公路橋頭跳車原因分析與防治措施

王 棟,劉振京

(1.滄州市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,河北 滄州 061001;2.河北工程技術(shù)高等專科學(xué)校,河北 滄州 061001)

橋頭跳車是指橋臺(tái)與臺(tái)后路堤產(chǎn)生不均勻沉降,當(dāng)沉降差超過(guò)某一限定值時(shí),車輛經(jīng)過(guò)該路段時(shí)產(chǎn)生的上下振動(dòng)現(xiàn)象,給司乘人員帶來(lái)不舒適感覺(jué)。隨著我國(guó)公路建設(shè)的迅猛發(fā)展,在公路運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)的橋頭跳車成了一個(gè)比較普遍的病害現(xiàn)象。分析橋頭跳車的成因,重視緩解橋頭不均勻沉降的方法和措施,對(duì)防治和控制橋頭跳車病害有著積極意義。

1 橋頭跳車的成因

由于樁基橋臺(tái)的剛度要比路堤大得多,因此一般樁基橋臺(tái)在竣工后沉降已基本完成,或以后的沉降很小;而高填土路堤的壓縮性大,在車輛荷載的反復(fù)作用下將產(chǎn)生較大壓縮變形。因此兩者的不均勻沉降是產(chǎn)生橋頭跳車的主要原因。

1.1 路基沉降

一般情況下橋臺(tái)構(gòu)筑物先行施工,待一般路基段路基成型后,方對(duì)橋臺(tái)后缺口進(jìn)行填筑施工,由于作業(yè)空間小,壓路機(jī)將無(wú)法到位,填料壓實(shí)效果較差,導(dǎo)致路基壓實(shí)質(zhì)量下降,在車輛荷載的作用下引起該處路基沉降增大。

1.2 地基的沉降

橋涵結(jié)構(gòu)一般位于溝壑地段,與離開(kāi)橋臺(tái)較遠(yuǎn)路段的地基相比,地下水位高,孔隙比、含水率都較大,強(qiáng)度低,壓縮性大,大多屬于軟弱地基;臺(tái)背處路堤的填筑高度高于一般路段 5～10 m,產(chǎn)生的基底壓力也相對(duì)較大,因而臺(tái)背填筑地段的沉降量要大于遠(yuǎn)離橋臺(tái)路段的地基變形,即導(dǎo)致橋路銜接處地基的不均勻沉降。

1.3 雨水作用

路基與臺(tái)背接頭處常常會(huì)產(chǎn)生細(xì)小裂縫,當(dāng)雨水滲入后削弱了路堤土的力學(xué)性質(zhì),使土質(zhì)變軟,導(dǎo)致該處路基沉降增大形成跳車病害。

2 橋頭跳車的防治措施

2.1 地基處理方法

臺(tái)后軟土地基的處理是防治和控制橋頭跳車的重要措施。目前國(guó)內(nèi)常用方法較多,在工程中應(yīng)根據(jù)地基土的性質(zhì),周圍的環(huán)境,經(jīng)濟(jì)等情況綜合考慮來(lái)選擇合理的方法,以提高地基的承載力,減小沉降。

1)深層攪拌法

將水泥漿或水泥粉(稱為固化劑)由攪拌頭注入地基中,使軟土和固化劑強(qiáng)制拌和均勻。固化后成為強(qiáng)度大,壓縮性小的水泥土樁,與樁周土形成復(fù)合地基,從而提高地基承載力及變形模量。根據(jù)施工工藝的不同分為水泥漿攪拌法和粉體噴攪法兩種[1]。從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看,當(dāng)路堤高度不超過(guò) 6 m,且粉噴樁達(dá)到相對(duì)硬層時(shí),處理效果較好,可減少總沉降量的 30%～50%;攪拌樁樁長(zhǎng) 10 m左右比較有效,置換率以 15%～25%最佳。橋臺(tái)處樁長(zhǎng)些,近一般路段處則短些。

2)灰土樁擠密法

用石灰和土按體積比 2∶8或 3∶7拌合均勻,并填入樁孔內(nèi)分層夯實(shí)后形成樁。由于石灰內(nèi)帶正電荷的鈣離子與帶負(fù)電荷的粘土顆粒相互吸附,形成膠體凝聚,并隨灰土齡期的增長(zhǎng),土體固化作用提高,使灰土的強(qiáng)度逐漸增大。在力學(xué)性質(zhì)上可擠密地基,提高地基承載力,減小沉降[1]。一般最佳樁長(zhǎng)為12 m左右,置換率在 15%左右。

3)超載預(yù)壓法

該法的原理是正式修筑工程之前,在軟土地基上先放置大于設(shè)計(jì)路堤的荷載(如堆砂石等材料)進(jìn)行預(yù)壓,使地基先產(chǎn)生大量沉降而壓實(shí),待沉降基本穩(wěn)定后去除超載部分,再開(kāi)始修筑路堤結(jié)構(gòu)。這樣地基的大部分變形在預(yù)壓階段完成,使路堤的工后沉降量減小[1～2]。在實(shí)際工程中預(yù)壓處理地基,地表須鋪設(shè)大于0.4m的砂墊層,并設(shè)置相連的排水盲溝,為了加快預(yù)壓階段地基的固結(jié)變形,常常采用在地基中打入塑料排水板或打砂井,以加快軟土地基的排水固結(jié)。塑料排水板長(zhǎng)一般在 15 m左右為宜,間距適當(dāng)小些。砂井的砂料宜選用中粗砂,含泥量應(yīng)小于3%,砂井的灌砂量按中密實(shí)狀態(tài)的干密度值計(jì)算,實(shí)際灌砂量不得小于計(jì)算值得95%。

4)土工格柵

在橋臺(tái)臺(tái)背填土中放入土工格柵,土粒嵌入網(wǎng)格內(nèi)產(chǎn)生較大摩阻力,使臺(tái)背處局部范圍內(nèi)單位面積上的垂直荷載減小;同時(shí)發(fā)揮土工材料的抗拉強(qiáng)度,提高了土體的抗剪強(qiáng)度,約束了土體的側(cè)向變形,從而提高了地基承載力,有效減小路堤變形,縮小橋頭沉降差[3]。在實(shí)際工程中,土工格柵鋪網(wǎng)長(zhǎng)度應(yīng)大于5 m且不應(yīng)小于0.75倍的橋頭高,鋪層間距以 50cm左右為宜,土工格柵應(yīng)張拉錨固于橋臺(tái)背處,填土的壓實(shí)度以 0.85～0.9比較合適。

2.2 設(shè)計(jì)措施

在橋頭路堤的施工設(shè)計(jì)過(guò)程中若能采用下面一些措施,將對(duì)緩解橋臺(tái)與路堤的不均勻沉降非常有利。

圖1 臺(tái)后排水措施示意圖

1)設(shè)置泄水管或盲溝。臺(tái)后路基填筑之前,在處理后的地基土拱上設(shè)置泄水管或盲溝,如圖 1所示。在橫坡為3%～4%的夯實(shí)粘土拱上挖一條雙向排水地溝(其尺寸一般寬為40～60cm,深為30～50cm),之后橫向滿鋪一層隔水材料作為隔水層,在地溝內(nèi)再鋪設(shè)硬塑料泄水管(d≥10cm,其上有孔徑為5cm小孔),布成梅花形,間距控制在 10cm以內(nèi),其出口應(yīng)伸出路基或橋頭錐坡外。泄水管四周再填筑粒徑較大的透水材料。隔水層上滿鋪一層透水性材料,其上再分層填筑至路基頂面。橫向盲溝的設(shè)置與以上設(shè)置相同,取消泄水管,采用大粒徑碎石材料填筑地溝。用土工布包裹盲溝出口處并對(duì)其作必要處理。

2)設(shè)置過(guò)渡性路面。在處理橋頭不均勻沉降中,有時(shí)采用在橋頭兩端一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)鋪設(shè)過(guò)渡性路面的方法,待路堤沉降基本完成后,再改鋪原設(shè)計(jì)路面。常用的過(guò)渡性路面有預(yù)制水泥混凝土塊、條石鋪砌、半剛性過(guò)渡層、瀝青過(guò)渡層等[3]。

3)設(shè)置搭板和枕梁。搭板的設(shè)置是為了緩解橋頭接坡段路線的縱坡變化,使柔性路堤產(chǎn)生的較大沉降逐漸過(guò)渡到橋臺(tái)地段,避免橋臺(tái)處臺(tái)階的出現(xiàn),以調(diào)節(jié)橋路之間的不均勻沉降。因而在公路建設(shè)中得到了普遍的應(yīng)用,效果較好[3]。工程中枕梁作為搭板的一個(gè)支點(diǎn)是為了平衡(或過(guò)度)搭板兩端的不均勻沉降,由于枕梁下路基受集中應(yīng)力作用,為了防止沉降,該路基應(yīng)作適當(dāng)處理,布置石灰樁或水泥碎石樁;同時(shí)枕梁的截面底部寬度應(yīng)適當(dāng)大些,具體值以使搭板尾端和路基變形一致為控制標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 施工措施

選擇透水性好、內(nèi)摩擦角大的材料(巖渣、碎石等),能夠有效地減少臺(tái)后路基的沉降量。在實(shí)際工程中使用石灰土進(jìn)行臺(tái)后填筑效果較好。透水材料的填筑長(zhǎng)度一般在基底處控制在 2 m以上,與路基銜接處一般放置小于等于1∶1的斜坡,也可用臺(tái)階形式。臺(tái)背填料的壓實(shí)度應(yīng)控制,在路床頂面下 0～80cm內(nèi)大于0.95,80～150cm內(nèi)大于0.93,150cm以下大于0.90,施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格按有關(guān)施工規(guī)范施工,控制每層填筑厚度、碾壓遍數(shù)。以干密度或孔隙率對(duì)每層填筑質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

1)橋頭跳車是由于橋臺(tái)臺(tái)背填土在行車荷載作用下塑性變形的積累和固結(jié)沉降,以及地基自身的壓縮變形引起的,而施工質(zhì)量不夠嚴(yán)格規(guī)范又加劇了跳車現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2)對(duì)橋頭處軟弱地基處理是非常必要的,工程實(shí)際中應(yīng)結(jié)合經(jīng)濟(jì)、安全、工期、土質(zhì)等實(shí)際情況選擇合理的處理措施和施工方法。

3)橋臺(tái)搭板是一種緩和(過(guò)渡)橋臺(tái)與路堤之間沉降差比較有效的措施,其設(shè)計(jì)、配筋計(jì)算、結(jié)構(gòu)及施工有待進(jìn)一步完善。

4)合理規(guī)范的施工是工程質(zhì)量的保證。橋臺(tái)路堤施工中更要注重壓實(shí)度和排水設(shè)置的設(shè)計(jì)。

[1]陳希哲.土力學(xué)與地基基礎(chǔ) [M].北京:清華大學(xué)出版社,2006.

[2]葉書麟,韓杰,葉觀寶.地基處理與托換技術(shù) [M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1995.

[3]程翔云.橋頭跳車防治綜述 [J].公路,1997,(12).

[4]王亦麟.軟土地基橋頭跳車處理探討 [J].公路交通科技,2000,(1).