土工合成材料處理橋頭跳車的技術(shù)研究

李樹兵

(衡水公路工程總公司)

1 概 述

橋頭跳車問題一直是高等級公路中常見的病害,它直接影響行車速度,也影響了行車的舒適與安全。隨著我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展,高等級公路越來越多,橋頭跳車在高等級公路建設(shè)中已經(jīng)成為一個比較突出的問題。

2 橋頭跳車的原因

2.1 土質(zhì)不良引起的地基沉陷

土質(zhì)不良產(chǎn)生沉陷是橋頭跳車的主要原因。橋(涵)通常位于溝壑地方,地下水位較高,此類土天然含水量大于液限,天然孔隙比大,常含有機質(zhì),壓縮性高,抗剪強度低,一旦受到擾動,天然結(jié)構(gòu)易受破壞,強度便顯著降低,橋頭路基填筑高度較大,產(chǎn)生基底應(yīng)力相對較大,在車輛荷載作用下,更容易引起地基沉陷,且變形穩(wěn)定歷時往往持續(xù)數(shù)年乃至更長的時間。即便是在一些穩(wěn)定的地基,在外力荷載作用下,也無可避免出現(xiàn)這個問題。

2.2 臺后填料壓縮沉降

臺后填料在汽車荷載反復(fù)作用下,產(chǎn)生包括塑性和彈性的變形,其中主要是塑性變形。這種不可能恢復(fù)的塑性變形是內(nèi)部土顆粒間的蠕變和側(cè)向變形造成的,相同作用下不同填料的塑性變形量不同,且這種塑性變形在車輛荷載反復(fù)作用下不斷積累,填料塑性變形大的,形成橋頭的沉降差就大,導(dǎo)致橋頭跳車。因臺后填土較高,隨著時間的推移,產(chǎn)生不可避免的沉降。

2.3 結(jié)構(gòu)突變橋臺路面與臺背路面在結(jié)構(gòu)上存在著差異

鋪設(shè)在橋臺臺背路堤上的路面結(jié)構(gòu)為多層路面體系,而鋪設(shè)在橋臺頂?shù)穆访娼Y(jié)構(gòu)為路面面層與剛性橋臺組成的雙層路面體系。在車輛荷載的作用下,鋪設(shè)在橋臺臺背路堤上的路面墊層、基層密實度迅速增加,結(jié)構(gòu)層壓縮,而鋪設(shè)在橋臺頂?shù)穆访嬉蚵访嫦聦佑蓸蚺_組成,沉降可視為零。這樣,不同路面結(jié)構(gòu)層兩側(cè)抗變形能力不同,出現(xiàn)相對沉降,造成跳車。

3 土工合成材料處理橋頭跳車

(1)利用土工合成材料解決橋頭跳車是一種較新的方法。由于土工格柵具有抗拉強度的特點,而無紡針刺類土工布具有排水效果較好的特點。因此,橋接坡處都普遍使用土工布和土工格柵。合理設(shè)置土工合成材料,即可以減少路堤填筑后的地基不均勻沉降,又可以提高地基承載能力,同時也不影響排水。

(2)土工材料的應(yīng)用

①在橋頭路堤中使用土工合成材料(如設(shè)土工格柵加筋層),利用其抗拉強度,通過加筋與土體之間的摩擦作用約束土體的側(cè)向變形,從而達到提高土體承載力和抗剪強度的目的。經(jīng)試驗,證明土工格柵加筋層間距越小,則路堤沉降越小。

②橋梁臺背填筑范圍、底基層以下1.5m深范圍內(nèi)每填兩層加土工網(wǎng)格一層,土工網(wǎng)格需與臺背錨固連接,若為拄式橋臺無法錨固連接時,加筋范圍應(yīng)延伸至錐坡前緣。橋臺搭板的布設(shè)及構(gòu)造物按原施工圖設(shè)計施工,但臺背加筋范圍必須超過搭板末端2m以上。

③路基填高超過 20m時,應(yīng)在 93、95區(qū)范圍內(nèi)每兩層填土加鋪土工網(wǎng)格一層,鋪設(shè)長度順路線方向應(yīng)不小于20m。

④在填挖結(jié)合部時,當(dāng)自然縱向坡度陡于1∶5時,路堤基底應(yīng)挖臺階,臺階寬度不得小于1m,并在 93、95區(qū)每一臺階加鋪土工網(wǎng)格一層,并用鉚釘固定,土工網(wǎng)格保證深入填方區(qū) 4m,當(dāng)縱坡為陡于1∶0.5的黃土路堤無法挖結(jié)合臺階時,可采用土工釘加強結(jié)合。

(3)通常在橋(涵)臺后填土設(shè)計過程中只考慮由于臺后填土的壓實度不夠或該處出現(xiàn)軟土地基等原因而造成的路基下沉的加固設(shè)計,對臺后易產(chǎn)生沉降的路基進行加固,從而提高基層承載能力,減小該處路基的沉降量。而實際上,正常路基在運營后也將產(chǎn)生沉降,而該沉降量由于土的逐漸固結(jié)而逐漸產(chǎn)生,整個過程會延續(xù)好多年。由于橋(涵)臺的承重大,所以在設(shè)計中常采用樁等這些承載能力大的基礎(chǔ),因而其沉降量較小,如將樁打到基巖上,則其沉降量幾乎為零,這樣便造成橋(涵)臺和正常路基產(chǎn)生了較大的差異沉降,所以橋頭加固段也起到了從橋(涵)臺到正常路基的過度作用,因而在設(shè)計加固長度時,需考慮土工合成材料縱向鋪設(shè)的最短長度。

(4)土工合成材料加筋土的作用。

①加筋土抗剪強度的提高使其受剪破壞的荷載增大,相應(yīng)的剪切變形較素土小。

②加筋土在承受荷載時,土體的側(cè)向變形受到加筋的抑制,承載能力隨之提高,趨近于彈性范圍內(nèi)工作。

③加筋材料使土體上的作用荷載較均勻的擴散到整個加筋土層上,單位土體積的受荷減小。

4 結(jié) 語

可以看出,應(yīng)用土工合成材料進行臺背填筑能夠有效降低土體受荷壓縮變形,減少塑性變形積累,在一定程度上起到減小橋頭差異沉降的作用。采用這樣的處理措施可以達到雙重目的：利用錨固的土工網(wǎng)格一端的張拉作用,在臺背局部范圍,分層阻止填料順臺背的沉降;利用土工網(wǎng)格與填料之間良好的界面摩擦作用,改善局部荷載作用下土體內(nèi)部的受力狀態(tài),擴大荷載沿土體深度方向的擴散范圍,從而達到減少外部荷載對土體的壓縮沉降作用,即相當(dāng)于提高土體的抵抗變形的能力,起到剛性橋臺和柔性路堤間過渡結(jié)構(gòu)層的作用。