軟土地基舊路改造橋頭引道365JT設計與365JT施工應注意的幾個方面
黃臘泉
【內容摘要】軟土地基舊路改造中，橋頭處理往往出現問題，建設過程中或建成后不久即出現橋頭過限沉降，導致橋頭跳車，嚴重的出現擋墻面板或基礎開裂、破損，影響到汽車通暢及安全，本文結合疏港公路和南疆港非礦泊位立交橋在處理類似問題的成敗得失，為從根本上解決橋頭跳車問題做了有益的探索，并指出了設計施工中應注意的幾個關鍵方面。
【關鍵詞】軟土地基 舊路改造 設計與施工
隨著國民經濟的高速發展，越來越多的舊路已經不適應當前的365JT交通的發展。因此，對原路進行拓寬，增加立體交叉，使舊路面增寬，提高公路等級，滿足交通流量的需要，象這樣的工程會經常遇見和發生，如何將再次投入的資金使之發揮效力，確保優質工程減少維修費用，對我們施工、設計單位而言應持慎重態度，千萬不能盲目行事，特別是軟基地區在原有道路上增設立交橋，其橋頭填土設計高度及設計荷載要引起高度重視，否則將造成不良后果，下面就這論題提提個人的看法：
一、 要認清楚天然地基承載能力
津塘公路過去是一條九米寬的二級公路，由于七十年代末，八十年代初，天津港進出口貨物量大，道路交通狀況差，經常壓港，許多國外輪船公司十分不滿意，不斷引起海事糾紛，中國政府每年給予不少賠償，在這種情況下，八十年代初，對原津塘疏港路進行改造，拓寬成雙向六車道，其中四個快車道、兩個慢車道為當時國內最高等級公路一級公路，于九四年年底建成通車，由于改造后的道路寬暢，通過能力大，對港口貨物疏散起了十分重要的作用，在流量高峰期40000輛/晝夜。由于港口吞吐量進入九十年代末期后進一步加大，原有的一級公路由于平交路口多，道路兩側的居民多，交通事故不斷增加，并經常發生堵車現象，在這種情況下，為了進一步提高疏港公路的運行能力，天津市政府于九七年利用外商投資，對原有一級路進行改造，全線四十多公里，增設四座立交橋和兩座跨線橋，并采用半封閉結構，使行人、非機動車、機動車分開，該工程與九八年二月底開工，同年十月一日全部竣工通車，從整體施工質量來看是不錯，路面平整度、摩阻系數均達到目前高速公路的365JT技術標準。立交橋砼工程，外表光滑、線條流暢無可挑剔，但就四個跨線橋橋頭引道來講是不合格的，從而導致四十多公里的道路改造工程沒有達到優良標準，使設計單位、施工單位、監理單位、項目負責單位所負出的辛苦，起初所訂的目標，施工過程的嚴格控制，創國優工程的努力，所有這些都付之東流，我們在一起交流時，無不感到遺憾和痛心。
通過對四座立交橋橋頭引道觀察，均發生了較大的橋頭沉降，通車后三個月實測最小的有近10cm，最大的將近28cm，到九九年七月觀察，有的橋頭每月仍有1cm沉降發生，說明橋頭填土路基地基還沒完全穩定，再繼續沉降，由于橋頭沉降嚴重，導致擋墻面板開裂，局部壓碎，給人以危險之感，本著對工程高度負責的精神，施工單位請來了許多專家現場察看，業主也始終派人進行觀察，監理單位留人定期進行觀測，并提出了處理意見，應該說引起了各方面人士的廣泛觀注。
四座互通立交橋由不同的四個單位承建，都不同程度地存在橋頭沉降問題，由于我單位承建了其中的一座，對此十分觀注，本人分別對四座橋進行了認真的察看和分析，現就其中我們承建的于莊子立交橋描述一下：
于莊子立交橋順延老路方向上跨于莊子村口，該橋為3孔13m的中橋，橋面寬2×12.75m，雙向四車道，橋頭東西引道長分別為222.67m，引道縱坡3.0%，最大填筑高度4.9m，引道路基原設計采用素土，后改為石灰粉煤灰，引道路面結構為20cm水穩、14cm瀝青砼，引道兩側采用拉筋擋土墻、擋墻面板1.2×0.48m2 。
地質情況，原疏港路由瀝青路面、二灰碎石、素灰土結構組成，路基部分為鋼渣墊層，墊層以下為8m～12m軟弱地基層，地基允許承載力較低，事故情況為：
東引道南側，從原地面起二至四層墻板其中二、三層靠近橋臺處外鼓特別明顯，最大處估計在5cm左右，靠引道護欄兩處斷裂，離橋臺背10m以后，墻基穩定，東引道北側，從原地面至第四層擋墻外鼓，其中二、三層最明顯，外移4cm左右，有七塊擋板有爛角，斷板現象，擋墻與東橋臺相接處裂口4cm左右，10m以后，不均勻沉降消失。
西引道南側：從原地面起1～4層外鼓特別嚴重，最大處有8cm，橋臺1～3m處，有三塊板橫向拉裂，很集中，九九年二季度很擔心擋墻開裂，我們采取水泥砂漿加壓噴射，增強路基整體性進行處理，目前看來沒有大的危險，西引道北側，1～ 4層擋板外鼓，最大處3cm左右，擋墻與橋臺相接處，產生2cm寬的裂口，大約離橋臺10m后，擋墻基本穩定，沒有明顯沉降。
令人奇怪的是四座立交橋分別由多家設計單位承擔設計，設計之前都有地質勘測報告，雖然橋梁跨度不一樣、橋頭填筑高度也不同，但是出的問題都一樣，即橋頭產生不均勻沉降，難道在進行地質資料分析時只注意橋的樁長、樁徑計算，而沒有對地基填土臨界高度進行驗算？也許這些設計人員對天津軟土地基的特性還不完全了解的緣故所造成。
據我個人分析，設計者有可能想當然以為疏港路從日本人的初修建至今已有近六十年的歷史，即使最近一次的改造也過了十六年的時間，長期的重荷載，大流量的汽車行駛地基也該穩定了，加上路基在長期行車作用下的形成的硬層，不會對深層次地基產生附加應力，正是由于這種錯誤的思想占了上風，而產生麻痹行為，導致設計嚴重失誤。
1、天然地基承載能力的確定
任何軟弱地基都存在天然承載能力，象天津圍海造陸，從海里挖填上來的泥土，自然穩定2至3年后，上面能走4t解放平板車，一旦交通量劇增，原地基表面硬層產生破壞，則汽車就會陷進去。九四年上海市政出的論文集，有關于高速公路軟基填筑的文章明確指出，天然地基都存在原始承載力，既臨界應力，在荷載沒有超過臨界力的時候，原地基沒有多大變化，但當荷載一旦突破臨界力其地基承載力就會產生質的變化，沉降突然加
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劇， 側向位移也加大，甚至引起滑動。因此，我們在軟弱地基老路改造設計時，一定要測出硬層厚度、軟臥層的深度、天然承載力，只有天然承載力測定后，才能確定在不進行地基處理時的最大填土高度，象天津港區原地基承載力也就是3~5t/m2，越往市內方向走，其承載力逐漸提高，軟臥層厚度逐漸變薄。于莊子立交橋引道填筑高度在3m左右時，地基沒有明顯沉降，而問題出現3.0m以上的筑填區，這說明該區天然地基承載力在5~6t/m2 左右。
從以上實例中，我們應該如下結論：一、動荷載對地基的影響是比較小，二、恒載即路基填筑高度則是影響路基的關鍵，盡管疏港公路通車近十六年，但活載對硬層對以下的軟臥層影響并沒有改善其承載力，汽車超20設計荷載僅相當于98CM填土等代荷載，這就相當于在路面鋪筑了一層98cm素土對原地面加載，作98cm厚素土的預壓作用。
如果疏港公路僅是提高標高，結構層加厚30cm左右，估計整體路基不會產生任何附加沉降，這是因為原路基已經在荷載作用下經過了十多年的沉降穩定。
由于疏港路改造設計為我們提供了一個活生生的例子。因此，在承建港區南疆立交橋設計與施工過程中，我們對橋頭采取了軟基處理措施，原地基礎曾進行過真空預壓軟基處理，考慮在這種復雜的地質條件下，真空預壓，恐怕達不到預期效果，為了穩妥起見，我們將橋頭填筑高度控制在2.5m以下，即增加橋的長度，其次是在橋頭進行深層攪拌地基處理，對原地基二次進行加固，從施工過程來看，在做完水泥穩定土后進行觀察，沒有發生沉降跡象，從竣工后通車的三個多月來看，也沒有發生任何沉降。記得當時，在設計交底時，業主特別強調了橋頭引道跳車問題，由于該橋下坡不遠有一個90度的轉彎，同時都是集港大車，其噸位在40t以上，為了保證暢通及行車安全，一定要處理好橋頭跳車問題，從現在看起來本次橋頭處理雖然花費了一些費用，應該說取得了良好的效果，為天津港務局在港區內修建類似橋梁提供許多成功的經驗，得到了港務局上下有關專家的一致好評。
二、軟土地基構造物設計時應重點注意的幾個問題
1、地質水文情況了解分析
舊路改造設計，其費用在相當于在新線取費標準上加10%的一個難度系數，說明舊線改造設計比新線更復雜，因此，就舊路而言，千萬不能套用十幾年前，甚至幾十年前的地質資料，這是因為經過一段時間后，在外力的作用和外部自然條件的綜合作用下，原地層條件也悄悄發生變化，此時再套用過去的資料就可能出問題，由于疏港公路改造設計時間十分緊張，僅僅兩個月時間，估計設計單位大部分套用過去疏港公路地質資料。
特別是橋頭引道設計時，一定要了解軟層的厚度，天然含水量、空隙率，及天然地基承載力，并結合新的技術規范進行設計這樣才能得到滿意的設計效果。
2、橋頭引道加固措施
根據近幾年河北、江蘇、上海等地的高速公路橋頭軟基處理的實踐經驗，為使地基快速穩定，一般設計粉噴樁或采用深層攪拌樁，特別是唐津高速公路天津段與河北段比較，唐山段于九七年通車，橋頭設計采用12%的水泥粉噴樁，樁間距為1.3m一2m不等，樁深8一10m，從通車三年來看，觀察橋頭引道處理設計是比較成功的，沒有發生異常情況，而相對應的天津段，由于橋頭沒有進行處理，只是簡單的進行了預壓，效果不好，通車不到半年有的橋頭沉降在20cm以上。
3、橋頭路基全采用輕質材料
路基材料選用輕質材料，如粉煤灰或石灰材料，其重量只相當于土方填筑同樣高度重量的2/3能有效的減少地基承受的荷載。
4、降低橋頭填方高度
如果橋頭引道來不及進行軟基處理，那么可以適當延長橋的長度，通過橋面縱坡調整橋頭高度，使橋頭引道填料所產生的恒載小于原地基天然承載力，從而有效控制荷載對地基所產生的影響。
三、施工中要注意的幾個問題
1、工序安排要周密
在施工組織實施中，優先考慮橋臺施工，便于引道及早筑填，原因有二，一是路基填筑后對原地基有預壓效果，經過一個周期，有助于引道的基礎穩定。二是通過觀察一旦發現問題有時間采取其它補救措施，而不耽誤工期。
2、要對沉降進行觀測，認真分析
路基填筑過程中，應設沉降標識，每天有人觀測數量，并將數據記錄下來，通過一段時間，進行認真分析，然后對該地質資料進行驗算和推斷，為業主設計代表監理工程師提供科學數據，進一步完善設計與施工。
3、確保路基填筑密度
橋臺與引道交接處，由于構造物不下沉或沉降量特別小，而路基一直沉降，就構成沉降差，產生錯臺，因此，在路基回填時一定要認真操作，分層壓實，對于高橋頭填筑應相應提高路基壓實度標準，如果不這樣，既使地基不沉降而路基因不密實自身壓縮變形產生沉降會引起橋臺交接處不均勻沉降差，對整體工程質量帶來不利影響。
橋臺引道的問題一直是公路界同仁普遍觀注的問題，縱觀全國所有高速公路在橋臺處沒有問題的僅僅有幾條高速，為數眾多的高等級路都不同程度的存在問題，不僅表現在軟弱地基路段有，而且許多好的地質條件路段也出現了這種情況。為此我們應引起高度重視，無論設計施工到現場管理，對待這道工序均要給予密切觀注，不能熟視無睹，有些情況只要我們高度重視，積極采取有效措施，認真負責，我想完全可以為社會為人民交出滿意的工程。
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