高速公路橋涵臺(tái)背回填施工工藝與差異沉降分析

摘 要：公路是區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，由于靈活性使其在交通運(yùn)輸中發(fā)揮了重要作用。高速公路“八大”通病之一的橋頭跳車(chē)，主要是由于構(gòu)造物與臺(tái)背路堤差異沉降所引起的，如何減輕或者消除橋頭跳車(chē)，己成為高速公路建設(shè)中必須解決的課題。而處理差異沉降的手段主要有：處理臺(tái)背地基、使用性質(zhì)好的回填材料及采用更恰當(dāng)?shù)氖┕すに嚒?/p>

關(guān)鍵詞：高速公路；臺(tái)背回填；橋頭跳車(chē)；差異沉降；施工工藝

引言

公路建設(shè)是國(guó)家基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)中最主要的一部分，公路交通事業(yè)的迅速發(fā)展，為持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)注入了強(qiáng)大的活力，而橋梁、通涵等結(jié)構(gòu)形式成為一條高速公路建設(shè)中的主旋律。

臺(tái)背不均勻沉降主要是由回填不利造成的，而不均勻沉降會(huì)導(dǎo)致道路壽命與舒適性的降低。其產(chǎn)生的危害有：嚴(yán)重破壞回填區(qū)路面；橋頭與搭板連接處路面出現(xiàn)車(chē)轍與開(kāi)裂；搭板上覆路面面層產(chǎn)生車(chē)轍；路基與搭板末端交界處路面產(chǎn)生差異沉降與橫向裂縫；回填區(qū)末端路面產(chǎn)生橫向開(kāi)裂；涵頂上覆路面下沉；橋頭跳車(chē)等病害。

文章結(jié)合京石高速公路改擴(kuò)建工程對(duì)高速公路橋涵臺(tái)背差異沉降和回填施工工藝進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討。

1 臺(tái)背差異沉降產(chǎn)生原因

引起臺(tái)背差異沉降的主要原因是地基基礎(chǔ)在路面、路基的恒載與汽車(chē)動(dòng)載的作用下引起的地基下沉。其次，在長(zhǎng)期車(chē)輛荷載作用下及路基填土自重的共同作用下，路基產(chǎn)生壓縮下沉；在車(chē)輛荷載的作用下，路面結(jié)構(gòu)層密實(shí)度增加、厚度減薄而產(chǎn)生的下沉，都是引起臺(tái)背差異沉降的重要原因。此外，界面剛?cè)嵬蛔儺a(chǎn)生的沉陷、設(shè)計(jì)不合理、施工質(zhì)量控制不足等因素也是產(chǎn)生橋頭跳車(chē)部分原因。

2 臺(tái)背回填施工工藝

臺(tái)背回填質(zhì)量控制的關(guān)鍵在于路基填筑、界面控制和臺(tái)背填料的壓實(shí)度三方面。

2.1 臺(tái)背回填施工應(yīng)遵循的原則

2.1.1 臺(tái)背回填壓實(shí)度要求

京石高速公路改擴(kuò)建工程臺(tái)背回填采用分層填筑，每層填筑壓實(shí)厚度應(yīng)不大于15cm。壓實(shí)度應(yīng)控制為97%，在每層填料壓實(shí)完成后，都應(yīng)遵循規(guī)范要求的頻率進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)，只有檢測(cè)合格后才能進(jìn)行下一層的施工?；靥钍┕ぶ埃瑧?yīng)人工將臺(tái)背基坑中的松土清除干凈，已填筑的路基進(jìn)行挖臺(tái)階處理，底部距基礎(chǔ)外緣3m，與新填路基銜接處按1：1.5的比例放坡開(kāi)挖臺(tái)階，臺(tái)階寬度1.5m，高1m。[1]

2.1.2 臺(tái)背回填所用填料要求

京石高速公路改擴(kuò)建工程臺(tái)背回填，施工設(shè)計(jì)圖紙所采用的回填材料主要有兩種：即石灰土和液態(tài)粉煤灰。

石灰土的優(yōu)點(diǎn)有水穩(wěn)性好、回彈模量大，是防治流水掏蝕臺(tái)后填料的有效措施；液態(tài)粉煤灰具有自重輕、壓縮性小、密實(shí)性好的特點(diǎn)，可以大大降低臺(tái)背填料的附加應(yīng)力，從而減少路基與橋臺(tái)的不均勻沉降，降低橋頭跳車(chē)的產(chǎn)生[2]。液態(tài)粉煤灰應(yīng)采用拌和站集中拌和，以減小其對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染。

2.1.3 臺(tái)背回填施工要求

（1）臺(tái)背回填應(yīng)與錐坡填土同步進(jìn)行。

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，當(dāng)結(jié)構(gòu)物已完成且路基土方未填筑或填筑進(jìn)度較慢時(shí)，采用7%石灰土與路基同步填筑；當(dāng)路基填筑較快或已完成，結(jié)構(gòu)物施工較慢時(shí)，采用液態(tài)粉煤灰填筑。嚴(yán)禁使用砂礫或山皮土作為填料進(jìn)行填筑。

（3）臺(tái)背回填時(shí)，臺(tái)（涵）身水泥砂漿的強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%以上，在施工過(guò)程中應(yīng)采取完善的保障措施，以確保結(jié)構(gòu)物基底不被水浸泡。

（4）臺(tái)背回填施工應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖紙的尺寸要求，根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)本項(xiàng)目分U型橋臺(tái)、肋式、扶壁式橋臺(tái)、暗板涵、明板涵、箱涵、管涵，施工時(shí)認(rèn)真審核圖紙，按橋頭路基處理設(shè)計(jì)圖進(jìn)行施工。

（5）臺(tái)背回填的順序應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)圖紙要求，若圖紙未進(jìn)行具體要求則應(yīng)確保：對(duì)于梁式橋應(yīng)在梁板安裝以后，再兩側(cè)對(duì)稱(chēng)的進(jìn)行輕型橋臺(tái)的填土；對(duì)于有支撐梁的輕型橋臺(tái)，必須在支撐梁澆筑或安裝完畢之后才能進(jìn)行回填；對(duì)于整體式箱涵應(yīng)在兩側(cè)對(duì)稱(chēng)進(jìn)行回填；柱（肋板）式橋臺(tái)宜先完成臺(tái)背回填，再進(jìn)行蓋梁澆筑，可充分發(fā)揮機(jī)械作用，做到臺(tái)背回填不沉降，其回填應(yīng)兩側(cè)對(duì)稱(chēng)、平行進(jìn)行，回填施工的順序應(yīng)確保構(gòu)件不產(chǎn)生附加水平推力[3]。對(duì)于已完成蓋梁澆筑的橋臺(tái)，若填至蓋梁下方，由于凈空較小導(dǎo)致小型機(jī)械不能作業(yè)時(shí)，可用M7.5砂漿漿砌片石，分層鋪砌蓋梁底。

3 臺(tái)背回填數(shù)值計(jì)算模型的建立

對(duì)于暗涵臺(tái)背回填土而言，沉降變形在填土的豎向總變形中占具了絕大部分。路面下部2m范圍之內(nèi)是交通荷載的主要影響范圍。數(shù)值模擬過(guò)程中，由于上部結(jié)構(gòu)層和車(chē)輛荷載對(duì)橋臺(tái)及臺(tái)后填土的影響很小，臺(tái)后土體主要考慮承受的荷載影響有土體的自重應(yīng)力與上部路面結(jié)構(gòu)層及車(chē)輛荷載的影響。

模型參數(shù)為混凝土容重24.0KN/m3，彈性模量25GPa，泊松比0.17；填筑粘土容重17.1KN/m3，彈性模量23MPa，泊松比0.35，粘聚力87KPa，內(nèi)摩擦角23.8°[4]。

通過(guò)豎向沉降分布圖可以看出能夠得到：填料產(chǎn)生最大的沉降值為4.217mm，出現(xiàn)在距離涵洞約5m外的區(qū)域，由于回填邊界呈倒梯形，故沉降在回填體內(nèi)部呈凹形分布。填土部分分布為壓應(yīng)力，而由于剛性——柔性面之間的相互作用，在涵臺(tái)墻背的兩側(cè)分布著一定的拉應(yīng)力。

圖1 豎向沉降分布圖

試驗(yàn)段沉降觀測(cè)與數(shù)值模擬趨勢(shì)一致，但也存在一些差異，主要是由于在實(shí)際工程施工中，填料壓實(shí)度不可能完全達(dá)到100%。而在模擬計(jì)算中，參數(shù)代入時(shí)考慮的是填料完全壓實(shí)的情況，而且數(shù)值模擬未考慮產(chǎn)生在地基中的沉降，而實(shí)際施工中地基肯定存在著一定沉降。因此，觀測(cè)得到的沉降值大于數(shù)值模擬的沉降值是合理的。

4 結(jié)束語(yǔ)

作為工程質(zhì)量通病的橋頭跳車(chē)，雖然暫時(shí)還無(wú)法徹底消除，但只要不斷改進(jìn)臺(tái)背回填的施工工藝，加強(qiáng)施工質(zhì)量監(jiān)控，就能大大提高臺(tái)背填土的質(zhì)量，減少病害的產(chǎn)生和危害。

液態(tài)粉煤灰和石灰土作為兩種臺(tái)背回填材料，能夠有效的控制沉降，提高高速公路臺(tái)背回填質(zhì)量，降低填料不均勻沉降，在工程應(yīng)用方面具有較好的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)交通部.公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JTGB01-2003）[S].人民交通出版社，2004.

[2]徐培華，王安玲.公路工程混合料配合比設(shè)計(jì)與試驗(yàn)技術(shù)手冊(cè)[M].人民交通出版社，2001.

[3]龔軍平.高速鐵路路基改良土工程性質(zhì)試驗(yàn)及施工技術(shù)研究[D].西南交通大學(xué)碩士論文，2006.

[4]馮蕾.橋臺(tái)背回填受力及變形性能的有限元分析[D].內(nèi)蒙古工業(yè)碩士論文，2005.