探析软土地基和桥台桩作用机理和施工设计控制

'探析软土地基和桥台桩作用机理和施工设计控制　　摘要：简要介绍了桥台桩在软土地基中与土体的相互作用，由此产生的桥台桩位移及施工设计中采用的解决措施。关键词：软土地基；桥台桩；施工设计；中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：一、软土地基的工程特性软土地基在工程中为不良地质，在沿海地区甚是普遍存在，软土层有如下工程特性：1、具有高含水量、高液限、低密度、低强度、低透水性、高灵敏度等特点。即：W=45%~85%，平均值为66%~72%，WL=40.1%~65.1%，e=1.0~2.56，IP=16~37.8，aV=0.9~4.0Mpa−1，固结系数CV=10-3~10-4cm/s，灵敏度平均值St=4~6.5，最大值达10.0。因此该类土压缩沉降量大，排水固结缓慢，地基稳定性差。4 2、具有一定的结构性。结构性的形成随土的矿物成分、沉积环境、孔隙水的成分及沉积年代而不同。除南方湛江一带有高结构性土外，软土均具有一定的结构性。结构性的强弱可以用超固结比来表示，结构性的主要作用是增大了土骨架的刚度，因此其力学性质与应力水平相关。应力水平较低时土体呈现较好的力学特性；应力水平超过某临界值后，土的结构性破坏，力学性质明显恶化，而且这种恶化是不可逆的，短期内很难恢复，甚至发生剪切破坏。3、软土具有明显的触变性和流变特性。软土在土体结构未破坏时具固态特征，但一经扰动，即转变为流动的液体状态。4、固结过程长，沉降稳定缓慢甚至长期无法达到沉降稳定。软土的低渗透性和高压缩性决定了其固结过程必然较长。由于软土的蠕变对其沉降稳定也造成很大影响。二、桥台桩的作用机理根据桩基与周围土体的相互作用，将桩分为两大类：第一类桩基直接承受外荷并主动向土中传递应力，称为“主动桩”（Activepile）；第二类桩基并不承受外荷载，只是由于桩周土体在自重和外荷作用下产生水平运动而受到影响，称为“被动桩”（Passivepile）。在主动桩中，桩上的荷载是“因”，而土的变形或运动是“果”；而在被动桩中，土体运动是“因”，而它在桩身引起的荷载是“果”。可以想象，被动桩问题要比主动桩问题复杂得多。例如，在主动桩中，桩上所受的外荷载一般是明确的，与桩的存在和土体运动无关，只是桩土相互作用力的分布不清楚而已。在被4 动桩中，虽说土体运动是因，但它却与有无桩的存在以及桩的性状、数量和布置有关，也就是说，这个问题的原始数据是变化的，由此而引起的桩身荷载与桩土相互作用处于动态的平衡状态，表现出强烈的相互作用特性，给问题的解决带来了困难，所以从一开始就必须将桩土体系当作整个来考虑，才能搞清桩土之间的相互作用。由此可以看出，被动桩与运动土体之间的相互作用是一个非常复杂的重要课题。在软土地基中的桥台桩基就属于被动桩，作用在桥台桩上的侧向荷载主要来自两个方面：1、桥台台背填筑堆载土体对桩产生偏心荷载；2、由于堆载土体对下层强度不够的流塑性软土的挤压使其发生侧向移动，从而对位于软土层的桩身产生侧向荷载作用。在工程中也发现，由于软土的流变性和固结时间长，桩基侧向位移的可能性存在于整个工程建设中。三、防止桥台桩基位移的施工设计控制措施在目前的工程施工中，我们见过很多的预防防止桥台前移的经验措施。主要是参照桥台前移的判断标准来设计施工，桥台前移的判定标准是以填土的稳定系数为基础的，因为桥台前移的因素很多，它与台背填土高度、软土地基埋置深度、软土层厚度、软土占土层厚比例以及桥台结构形式（如顺桥向桥台长度、桥台和基础形式）等。将这些因素引入判断标准作为修正系数来考虑，提出如下公式1进行表达：式14 式3.1中：μ1=D/L为软土层厚度比的修正系数；μ2=b/B为基础实体阻力的修正系数；μ3=D/A(≤3.0)为桥台长度的修正系数，当μ3≥3时，取μ3=3；γ为填土容重（t/m3）；c为软土层的粘结力（t/m2），取不排水抗剪强度；D为基础埋置范围内软土层厚度（m）；L为基础埋置深度（m）；b为基础实体宽度的总和（m）；B为桥台宽度（m）；A为顺桥向桥台长度（m）；以上符号说明，见下图3-1。图1桥台前移判断系数的符号说明桥台是否发生前移，可依据I值进行判断，当认为可能发生前移时，应采取措施使I4'