及桥头的纵坡率等方面能起到很好的作用。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。