軟土地基高速公路橋頭跳車防治

方學哲　張新朝

摘要:本文分析了軟土地基橋頭跳車產(chǎn)生機理,提出了多種防治措施,供大家參考。

關鍵詞:軟土地基;橋頭跳車;成因分析;防治技術

1 前言

目前隨著我國高等級公路建設的迅猛發(fā)展,人們對高速公路的認識亦不斷提高,同時對行車舒適性、安全性提出了更高的要求。而在路基施工中普遍存在著橋頭跳車現(xiàn)象,不僅影響了行車的舒適性,而且對行車的安全性也有很大危害,特別是軟土地基路段。在軟土地段橋粱基礎一般設計為樁基礎,而橋臺后路基填筑同一般路基填筑在施工工藝上沒有大的區(qū)別,如在施工過程中對所采取的技術措施控制不嚴,將影響工程質量,造成橋頭跳車。本文將分析橋頭跳車產(chǎn)生機理和治理措施。

2 橋頭跳車產(chǎn)生機理

軟土地基上的橋頭跳車是一個比較復雜的技術問題,通常受許多不確定因素的影響,如軟土厚度及其性質、軟基處理的效果、路基的填筑高度、臺背填料的施工質量、設計參數(shù)、計算方式等,其計算沉降量與實際沉降量常常不太相符,有時甚至出入較大。通常可將橋頭跳車產(chǎn)生的主要原因概括為以下幾個方面。

地基土質不良造成的沉降。土質不良產(chǎn)生沉陷是橋頭跳車的最主要原因。橋涵通常位于溝壑地段,地下水位較高,且多為軟基,此類土具有天然含水量往往大于液限、天然孔隙比大、常含有機質、壓縮性高、滲透系數(shù)小、靈敏度高、抗剪強度低等特點,多屬于飽和的正常壓密軟粘土,一旦受到擾動,天然結構易受破壞,強度便顯著降低。加上橋頭路基填筑高度較大,基底所承受的附加應力相對較大,在車輛荷載作用下,更容易引起地基沉陷,且沉降穩(wěn)定歷時往往持續(xù)數(shù)年乃至數(shù)十年。

臺背填料壓縮引起路基的沉降。壓縮沉降主要取決于填料性質、施工條件及臺前臺背的防護排水工程的設置等情況。為了減少臺背自身的工后沉降,一般采用多孔隙的滲透性填料,但由于橋臺附近地方狹窄,施工時壓實機具不能緊靠臺背,填料顆粒間孔隙無法完全消除;或填料質量差,達不到設計要求和規(guī)范標準等,在公路自重及車輛的垂直與振動荷載作用下,填料會不可避免地產(chǎn)生壓縮沉降,造成跳車。

剛柔突變引起的沉陷跳車。剛性不同的路面在跳車處所產(chǎn)生的振動效果不同,柔性材料對能量的吸收要比剛性材料的大。由于橋梁通常是支撐在巖層上的剛性結構,具有較大的整體剛度,而與結構物橋臺相連的道路相對屬于柔性體,具有剛性較小柔性較大的特性,屬彈塑性體。顯然,道路與結構物橋臺之間存在著較大的剛度差,這個剛度差的存在必然引起道路與結構物橋臺之間產(chǎn)生較大的塑性變形差異及較大的剛度突變,加重了橋頭跳車的振動效果。

3 橋頭跳車防治技術

3.1 地基處理

處理好橋頭軟弱地基,是控制跳車的關鍵。目前對橋頭軟弱地基處理,國內已有加固土樁法、料粒樁(含振沖碎石樁)法、豎向排水體預壓法、堆載預壓法、真空聯(lián)合堆載預壓法、沉管樁法和淺層處治法等措施。下面介紹幾種行之有效的常用方法。

3.1.1 深層攪拌加固法

該法屬加固土樁類型,主要適用于軟弱粘性土。深層攪拌法是20世紀60年代由日本和瑞典分別開發(fā)的軟土加固新技術,一般借助于壓縮空氣,采用專門深層攪拌機械設備,從不斷回轉的中心軸端向四周被攪松的土中噴出漿體或粉體固化劑(如水泥等),經(jīng)葉片攪拌,并吸收周圍水分,在加固的深層軟土中進行一系列物理和化學反應,使軟土硬結成具有整體性和一定強度的優(yōu)質復合地基,從而提高軟土地基承載力,減少沉降量(特別是工后沉降),縮短固結期,提高地基穩(wěn)定性。其主要施工工藝程序為:整平原地面一鉆機定位一鉆桿下沉鉆進一上提噴粉(或噴漿)、強制攪拌一復拌一提桿出孔一鉆機移位。施工過程中路基填土速率不受限制,且無振動、無污染,對周圍環(huán)境及建筑物無不良影響,其最大優(yōu)點是工后沉降小,但造價較高。

3.1.2 砂樁加固法

該法屬料粒樁類型,適用于松砂地基、雜填土或軟土,對地基土起置換作用、豎向排水作用和擠密作用,在20世紀30年代起源于歐洲。其主要施工工藝程序為:整平原地面一機具定位一樁管沉入一加料壓密一拔管一機具移位。為加速地基固結,減少后期沉降,一般配合堆載預壓或超載預壓施工,使地基強度顯著提高,同時改善地基的整體穩(wěn)定性。砂樁堆載預壓法在深汕高速公路、汕頭海灣大橋北引道等高速公路都有應用,其造價在深層攪拌法與堆載預壓法之間。

3.1.3 塑料排水板加堆載預壓法

該法屬豎向排水體預壓類型,主要適用于透水性低的軟弱粘性土。塑料排水板是由芯體和濾套組成的復合體,或是由單一材料制成的多孔管道板帶,自1983年在天津塘沽新港施工試驗成功以來,在全國各地的高速公路軟基處理中都得以廣泛推廣和應用。其主要施工工藝程序為:整平原地面一攤鋪下層砂墊層一機具就位一插入塑料排水板一穿靴一插入套管一拔出套管一割斷塑料排水板一機具移位一攤鋪上層砂墊層。為加速排水固結,減少后期沉降,一般都配合堆載預壓或超載預壓施工,使地基土的有效應力增大,抗剪強度、承載力及穩(wěn)定性都得以提高。其特點是施工簡便快捷,造價低,但固結時間長,有少量工后沉降。如工期充分,仍是一種較為理想的軟土地基處理方法。

3.2 路基處理

填料與方式。一是臺后宜選用摩擦角大、強度高、易壓實、透水性好的填料,如宕渣、砂礫等。同時,選用內摩擦角較大的填料,也有利于從臺背縫隙中滲入的雨水沿盲溝或泄水管順利排到路基外,大大減緩雨水的危害,而且也有利于改善壓實性能,使路基容易達到設計要求的密實度。填料的鋪筑一般在基底處沿路堤縱向長度距橋臺背不小于橋頭搭板長度(一般為6 m),與路基相接處按不大于1:1的坡率設置臺階,回填高度視路堤高度而定,一般取2～4m。二是在路基上部約50cm高度范圍內設置水泥穩(wěn)定粒料改善層,以提高路堤體的剛度。穩(wěn)定層結構一般是沿路堤縱向距橋臺臺背約10m長,用摻加4～6%水泥的水泥穩(wěn)定粒料進行改善,與路基相銜接處采用1:1坡率設置斜坡。2種處理方式均能達到減少豎向變形和剛柔突變的成效,如果2種方式同時選用,則效果更佳。

回填及壓實。為減少橋涵兩端路堤的工后沉降,使橋涵兩端路堤與橋臺結構物的相對沉降盡量小一些,可以采用預壓方式讓路基排水固結,待路堤沉降基本完成以后再開挖涵洞或橋臺位置土方,然后再施工橋涵。臺后路基填筑前,宜在處理后的地基頂面設置橫向泄水管或盲溝。臺后回填應在完成臺前防護工程及橋涵上部結構安裝之后進行,同時注意結構物兩端對稱填筑施工。臺后回填的壓實質量是影響沉降的一個主要因素。由于臺后回填位于路基與橋臺相銜接這個特殊位置,成為碾壓的一個薄弱環(huán)節(jié),壓路機難以碾壓到位,用大噸位機械振動碾壓,振動力太大,對橋(涵)臺有影響。因此,臺后回填近橋臺處的壓實機械宜選用小型壓實機具,分層厚度要小(宜取1O～15cm)。只要嚴格控制每層填筑厚度及碾壓遍數(shù),即可以達到壓實標準的要求。對于機械碾壓不到位之處,應及時采用人工補充夯實。對每層填筑質量實施檢測,力求壓實度達到96 以上,這對減少工后沉降是極為有利的。

3.3 路面處理

3.3.1 設置橋臺搭板

搭板設置可使柔性路堤產(chǎn)生的較大沉降逐漸過渡至剛性橋臺上,使車輛通過時減少跳躍。橋頭搭板長度設計應根據(jù)路基的容許工后沉降值計算確定,常取3～15m(當超過8ITI長時。宜設計成兩段式或三段式搭板)。當橋頭引道為水泥混凝土路面時,搭板的縱坡可采用與路面設計縱坡平行的方式(稱為平置式搭板);當橋頭引道為瀝青混凝土路面時,則搭板的遠臺端常置于路面面層與基層之間(稱為斜置式搭板)。為預防搭板下沉,也可在搭板上先鋪設一層瀝青混凝土面層,通車后如搭板下沉,視下沉量可在其上再加鋪瀝青混凝土或瀝青砂。

3.3.2 設置變厚式埋板

為避免二次跳車,常在搭板的尾端加設一段淺埋的變厚式埋板,其長度一般取3～5m。對于水泥混凝土路面,也可將與搭板連接處的路面板改為變厚式板。在搭板、埋板或變厚式板的下層,為保證與橋臺連接部位的剛柔層次在水平和垂直方向均能漸次變化,建議采用強度及回彈模量均高于其他路段相對應的路面結構層材料,以提高該部位的整體受荷和抗沖擊能力,有利于減少錯臺幅度,調整不均勻沉陷,改善橋頭跳車或二次跳車現(xiàn)象。

結束語:

軟基路段橋涵施工難度較大,且產(chǎn)生橋頭跳車的原因較多,要解決跳車問題,主管部門要認真對待,從設計著手,精心制定出周密合理的設計方案。監(jiān)理單位、施工單位加強質量意識教育,嚴格照圖施工,嚴格執(zhí)行監(jiān)理工作程序,控制好每道工序,從根本上解決跳車原因。