路橋過渡段施工技術(shù)分析

吳澄清

摘要:路橋過渡段是道路病害的多發(fā)地段,“橋頭跳車”作為其直觀表現(xiàn)形式,一直是困擾公路建設(shè)的難題。文章針對現(xiàn)有的橋頭跳車處治措施,以處治方法消化地基沉降變形和協(xié)調(diào)變形能力為主要衡量目標(biāo),開展了路橋過渡段差異沉降處治技術(shù)的研究。

關(guān)鍵詞:路橋過渡段;施工技術(shù);道路病害;橋頭跳車;沉降處治

中圖分類號:U455文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1009-2374(2009)22-0128-02

一、存在的主要問題

隨著高等級公路的大量建設(shè),雖然管理單位和工程設(shè)計人員對橋頭跳車的危害己經(jīng)有了比較清晰的認(rèn)識和足夠的重視,在具體的工程設(shè)計中也采取了不少處治措施,取得了一些成功的實例。但從實際情況看,橋頭跳車現(xiàn)象不僅在舊的橋頭路堤存在,在許多新建的高等級公路上也較普遍。究其原因,主要有:對橋頭路堤缺乏比較詳盡的地質(zhì)和水文調(diào)查,沒有針對引起橋頭跳車的主要原因而對癥下藥;只注重于橋頭跳車處治方法的工程實踐,較少進行系統(tǒng)的研究;路橋過渡段作為一個復(fù)雜體系,橋頭跳車的處治應(yīng)突出“綜合處治”的思想。

二、路橋過渡段處治措施研究

(一)設(shè)置橋頭搭板

采用橋頭搭板來防止橋頭跳車現(xiàn)象是目前一種比較常見的處治方法。為了達到消除沉降差的目的,避免產(chǎn)生行車的不舒適感,一般認(rèn)為,最有效的橋臺搭板長度為足以保持其坡度在3‰～6‰以下且能承受全部行車荷載的搭板。因此,若假設(shè)工后沉降為10cm,坡度按5‰計,則板的長度需要20m以上,這對于高速公路中的大部分中小橋來說,是很不經(jīng)濟的。由于實際施工中搭板長度都較短(≤10m),因此,設(shè)置橋頭搭板對于較大的差異沉降仍舊無能為力。另外,從已建高速公路的大量調(diào)查資料顯示,橋頭搭板對于過渡較小的沉降差效果明顯,但較多的情況又增加了一些新的病害:

1.盡管在路堤橋臺銜接處無明顯跳車,但沉降差從橋臺處轉(zhuǎn)移到路基與搭板之間或在枕梁處發(fā)生局部下沉而引起“二次跳車”現(xiàn)象。

2.重交通荷載作用下的搭板由于脫空而發(fā)生折斷,不僅未消除跳車現(xiàn)象,而且導(dǎo)致路面開裂雨水下滲使土基受到破壞。

3.搭板在與橋臺的銜接端拱起也會使路面破壞。

(二)土工格網(wǎng)加筋

利用土工加筋處治橋頭跳車,國外從20世紀(jì)80年代開始研究,已進行了大量室內(nèi)和室外試驗,取得了良好效果。

研究表明,土工網(wǎng)鋪網(wǎng)長度由下而上按1∶1的坡率增加,最上一層不宜小于9m,鋪面層間距以50cm左右為宜,土工網(wǎng)格應(yīng)張拉錨固于橋臺背,填土的壓實度以85%～90%比較有效。填料以礫石土、碎石土為宜;同時,土工隔網(wǎng)必須具有較高的抗拉剛度。

近幾年,通過上工合成材料加筋來處理橋頭跳車的方法正越來越多地受到人們的重視,并不乏成功的范例。但土工格網(wǎng)作為一種平面結(jié)構(gòu),其對路基剛度的提高有限,但對填料的要求卻比較高,更重要的是由于土工網(wǎng)的錨固作用只能阻止橋頭較短距離內(nèi)路堤填土的沉降,而對橋頭路堤其它區(qū)域只能減小部分的路基壓縮變形,不能消化由于地基沉降所產(chǎn)生的變形量,而地基沉降在大多數(shù)橋頭跳車中起著主要作用。因此,土工網(wǎng)對于減小由于橋頭壓實度偏低造成的附加變形較為有效,其適用于地基條件較好情況下的橋頭跳車處理。目前,設(shè)計部門較多采用的是將搭板與土工格柵加筋結(jié)合的方式處治橋頭跳車。

(三)軟弱地基處理

橋頭軟弱地基在路堤填上荷載作用下產(chǎn)生的較大工后沉降是導(dǎo)致橋臺與路堤沉降差的主要因素。通過多年的工程實踐和總結(jié),現(xiàn)在高速公路的軟墓處理中常用的有兩類:一是排水固結(jié)法,二是復(fù)合地基法。排水固結(jié)法包括袋裝砂井、塑料排水板、超載預(yù)壓,真空堆載預(yù)壓等,復(fù)合地基法包括水泥攪拌樁、粉噴樁、鋼渣樁等,兩類方法各其適應(yīng)性和特點,排水固結(jié)法工程造價較低,但預(yù)壓工期較長,工后沉降較大,而攪拌樁復(fù)合地基可以大大減小地基總沉降量,并能使之在較短時間內(nèi)趨于穩(wěn)定,但其工程造價較高,且施工質(zhì)量不能完全保證。

實踐證明,軟土地基沉降引起的橋頭跳車在大多數(shù)高速公路上并沒有很好地得到解決。究其原因,一是由于工程造價和施工工藝的原因,橋頭地基處治,沒有打穿軟土層,從而導(dǎo)致軟弱下臥層產(chǎn)生較大的工后沉降;二是軟土地基路基堆載時間不充分。我國的高速公路建設(shè),一般工期在三年以內(nèi),往往一旦開工就要求提前竣工,軟土地基孔隙水壓力沒有得到充分消散,固結(jié)過程沒有完成,從而導(dǎo)致過大的工后固結(jié)變形和次固結(jié)變形。因此,對于橋頭軟基處治而言,保證合理的工期,讓軟土地基在加載(超載)預(yù)壓情況下有更長的時間固結(jié)沉降至關(guān)重要。

(四)臺背換填

根據(jù)“剛?cè)徇^渡”原理選用半剛性材料(灰土和水泥改良土)進行臺背回填,回填尺寸為:底長最短為2米,對于臺背填土與路基原狀土采用1∶1坡度相接,對于路基土為回填土部分采用1∶1.5相接,并從設(shè)計、施工、監(jiān)理等方面給出了經(jīng)驗參考。

臺背一定范圍內(nèi)采用模量比較大,容易壓實、排水性能好的材料進行換填,例如級配碎石、砂粒等是一種應(yīng)用廣泛的臺背填筑方法,從作用機理看,它也屬于剛?cè)徇^渡原理的一種。這些填料經(jīng)過壓路機壓實后,壓縮模量大,水穩(wěn)定好,可以大為減小路基的壓縮變形,但很多地區(qū)尤其是西部地區(qū),換填材料比較缺乏,從而導(dǎo)致造價偏高而不便應(yīng)用。

由于路堤的沉降由路基沉降和地基沉降構(gòu)成,通過臺背回填可以減小路基自身的變形,但其不能消化地基所產(chǎn)生的沉降,因此臺背回填方法需結(jié)合其它處治方法才能較好地過渡橋臺與路堤的沉降差。

(五)采用輕質(zhì)填料

1.采用泡沫聚苯乙烯EPS材料。EPS用于填筑路堤可顯著減小地基的附加應(yīng)力,從而減小地基的沉降量,且其具有足夠的承載力,能滿足上部路面結(jié)構(gòu)層和行車荷載作用的強度要求,并且符合剛度要求。

2.采用粉煤灰。粉煤灰和一般細粒上相比,具有自重輕、強度高、壓縮性小,透水性能良好等特點。在一定的工藝條件下,可形成具有一定強度的整體性材料。用其填筑路堤,可有效減小橋頭路堤的總沉降。

(六)擠密樁復(fù)合地基

采用擠密復(fù)合地基的方法來處理路基填土,是利用在填筑完畢的路基上成孔,通過擠密作用,使路基土密實度提高,然后在孔內(nèi)填入材料并振動壓實成樁。隨著路基向橋臺的靠近,可通過樁變長或減小樁間距的方式,使路橋過渡段剛?cè)岬玫竭^渡。由于樁的擠密和置換作用,路堤填土的密實度提高,應(yīng)力減小,路堤整體剛度增大,從而減小了路堤的壓縮變形。常用的擠密樁有砂樁、土和灰土樁及二灰土樁等。雖然土樁的材料較為低廉,但其需要一整套打入樁施工設(shè)備,故在經(jīng)濟上代價較高。

(七)設(shè)置柔性橋臺

從作用機理看,柔性橋臺基本等同于加筋土擋墻。采用柔性橋臺結(jié)構(gòu)來降低橋臺的剛度,縮小橋臺和路堤的剛度差,使其銜接處的行車荷載壓縮變形和填土固結(jié)沉降均勻過渡,達到消除路面縱坡突變防止橋頭跳車的產(chǎn)生。國外也有這種柔性橋臺的報道,甚至有多跨的橋墩也用加筋土做成柔性橋墩,但柔性橋臺一般適用于個別簡單橋梁結(jié)構(gòu)形式,而且施工難度大。對路面進行拋高處理等來減小橋頭的縱坡突變在大多數(shù)高等級公路中只能是作為其它處理方法的輔助措施。

三、結(jié)論

總之,要減少或消除路橋過渡段病害——“橋頭跳車”,必須根據(jù)實際情況,充分調(diào)查橋頭路堤的地質(zhì)和水文,及路堤所處環(huán)境,考慮路堤填筑高度、公路等級,結(jié)合公路經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo),積極采取以上一種或多種措施,對路橋過渡段進行綜合處治,才能達到公路工程施工技術(shù)質(zhì)量要求,從而提高道路行車舒適性及公路建設(shè)質(zhì)量。

參考文獻

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