软土地基旧路改造桥头引道设计与施工应注意的几个方面 
  
黄腊泉 
  
【内容摘要】软土地基旧路改造中，桥头处理往往出现问题，建设过程中或建成后不久即出现桥头过限沉降，导致桥头跳车，严重的出现挡墙面板或基础开裂、破损，影响到汽车通畅及安全，本文结合疏港公路和南疆港非矿泊位立交桥在处理类似问题的成败得失，为从根本上解决桥头跳车问题做了有益的探索，并指出了设计施工中应注意的几个关键方面。 
【关键词】软土地基  旧路改造  设计与施工 
  
 
随着国民经济的高速发展，越来越多的旧路已经不适应当前的交通的发展。因此，对原路进行拓宽，增加立体交叉，使旧路面增宽，提高公路等级，满足交通流量的需要，象这样的工程会经常遇见和发生，如何将再次投入的资金使之发挥效力，确保优质工程减少维修费用，对我们施工、设计单位而言应持慎重态度，千万不能盲目行事，特别是软基地区在原有道路上增设立交桥，其桥头填土设计高度及设计荷载要引起高度重视，否则将造成不良后果，下面就这论题提提个人的看法： 
一、  要认清楚天然地基承载能力 
津塘公路过去是一条九米宽的二级公路，由于七十年代末，八十年代初，天津港进出口货物量大，道路交通状况差，经常压港，许多国外轮船公司十分不满意，不断引起海事纠纷，中国政府每年给予不少赔偿，在这种情况下，八十年代初，对原津塘疏港路进行改造，拓宽成双向六车道，其中四个快车道、两个慢车道为当时国内最高等级公路一级公路，于九四年年底建成通车，由于改造后的道路宽畅，通过能力大，对港口货物疏散起了十分重要的作用，在流量高峰期40000辆/昼夜。由于港口吞吐量进入九十年代末期后进一步加大，原有的一级公路由于平交路口多，道路两侧的居民多，交通事故不断增加，并经常发生堵车现象，在这种情况下，为了进一步提高疏港公路的运行能力，天津市政府于九七年利用外商投资，对原有一级路进行改造，全线四十多公里，增设四座立交桥和两座跨线桥，并采用半封闭结构，使行人、非机动车、机动车分开，该工程与九八年二月底开工，同年十月一日全部竣工通车，从整体施工质量来看是不错，路面平整度、摩阻系数均达到目前高速公路的技术标准。立交桥砼工程，外表光滑、线条流畅无可挑剔，但就四个跨线桥桥头引道来讲是不合格的，从而导致四十多公里的道路改造工程没有达到优良标准，使设计单位、施工单位、监理单位、项目负责单位所负出的辛苦，起初所订的目标，施工过程的严格控制，创国优工程的努力，所有这些都付之东流，我们在一起交流时，无不感到遗憾和痛心。 
通过对四座立交桥桥头引道观察，均发生了较大的桥头沉降，通车后三个月实测最小的有近10cm，最大的将近28cm，到九九年七月观察，有的桥头每月仍有1cm沉降发生，说明桥头填土路基地基还没完全稳定，再继续沉降，由于桥头沉降严重，导致挡墙面板开裂，局部压碎，给人以危险之感，本着对工程高度负责的精神，施工单位请来了许多专家现场察看，业主也始终派人进行观察，监理单位留人定期进行观测，并提出了处理意见，应该说引起了各方面人士的广泛观注。 
四座互通立交桥由不同的四个单位承建，都不同程度地存在桥头沉降问题，由于我单位承建了其中的一座，对此十分观注，本人分别对四座桥进行了认真的察看和分析，现就其中我们承建的于庄子立交桥描述一下： 
于庄子立交桥顺延老路方向上跨于庄子村口，该桥为3孔13m的中桥，桥面宽2×12.75m，双向四车道，桥头东西引道长分别为222.67m，引道纵坡3.0%，最大填筑高度4.9m，引道路基原设计采用素土，后改为石灰粉煤灰，引道路面结构为20cm水稳、14cm沥青砼，引道两侧采用拉筋挡土墙、挡墙面板1.2×0.48m2 。 
地质情况，原疏港路由沥青路面、二灰碎石、素灰土结构组成，路基部分为钢渣垫层，垫层以下为8m～12m软弱地基层，地基允许承载力较低，事故情况为： 
东引道南侧，从原地面起二至四层墙板其中二、三层靠近桥台处外鼓特别明显，最大处估计在5cm左右，靠引道护栏两处断裂，离桥台背10m以后，墙基稳定，东引道北侧，从原地面至第四层挡墙外鼓，其中二、三层最明显，外移4cm左右，有七块挡板有烂角，断板现象，挡墙与东桥台相接处裂口4cm左右，10m以后，不均匀沉降消失。 
西引道南侧：从原地面起1～4层外鼓特别严重，最大处有8cm，桥台1～3m处，有三块板横向拉裂，很集中，九九年二季度很担心挡墙开裂，我们采取水泥砂浆加压喷射，增强路基整体性进行处理，目前看来没有大的危险，西引道北侧，1～ 4层挡板外鼓，最大处3cm左右，挡墙与桥台相接处，产生2cm宽的裂口，大约离桥台10m后，挡墙基本稳定，没有明显沉降。 
令人奇怪的是四座立交桥分别由多家设计单位承担设计，设计之前都有地质勘测报告，虽然桥梁跨度不一样、桥头填筑高度也不同，但是出的问题都一样，即桥头产生不均匀沉降，难道在进行地质资料分析时只注意桥的桩长、桩径计算，而没有对地基填土临界高度进行验算？也许这些设计人员对天津软土地基的特性还不完全了解的缘故所造成。 
据我个人分析，设计者有可能想当然以为疏港路从日本人的初修建至今已有近六十年的历史，即使最近一次的改造也过了十六年的时间，长期的重荷载，大流量的汽车行驶地基也该稳定了，加上路基在长期行车作用下的形成的硬层，不会对深层次地基产生附加应力，正是由于这种错误的思想占了上风，而产生麻痹行为，导致设计严重失误。 
1、天然地基承载能力的确定 
任何软弱地基都存在天然承载能力，象天津围海造陆，从海里挖填上来的泥土，自然稳定2至3年后，上面能走4t解放平板车，一旦交通量剧增，原地基表面硬层产生破坏，则汽车就会陷进去。九四年上海市政出的论文集，有关于高速公路软基填筑的文章明确指出，天然地基都存在原始承载力，既临界应力，在荷载没有超过临界力的时候，原地基没有多大变化，但当荷载一旦突破临界力其地基承载力就会产生质的变化，沉降突然加剧， 侧向位移也加大，甚至引起滑动。因此，我们在软弱地基老路改造设计时，一定要测出硬层厚度、软卧层的深度、天然承载力，只有天然承载力测定后，才能确定在不进行地基处理时的最大填土高度，象天津港区原地基承载力也就是3~5t/m2，越往市内方向走，其承载力逐渐提高，软卧层厚度逐渐变薄。于庄子立交桥引道填筑高度在3m左右时，地基没有明显沉降，而问题出现3.0m以上的筑填区，这说明该区天然地基承载力在5~6t/m2 左右。 
从以上实例中，我们应该如下结论：一、动荷载对地基的影响是比较小，二、恒载即路基填筑高度则是影响路基的关键，尽管疏港公路通车近十六年，但活载对硬层对以下的软卧层影响并没有改善其承载力，汽车超20设计荷载仅相当于98CM填土等代荷载，这就相当于在路面铺筑了一层98cm素土对原地面加载，作98cm厚素土的预压作用。 
如果疏港公路仅是提高标高，结构层加厚30cm左右，估计整体路基不会产生任何附加沉降，这是因为原路基已经在荷载作用下经过了十多年的沉降稳定。 
由于疏港路改造设计为我们提供了一个活生生的例子。因此，在承建港区南疆立交桥设计与施工过程中，我们对桥头采取了软基处理措施，原地基础曾进行过真空预压软基处理，考虑在这种复杂的地质条件下，真空预压，恐怕达不到预期效果，为了稳妥起见，我们将桥头填筑高度控制在2.5m以下，即增加桥的长度，其次是在桥头进行深层搅拌地基处理，对原地基二次进行加固，从施工过程来看，在做完水泥稳定土后进行观察，没有发生沉降迹象，从竣工后通车的三个多月来看，也没有发生任何沉降。记得当时，在设计交底时，业主特别强调了桥头引道跳车问题，由于该桥下坡不远有一个90度的转弯，同时都是集港大车，其吨位在40t以上，为了保证畅通及行车安全，一定要处理好桥头跳车问题，从现在看起来本次桥头处理虽然花费了一些费用，应该说取得了良好的效果，为天津港务局在港区内修建类似桥梁提供许多成功的经验，得到了港务局上下有关专家的一致好评。 
二、软土地基构造物设计时应重点注意的几个问题 
1、地质水文情况了解分析 
旧路改造设计，其费用在相当于在新线取费标准上加10%的一个难度系数，说明旧线改造设计比新线更复杂，因此，就旧路而言，千万不能套用十几年前，甚至几十年前的地质资料，这是因为经过一段时间后，在外力的作用和外部自然条件的综合作用下，原地层条件也悄悄发生变化，此时再套用过去的资料就可能出问题，由于疏港公路改造设计时间十分紧张，仅仅两个月时间，估计设计单位大部分套用过去疏港公路地质资料。 
特别是桥头引道设计时，一定要了解软层的厚度，天然含水量、空隙率，及天然地基承载力，并结合新的技术规范进行设计这样才能得到满意的设计效果。 
2、桥头引道加固措施 
根据近几年河北、江苏、上海等地的高速公路桥头软基处理的实践经验，为使地基快速稳定，一般设计粉喷桩或采用深层搅拌桩，特别是唐津高速公路天津段与河北段比较，唐山段于九七年通车，桥头设计采用12%的水泥粉喷桩，桩间距为1.3m一2m不等，桩深8一10m，从通车三年来看，观察桥头引道处理设计是比较成功的，没有发生异常情况，而相对应的天津段，由于桥头没有进行处理，只是简单的进行了预压，效果不好，通车不到半年有的桥头沉降在20cm以上。 
3、桥头路基全采用轻质材料 
路基材料选用轻质材料，如粉煤灰或石灰材料，其重量只相当于土方填筑同样高度重量的2/3能有效的减少地基承受的荷载。 
4、降低桥头填方高度 
如果桥头引道来不及进行软基处理，那么可以适当延长桥的长度，通过桥面纵坡调整桥头高度，使桥头引道填料所产生的恒载小于原地基天然承载力，从而有效控制荷载对地基所产生的影响。 
三、施工中要注意的几个问题 
1、工序安排要周密 
在施工组织实施中，优先考虑桥台施工，便于引道及早筑填，原因有二，一是路基填筑后对原地基有预压效果，经过一个周期，有助于引道的基础稳定。二是通过观察一旦发现问题有时间采取其它补救措施，而不耽误工期。 
2、要对沉降进行观测，认真分析 
路基填筑过程中，应设沉降标识，每天有人观测数量，并将数据记录下来，通过一段时间，进行认真分析，然后对该地质资料进行验算和推断，为业主设计代表监理工程师提供科学数据，进一步完善设计与施工。 
3、确保路基填筑密度 
桥台与引道交接处，由于构造物不下沉或沉降量特别小，而路基一直沉降，就构成沉降差，产生错台，因此，在路基回填时一定要认真操作，分层压实，对于高桥头填筑应相应提高路基压实度标准，如果不这样，既使地基不沉降而路基因不密实自身压缩变形产生沉降会引起桥台交接处不均匀沉降差，对整体工程质量带来不利影响。 
桥台引道的问题一直是公路界同仁普遍观注的问题，纵观全国所有高速公路在桥台处没有问题的仅仅有几条高速，为数众多的高等级路都不同程度的存在问题，不仅表现在软弱地基路段有，而且许多好的地质条件路段也出现了这种情况。为此我们应引起高度重视，无论设计施工到现场管理，对待这道工序均要给予密切观注，不能熟视无睹，有些情况只要我们高度重视，积极采取有效措施，认真负责，我想完全可以为社会为人民交出满意的工程。