道路與橋梁過渡段不均勻沉降原因及改進措施

趙獻福

摘要:橋臺和臺后路基填土由于結(jié)構(gòu)、地基等方面的原因,會產(chǎn)生不均勻沉降。如果不采取有效措施控制過渡段的不均勻沉降,就會導(dǎo)致路面突變,從而影響行車速度,甚至造成交通事故。因此,如何控制路橋過渡段的不均勻沉降,保證車輛安全、平穩(wěn)和舒適的運行,是目前亟待解決的問題。本文從不均勻現(xiàn)絳原因入手,重點闡述有效控制措施。

關(guān)鍵詞:道路與橋梁;過渡段不均勻沉降;控制措施

隨著我國公路建設(shè)事業(yè)的日益發(fā)展,人們對公路使用品質(zhì)的要求越來越高,公路的安全性、舒適性將凸顯其重要性。但路橋過渡段不均勻沉降,即橋頭跳車現(xiàn)象已經(jīng)成為公路最常見的質(zhì)量缺陷之一,不僅加速了橋梁、路面和車輛的損壞,嚴(yán)重時還將導(dǎo)致車輛失控,誘發(fā)交通事故,嚴(yán)重影響了公路的安全性與舒適性。因此路橋過渡段的不均勻沉降已經(jīng)越來越引起公路建設(shè)、設(shè)計、監(jiān)理、施工等方面的重視。

1 不均勻沉降成因分析

橋頭跳車的根本原因是橋臺與鄰接路段的沉降差異超過一定的界限值,致使車輛在通過橋梁時產(chǎn)生顛簸、不穩(wěn),甚至?xí)绊懶熊嚢踩?/p>

1.1 土基

橋梁所在位置一般地下水位較高,地基土質(zhì)天然含水量大、空隙率大、抗剪強度低,在車輛荷載的長期作用下極易引起沉陷。

1.2 臺背填料

臺背應(yīng)選擇透水性好的材料作為填料,而透水性材料空隙率大,施工中很難控制其壓實度,在道路自重垂直荷載及車輛振動荷載的長期作用下很容易產(chǎn)生路基沉降。

1.3 剛度差異

道路是柔性(剛性)路面與柔性路基的組合,而橋梁是剛性結(jié)構(gòu)物,由于橋梁結(jié)構(gòu)剛度比道路的剛度大得多,經(jīng)過車輛荷載長時間的作用,橋跨結(jié)構(gòu)變形很小且基礎(chǔ)以下部分不會產(chǎn)生明顯變形,而作為路基填料的土基部分在自身重力和外部荷載的作用下,會產(chǎn)生彈性變形和永久變形。

1.4 設(shè)計

由于主客觀原因造成的地質(zhì)鉆探布控過少或鉆探深度不足,未能準(zhǔn)確探明軟基范圍和深度,造成軟基處治的理論計算與選用的計算參數(shù)與實際情況不符,導(dǎo)致軟基處治設(shè)計未能達到規(guī)范要求,而且大多數(shù)橋梁的橋頭搭板未作專項設(shè)計進行控制。

1.5 施工

在道路橋梁施工中,由道路與橋梁的施工順序造成了橋涵兩端留下一個填土較多、施工面窄、工期短暫的作業(yè)段,施工條件極差。

(1)當(dāng)缺乏適宜的壓實機具時,壓實度很難達到規(guī)范要求;當(dāng)分層壓實厚度過大時,壓實度檢測不能準(zhǔn)確反映實際情況,而且無法發(fā)現(xiàn)內(nèi)部空洞。

(2)當(dāng)施工單位搶進度時,不能按照規(guī)范要求施工作業(yè),臺背回填松鋪厚度控制不嚴(yán),臺背排水防護設(shè)置不完善,給路基沉陷留下質(zhì)量隱患。

2路橋不均勻沉降的控制措施

2.1規(guī)范的合理控制

交通部《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》中明確規(guī)定了路橋連接處最大容許工后沉降為10cm,且要求連續(xù)2-3個月觀測的沉降量每月不超過6mm,才能進行路面施工。通過多年的施工實踐,發(fā)現(xiàn)當(dāng)施工期緊張時不可能連續(xù)觀測2-3個月沉降量,因此建議將路橋連接處最大允許沉降控制在5cm以內(nèi)。

2.2GRS橋臺設(shè)計

所謂GRS(geosynthetical-reinforced soil),就是土工合成加筋土,以下簡稱GRS。GRS橋臺結(jié)構(gòu)把樁基礎(chǔ)的剛性結(jié)構(gòu)變?yōu)橥凉ず铣杉咏钔恋娜嵝越Y(jié)構(gòu),與樁基礎(chǔ)的橋臺結(jié)構(gòu)相比,有著比較明顯的優(yōu)勢。

GRS橋臺比較容易施工,而且也比較經(jīng)濟;GRS橋臺能消除由路橋過渡段不均勻沉降引起的橋頭碰撞問題。由于GRS橋臺中基底表面鋪設(shè)了GRS層,其GRS層構(gòu)成了橋基礎(chǔ)下的緩沖器,減小了由上層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到基礎(chǔ)上的應(yīng)力。更重要的是,GRS橋臺和過渡段路基將以同樣的速度下沉,會減小過渡段的不均勻沉降)通過在路橋過渡段填料中鋪設(shè)加筋材料,可以增強路基強度,提高路基剛度,顯著減少路基本體的變形。國外對GRS橋臺的研究比較早,也取得了相當(dāng)?shù)某删?并已經(jīng)在公路上應(yīng)用。由美國科羅拉多州交通部在Founders/Meadows附近建了一個6m高的GRS橋臺,投入運營后,橋臺的性能讓人非常滿意,其最大的表面位移為10mm,在運營荷載下,橋臺基礎(chǔ)的沉降大約是14mm。

2.3長短逐漸過渡的深層攪拌樁

路基沉降主要是由路堤本體和地基沉降組成。對于飽和軟粘土地基上的路橋過渡段,由于地基比較軟弱,承載力不足,受力后會產(chǎn)生變形,這部分變形對路橋過渡段不均勻沉降的貢獻是比較大的。因而對于軟粘土地基必須采取加固措施。在工程上,常用的加固措施有換填法、拋石擠淤法、砂墊層法、加筋墊層法、砂井排水、塑料排水板排水固結(jié)法、預(yù)壓法以及樁土復(fù)合地基法。工程上復(fù)合地基常用的樁的類型有石灰樁、水泥攪拌樁、粉噴樁、旋噴樁、砂樁和碎石樁。樁土復(fù)合地基在路橋過渡段中的應(yīng)用也比較廣泛。文獻中介紹了在路橋過渡段中應(yīng)用樁基或是樁基與土工織物來減小過渡段的不均勻沉降。文中主要介紹長短過渡的水泥攪拌樁在路橋過渡段不均勻沉降控制中的應(yīng)用。深層攪拌樁法就是用于加固飽和軟粘土地基的一種比較新的地基加固方法。其加固機理是:利用水泥、石灰等材料作為加固劑,通過特制的深層攪拌機械邊鉆進邊往軟土中噴射漿液或霧狀粉體,在地基深處就地將軟土和固化劑(漿液或粉體)強制攪拌,使噴入軟土中的固化劑與軟土充分拌和在一起,由固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)作用,形成抗壓強度比天然土強度高得多,并且具有整體性、水穩(wěn)定性的水泥加固土樁柱體。

長短逐漸過渡的深層水泥攪拌樁的優(yōu)點是:

(1)成樁效率高,成本低、施工占地面積小,施工現(xiàn)場的周圍環(huán)境不會受到污染,并且在施工過程中無振動、無噪音。與其他樁基相比,是一種比較經(jīng)濟有效的治理橋頭過渡段軟粘土地基的方法,可以有效控制工后沉降,減少路橋過渡段的不均勻沉降。

(2)可以提高路堤斜坡的穩(wěn)定性。

(3)可以加速施工,有效縮短固結(jié)時間,減少差異沉降。它的缺點是,與砂井和塑料板排水相比造價要高一些。

2.4EPS輕型材料填筑法

挪威國家道路研究室經(jīng)過20余年的試驗研究和10余年的使用實踐,在解決橋涵臺背填土問題上,采用一些輕質(zhì)填料,如EPS(聚苯乙烯泡沫塑料)、人工氣泡混凝土(泡沫水泥砂漿)、輕型廢棄物、粉煤灰、中空構(gòu)造物等。

EPS輕型材料的優(yōu)點是:

(1)與普通填土材料相比,屬超輕質(zhì)材料,用作軟基上路堤填料可顯著減少地基沉降和工后沉降。

(2)EPS在自然條件下具有物理化學(xué)穩(wěn)定性,因而在路基工程中使用具有一定的耐久性。

(3)與大多數(shù)土工技術(shù)相比,例如加筋土結(jié)構(gòu),EPS填料是比較經(jīng)濟的一種填料。

(4)EPS材料不含破壞臭氧層的物質(zhì)。

(5)EPS材料做成不同的密度,并且EPS材料的工程性質(zhì)包括壓縮變形,都與EPS的密度有關(guān)。

在過渡段填料中使用EPS材料,可以顯著減小橋臺背填料自身的壓縮變形,并減小地基的豎向荷載以及臺后填土對橋臺結(jié)構(gòu)的水平壓力,減小填土對地基變形的影響。還可以與地基處理綜合運用,降低地基處理費用,減小地基處理的范圍和縮短施工工期。

3結(jié)語

路基與橋臺的連接是不同性質(zhì)構(gòu)筑物的連接,路橋過渡段又是在設(shè)計及施工中容易被忽視的部位,也是出現(xiàn)病害最多的部位?，F(xiàn)在人們越來越認識到了過渡段質(zhì)量的重要性,因此,從設(shè)計到施工,采取多種措施,如對過渡段進行單獨設(shè)計、單獨施工以達到減少或消除過渡段的不均勻沉降對線路行車影響的目的相信以后修建的高速公路一定會更快捷、更舒適。