崔革,黃海松,明道軒,張海生
(江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司,江蘇南京210017)
在道路工程建設(shè)中,軟土地區(qū)橋臺(tái)與路堤的差異沉降一直是困擾工程界的技術(shù)難題。目前國(guó)內(nèi)提出了眾多解決橋頭跳車的理論及技術(shù)途徑[1]~[2],盡管各種方法在一定的條件下能取得一定效果,但仍未出現(xiàn)能夠徹底清除橋臺(tái)與路堤差異沉降的工程技術(shù)措施。
為此,筆者建立在凌晨[3]、高燕希[4]等國(guó)內(nèi)學(xué)者關(guān)于EPS材料性能研究及結(jié)構(gòu)分析的理論基礎(chǔ)上,以及該材料在公路工程建設(shè)中大量應(yīng)用[5]~[7]的實(shí)踐基礎(chǔ)上,結(jié)合溫州境內(nèi)某市政道路工程的自身特點(diǎn),提出了在軟土地基上控制橋臺(tái)后沉降的處理方法——采用EPS材料聯(lián)合鋼筋混凝土懸臂式擋土墻,以期為在軟土地區(qū)的類似工程的設(shè)計(jì)與施工提供一定的參考價(jià)值。
本次市政工程位于溫州市生態(tài)園一個(gè)重要組成部分——三垟濕地。道路全長(zhǎng)3 568 m,為城市次干路,道路紅線寬度為16 m。途經(jīng)園底村、后垟村、灣河村、沙河村、丹東村,貫穿整個(gè)三垟鄉(xiāng)。道路沿線地形平坦、地貌單一,且多為柑橘地、河流,局部有建筑物,現(xiàn)場(chǎng)地坪標(biāo)高約為3.30~3.80 m。
工程場(chǎng)地范圍內(nèi),地層由人工填土層、硬殼層粘土、第四系全新濱海相軟土、湖相沉積粘性土、河流相沖砂土、碎石土及坡積土、風(fēng)化基巖組成,自上而下分述如下:①雜填土(層厚0.30~1.30 m):雜色,不均勻,欠固結(jié),松散,稍密。主要由碎塊石、粘性土等組成,局部伴有生活垃圾;②粘土(層厚0.40~1.60 m):灰黃、灰褐色,可~軟塑,含少量鐵錳質(zhì)氧化斑點(diǎn)及腐植物碎屑,表部約0.3 m為灰黑色耕植土;③-1淤泥(層厚10.50~15.70 m):青灰色,土層均勻,含少量腐植質(zhì)、粉砂,局部粉砂呈薄夾層狀產(chǎn)出,流塑,高壓縮性,高靈敏度;③-2淤泥(層厚6.40~16.30 m):青灰色,土層較均勻,含少量腐植質(zhì)、粉砂,局部夾少量粉砂,強(qiáng)度較上層稍好,局部下部過(guò)度為淤泥質(zhì)粘土,流塑,高壓縮性,高靈敏度;③-3淤泥質(zhì)粘土(層厚3.20~25.10 m):灰色,土層較均勻,含少量腐植質(zhì)、粉砂,具鱗片狀構(gòu)造,層底標(biāo)高-26.18~-52.81 m;④粘土(層厚1.50~7.60 m):淺灰褐、灰黃色,可塑,含少量腐植質(zhì)、粉砂,層底標(biāo)高-28.40~-40.50 m。
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)探勘,并結(jié)合工程場(chǎng)區(qū)內(nèi)的巖土工程(詳勘)地質(zhì)勘查報(bào)告,本場(chǎng)址處于溫州典型的軟土地區(qū),工程地質(zhì)條件較差(具有高含水量、高孔隙比、高壓縮性、抗剪強(qiáng)度低等特性),其部分物理力學(xué)參數(shù)詳見(jiàn)表1。
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根據(jù)城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范要求[8],本場(chǎng)址的土基回彈模量難以達(dá)到20 MPa,采取相應(yīng)的處理措施勢(shì)在必行。否則,在運(yùn)營(yíng)期橋臺(tái)與路堤勢(shì)必將產(chǎn)生較大的差異沉降,且工后基準(zhǔn)期內(nèi)過(guò)大的不均勻沉降也必將影響道路結(jié)構(gòu)物的正常使用(病害如橋臺(tái)位移、橋頭跳車等)。
眾所周知,在軟土地區(qū)橋臺(tái)與路堤差異沉降控制的好壞是防止橋頭跳車成敗的關(guān)鍵。橋梁基礎(chǔ)幾乎均采用樁基,工后沉降比較小;相反路堤往往產(chǎn)生較大的沉降,因此路堤沉降與橋臺(tái)沉降差異程度,直接導(dǎo)致橋臺(tái)跳車現(xiàn)象嚴(yán)重性,進(jìn)而影響道路行車時(shí)使用的舒適性。
路堤沉降的原因不外乎兩方面:其一,在路堤自重應(yīng)力和行車荷載聯(lián)合作用下對(duì)軟土地基頂面產(chǎn)生附加應(yīng)力,隨著土層水的消散,從而產(chǎn)生過(guò)量的沉降變形;其二,路堤自重和行車荷載共同作用下對(duì)路堤自身的壓縮沉降變形??梢?jiàn),僅解決軟土地基過(guò)量的沉降變形,而不考慮路堤自身的壓縮沉降變形,是無(wú)法徹底消除橋頭跳車現(xiàn)象的。
本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體指導(dǎo)理念是:將EPS塊體作為填料疊置在地基上不增加或少增加附加應(yīng)力,從而避免地基產(chǎn)生沉陷或側(cè)向流動(dòng)。
首先,在開(kāi)挖部分原狀土的面上鋪設(shè)一定厚度的砂墊層,然后,在EPS塊體之間和EPS塊體頂面設(shè)置混凝土板,起壓重作用、抵抗地下水對(duì)EPS的浮力,同時(shí)還可使上面荷載得以分散,減小EPS塊體的應(yīng)力,最終起到減少路面沉降的作用。
該工程具有其自身的特殊性。除工期短、用地緊張外,還有場(chǎng)址位于作為溫州市生態(tài)園境內(nèi)重要組成部分的三垟濕地里。三垟濕地一直擁有溫州城區(qū)“天然肺”之稱的美譽(yù),為當(dāng)?shù)丨h(huán)境起到了不可替代的重要作用,社會(huì)效益顯著。因此,本工程處理措施的選擇需要綜合考慮土地資源、環(huán)境污染、物理力學(xué)性能、施工工期等多重因素。
基于以上分析,同時(shí)借鑒眾多EPS材料公路工程的應(yīng)用實(shí)例,本工程包括18個(gè)橋臺(tái),橋臺(tái)過(guò)渡帶臺(tái)后均采用EPS環(huán)境友好材料[9]結(jié)合鋼筋混凝土懸臂式擋土墻進(jìn)行處理。
均采用EPS輕質(zhì)路堤結(jié)合鋼筋混凝土懸臂式擋土墻。具體措施是:挖除部分原狀土,夯實(shí)手?jǐn)[片石25 cm,設(shè)置10 cm C10混凝土找平,再設(shè)置10 cm砂墊層,然后采用EPS超輕質(zhì)填料換填處理。在路堤頂面設(shè)置10 cm C30鋼筋混凝土板塊,板塊上設(shè)置30 cm墊層至道路基層下。詳見(jiàn)圖1。
圖1 橋后路基處理橫斷面圖
此外,橋臺(tái)后搭板根據(jù)橋梁圖紙布置,EPS為漸變階梯型鋪設(shè),其基底坡度根據(jù)道路縱坡設(shè)置,換填高度詳見(jiàn)圖2。
EPS:標(biāo)準(zhǔn)容重應(yīng)為30 kg/m3,抗壓強(qiáng)度大于200 kPa。對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)EPS塊體應(yīng)盡量在廠家按設(shè)計(jì)要求尺寸預(yù)先切割;砂墊層:有機(jī)質(zhì)含量不大于1%,含泥量不大于3%,粒徑控制在0~5 mm?,F(xiàn)澆鋼筋混凝土板:C30鋼筋混凝土板配筋為直徑6 mm,間距150 mm×150 mm。
圖2 橋后路基處理縱斷面圖
因EPS塊體重量輕,宜采用人工鋪設(shè),對(duì)與構(gòu)筑物接觸部位應(yīng)在工地現(xiàn)場(chǎng)采用電熱絲切割。塊體鋪設(shè)時(shí)應(yīng)錯(cuò)縫設(shè)置,塊體間的高差和縫隙一般小于10 mm和20 mm,當(dāng)大于誤差時(shí)應(yīng)采用低等級(jí)或無(wú)收縮的水泥砂漿調(diào)平。EPS塊體間用金屬聯(lián)結(jié)件固定,塊體層間采用雙面爪型聯(lián)結(jié)件,頂面與側(cè)面采用單面抓型聯(lián)結(jié)件,金屬聯(lián)結(jié)件應(yīng)采用鍍鋅防腐。EPS填料高度大于等于2 m時(shí),增設(shè)一層鋼筋混凝土板。鋼筋混凝土板橫縫間距為10 m,縫寬為3 cm,采用瀝青杉木嵌縫。
通過(guò)本次EPS輕質(zhì)路堤結(jié)合鋼筋混凝土懸臂式擋土墻在城市道路橋臺(tái)軟基處理實(shí)踐證明,該處理措施可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)越性(施工速度快、施工質(zhì)量易控制、環(huán)保等),不僅減少征地、租地難的問(wèn)題,同時(shí)極好地保護(hù)了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境,而且也大大地減少橋臺(tái)與路堤的差異沉降,解決由此引起的橋頭跳車問(wèn)題。于此同時(shí),EPS也很大程度上減小橋臺(tái)背后的側(cè)向壓力,有利于橋臺(tái)的穩(wěn)定。
雖然EPS方案較其它處理方案(如水泥攪拌樁、預(yù)壓處理等)外,目前原材料成本相對(duì)較高,但該處理措施已達(dá)到預(yù)期的工程效果,運(yùn)行狀態(tài)良好。對(duì)于本文中所述的工程實(shí)例,其他處理方法無(wú)法采用。因此,采用這種處理法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值的特點(diǎn)。
[1]JTJ017-96公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范[S]
[2]周國(guó)均,呂同慶,白日昇.地基處理手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1988
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[4]高燕希,張軍,張起森.軟弱地基橋臺(tái)臺(tái)背填筑EPS的結(jié)構(gòu)分析[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),2003,16(3):27-30
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