橋梁工程地基的穩(wěn)定性思考
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地基土孔隙水
江陰長江大橋沉井基底持力層的水文地質(zhì)條件相對較為封閉，而以勘探資料數(shù)據(jù)顯示，長江河床中存在出露的基底持力層，該出露點距北錨碇為1080m，而長江水與孔隙水存在著一定程度上的聯(lián)系。長江江陰段為感潮河段，對于沉井基礎(chǔ)與北錨碇的穩(wěn)定性及沉降來說，江水位的波動都會對其造成直接影響，而影響的程度則由地基土層滲透[2]性決定。另外，地基土固結(jié)效應(yīng)也會受到地基土滲透性的影響。因此研究江水水力與孔隙水的聯(lián)系以及地基土滲透性的研究具有非常重要的現(xiàn)實意義。該工程對地基土體監(jiān)測工作是，先在沉井封底之前，埋設(shè)9個振弦式滲壓計算觀測點于基底土層中，隨后實施對長江水位與孔隙水的聯(lián)動監(jiān)測，以深入研究兩者之間的水力關(guān)系。其中4個點的監(jiān)測結(jié)果如圖1所示。從圖中可以看出，兩者之間的水力關(guān)系非常密切，但是具體參考還需要考慮監(jiān)測的時間滯后與水力損失問題。
地基土滲透參數(shù)反演計算
在獲取了監(jiān)測資料參數(shù)以后，便開始對該工程地基土滲透參數(shù)[3]進(jìn)行反演計算，其基本思路為：將監(jiān)測結(jié)果資料輸入后，利用土工有限元正程序?qū)Τ辆c錨體及地基土各點孔壓、位移在各個時間段和各種工程情況下的響應(yīng)量進(jìn)行計算，把相對應(yīng)的觀測時間、觀測點數(shù)據(jù)代入公式。得到目標(biāo)函數(shù)值后，將其代入收斂判別式中，如果能夠使判別公式的條件得到滿足，則計算所使用的參數(shù)能夠視為與實際孔壓滲透參數(shù)相符；如果不能得到滿足，則應(yīng)對參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整，然后重復(fù)計算步驟，直到最終得到與實際孔壓滲透參數(shù)相符的計算結(jié)果，即相應(yīng)的實測孔壓滲透參數(shù)。北錨碇沉井地基土的初始計算參數(shù)見表1和表2。其中第四土層，即含礫中粗砂層對沉井基礎(chǔ)與北錨碇的穩(wěn)定性與沉降的影響最大，而本工程所埋設(shè)的觀測點同樣位于第四層，因此本工程反演計算針對的對象就是第四層土體，其初始值的確定依據(jù)為室內(nèi)試驗與抽水試驗，值為180m/d。最終得到的反演計算結(jié)果為，第四土層在北錨碇施工技術(shù)應(yīng)用后，其滲透參數(shù)能夠合理下降23%，即41m/d。
反合理性檢驗
對反結(jié)果產(chǎn)生影響的主要問題就是結(jié)果的合理性與唯一性。本工程對反演所得的第四土層滲透參數(shù)的合理性與正確性進(jìn)行驗證時，所采用的依據(jù)是完成錨碇澆筑后所得到的沉降監(jiān)測值。向正算程序中將反結(jié)果得到的參數(shù)代入，便能夠得到相應(yīng)的位移結(jié)果；再比較監(jiān)測結(jié)果與實際監(jiān)測值，即可得出合理性比較值（見表3）。通過表中數(shù)據(jù)可以看出，實際沉井基礎(chǔ)的監(jiān)測值較為接近計算值，其相差值只有8%且不大于35%；而實測結(jié)果表明，計算值與實測值差異最大的部位是沉井南部，而差異最小的則是沉井北部。造成這種情況的主因是分區(qū)封底技術(shù)的實施，即沉降多的區(qū)域先封底，而沉降少的區(qū)域則是后封底的，從而造成沉井南北向的不均勻沉降產(chǎn)生。而本工程計算所采用的參數(shù)則是整體完成沉井封底時的參數(shù)。除此之外，第一土層至第三土層未進(jìn)行實測與計算也是出現(xiàn)數(shù)據(jù)差異的原因之一。計算結(jié)果與反檢驗結(jié)果表明，該工程計算所得到的土體滲透參數(shù)是唯一且合理的。
結(jié)語
綜上所述，當(dāng)橋梁工程所處區(qū)域下伏土層中有強(qiáng)滲透性、飽和的砂土層存在時，會因上部靜荷載所導(dǎo)致土體應(yīng)力變化后的應(yīng)力與位移變化而減小地基土體的滲透性，其減小的幅度取決于砂土層滲透性與應(yīng)力狀態(tài)等因素。換言之，調(diào)整土體應(yīng)力狀態(tài)會改變滲透參數(shù)，地基土體的排水條件越好，則滲透參數(shù)越小，其基礎(chǔ)穩(wěn)定性就越佳。對于我國橋梁工程來說，地基的穩(wěn)定性與安全性是決定橋梁使用壽命的關(guān)鍵因素。而我國地質(zhì)條件復(fù)雜，加之橋梁工程所在的地質(zhì)條件多為大厚度軟土，因此研究橋梁地基土體滲透特性是保證橋梁安全的前提與基礎(chǔ)。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，各類新材料、新技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用，也會使橋梁地基處理更為科學(xué)、合理。（本文作者：萬為 單位：貴州省銅仁公路勘察設(shè)計院）