濟(jì)南黃河灘地地基承載力與地下水位關(guān)系研究

翟保亮，姜家添，張包產(chǎn)

（山東黃河工程集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速持續(xù)發(fā)展，交通工程的建設(shè)步伐不斷加快， 跨越黃河的大型橋梁工程也逐漸增多。 但是，黃河的多泥沙特性，給跨河施工及灘地施工增加了不少的難度。 尤其是，黃河灘地地下水位隨季節(jié)性或調(diào)節(jié)性的變化及灘地粉質(zhì)黏土在持續(xù)的靜、動(dòng)荷載作用下承載力變化極大，加大了黃河灘地內(nèi)結(jié)構(gòu)物地基處理的施工難度。 本文試以正在施工的濟(jì)南建邦黃河公路大橋工程的地基處理為研究對(duì)象，分析黃河灘地內(nèi)地基承載能力受黃河汛期水位變化情況， 探尋兩者之間變動(dòng)的基本規(guī)律，為類似黃河灘地內(nèi)工程施工的地基處理提供有利的參照依據(jù)， 以便在黃河灘地施工中采用更便捷、更經(jīng)濟(jì)的施工方式，達(dá)到減少工程投資的目的。

1 工程概況

濟(jì)南建邦黃河公路大橋項(xiàng)目位于濟(jì)南市西北部新徐莊附近， 南北分別與市二環(huán)西路、 國(guó)道309連接，是濟(jì)南市實(shí)施城市北跨發(fā)展戰(zhàn)略的控制性工程。 該項(xiàng)目路線全長(zhǎng)5.272 km，其中橋長(zhǎng)2.145 km，兩岸接線長(zhǎng)3.127 km。 該橋中兩跨47.5 m 的箱梁位于黃河灘地范圍內(nèi)。

根據(jù)本工程地質(zhì)勘察結(jié)果，濟(jì)南建邦黃河公路大橋橋址區(qū)地質(zhì)為第四系地層， 頂層主要為軟塑、流塑狀亞黏土、黏土夾松散狀亞沙土及粉、細(xì)、中沙。橋址區(qū)地下水主要為上層滯水、 第四系孔隙潛水、孔隙承壓水。上層滯水存于填筑土及上部黏性土中，枯水期本工程開(kāi)挖時(shí)，實(shí)際地下水位高程約為28.15 m，地下水位線在原始地面以下約1.0 m 位置。

2 試驗(yàn)選址及準(zhǔn)備工作

由于黃河灘地地下水位受黃河汛期及黃河調(diào)節(jié)性調(diào)水調(diào)沙影響極大，而本工程有47.5 m 箱梁地處黃河灘地范圍內(nèi)，因此，上部結(jié)構(gòu)施工須在黃河汛期及調(diào)水調(diào)沙期間進(jìn)行。 為確保箱梁上部結(jié)構(gòu)施工的順利進(jìn)行，項(xiàng)目部組織試驗(yàn)室對(duì)黃河灘地地基承載力受地下水位升降的影響進(jìn)行實(shí)際觀測(cè)， 從而為箱梁上部結(jié)構(gòu)施工中的支架地基處理提供依據(jù)。

2.1 選址

根據(jù)試驗(yàn)的要求，在橋址周邊黃河灘地內(nèi)選擇地基承載力試驗(yàn)的監(jiān)測(cè)地址。 選址要求為：（1）具有典型的黃河灘地地質(zhì)條件，且與橋址處地質(zhì)情況基本保持一致。 （2）地勢(shì)平坦、植被較少，有利于機(jī)械設(shè)備及監(jiān)測(cè)設(shè)備工作的開(kāi)展。 （3）有較好的排水條件，以便當(dāng)?shù)叵滤簧挡幻黠@時(shí)，能通過(guò)水泵抽水進(jìn)行人工升降水，待水位穩(wěn)定后再進(jìn)行地基承載力的監(jiān)測(cè)。 根據(jù)選址要求，本項(xiàng)目選取了1#監(jiān)控點(diǎn)。

2.2 準(zhǔn)備工作

根據(jù)地基承載力檢測(cè)的要求， 首先用裝載機(jī)將監(jiān)測(cè)點(diǎn)地表植被及浮土清除，露出堅(jiān)實(shí)地基土面，其次采用挖掘機(jī)分層開(kāi)挖， 并預(yù)留出開(kāi)挖平臺(tái)及地基承載力檢測(cè)平臺(tái)。 承載力檢測(cè)平臺(tái)如圖1 所示。

圖1 檢測(cè)平臺(tái)平面示意圖Fig.1 Detection platform plane sketch

檢測(cè)平臺(tái)的設(shè)置按照現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行，其頂層浮土采用人工挖除，以確保檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。監(jiān)測(cè)點(diǎn)施工完畢后，根據(jù)實(shí)際情況，在監(jiān)測(cè)坑最頂層的檢測(cè)平臺(tái)上設(shè)置一個(gè)標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)， 并采用木樁釘入深土層的方式做標(biāo)記，木柱頂設(shè)置鐵釘做準(zhǔn)高點(diǎn)。標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定后， 采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行各檢測(cè)平臺(tái)的高程測(cè)量，并做好測(cè)量記錄。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集與分析

3.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集

準(zhǔn)備工作完成后，開(kāi)始進(jìn)行地下水位及各監(jiān)測(cè)點(diǎn)地基承載力的檢測(cè)。 不同檢測(cè)點(diǎn)地基承載力的數(shù)據(jù)收集，主要通過(guò)輕型觸探儀現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)（根據(jù)檢測(cè)點(diǎn)貫入地基土層30cm 的錘擊數(shù)計(jì)算）取得。 在數(shù)據(jù)收集過(guò)程中，當(dāng)?shù)叵滤坏淖兓枯^小、不能滿足地基承載力數(shù)據(jù)采集要求時(shí)，采用兩臺(tái)潛水泵進(jìn)行持續(xù)人工升降水方式調(diào)節(jié)，待地下水位穩(wěn)定后，再進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集工作。通過(guò)近3 個(gè)月的試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總整理（如表1 所示）。

表1 1# 監(jiān)控點(diǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 1 Test data of No.1 monitoring point

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

對(duì)監(jiān)控點(diǎn)內(nèi)各檢測(cè)平臺(tái)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，分別繪制出地基承載力隨地下水位升降的變化曲線（如圖2～圖6 所示）。

由圖1～圖6 可以看出，黃河灘地內(nèi)粉質(zhì)地基土的承載力隨地下水位的升高有明顯降低的趨勢(shì)。 這是由于黃河粉質(zhì)土具有低抗?jié)B性， 隨著地下水位的升高，地基土的含水量驟增，地基土液性增加，導(dǎo)致承載力降低。

若分別取距地下水位線以上0.5 m、1.0 m、1.5 m、2.0 m 位置的地基承載力進(jìn)行分析比較，可以看出以下幾點(diǎn)：（1）當(dāng)灘地距地下水位0.5 m 時(shí)，地基承載力基本上為80~90 kPa，這時(shí)即使對(duì)地基進(jìn)行處理，頂層采用混凝土封閉層，也無(wú)法滿足工程施工的要求。 （2）當(dāng)灘地距地下水位1.0 m 時(shí)，地基承載力基本上為110~120 kPa，同樣無(wú)法滿足施工要求。 （3）當(dāng)?shù)孛娓叱叹嗟叵滤?.5 m 時(shí)， 地基承載力基本上為125~135 kPa。 （4）當(dāng)?shù)孛娓叱叹嗟叵滤?.0 m 時(shí)，地基承載力基本上為150~160 kPa。 （5）當(dāng)?shù)孛娓叱叹嗟叵滤怀^(guò)2.0 m 時(shí)， 地基承載力基本穩(wěn)定，為160 kPa 左右。

圖2 1-a 處地基承載力的變化曲線圖Fig.2 Foundation bearing capacity change curve of place 1-a

圖3 1-b 處地基承載力的變化曲線圖Fig.3 Foundation bearing capacity change curve of place 1-b

圖4 1-c 處地基承載力的變化曲線圖Fig.4 Foundation bearing capacity change curve of place 1-c

圖5 1-d 處地基承載力的變化曲線圖Fig.5 Foundation bearing capacity change curve of place 1-d

圖6 1-e 處地基承載力的變化曲線圖Fig.6 Foundation bearing capacity change curve of place 1-e

綜上所述，當(dāng)灘地在地下水位線以上0~2.0 m間變化時(shí)，灘地的地基承載力隨地下水位的降低基本上呈線性增長(zhǎng)。 當(dāng)灘地在地下水位線以上超過(guò)2.0 m 時(shí)，地基承載力基本上趨于穩(wěn)定，受地下水位升降的影響不大。由此可以認(rèn)為：在黃河灘地內(nèi)進(jìn)行結(jié)構(gòu)物施工，地基處理只要滿足地基頂距最高地下水位線2.0 m 以上的條件，地基承載力就可達(dá)到150 kPa 以上，而且地基承載力趨于穩(wěn)定，進(jìn)一步處理，就可滿足結(jié)構(gòu)物施工地基承載力的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

黃河灘地內(nèi)箱梁支架地基加固， 采用將原有地基壓實(shí)墊高方式，使地基土高程超過(guò)黃河近10 年最高歷史地下水位2.0 m，降低了地下水位沉降對(duì)地基承載力的影響，從而提高地基承載力，大大降低了施工成本。 本工程自搭設(shè)47.5 m 支架至箱梁澆筑施工完成， 項(xiàng)目部組織人員對(duì)支架地基沉降量進(jìn)行了跟蹤觀測(cè)。觀測(cè)結(jié)果顯示，處理后支架地基沉降為均勻沉降，且沉降量不大，滿足箱梁上部結(jié)構(gòu)施工的要求。

[1] JTGE40-2007，公路土工試驗(yàn)規(guī)程[S].

[2] JGJ94-94，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3] JGJ 166－2008，建筑施工碗扣式腳手架安全技術(shù)規(guī)范[S].