高速公路路基與橋涵過渡段的施工技術(shù)探討

海晟平

(中鐵建貴州建設(shè)有限公司，貴州 貴陽 550081)

1 工程概述

紫望高速公路為貴州省紫云至望漠的高速公路，主線全長(zhǎng)73.936 km，打易互通各匝道和打易連接線也包含在該項(xiàng)目工程內(nèi)，長(zhǎng)度分別為2.32 km、8.934 km。該高速公路主線為雙向四車道標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)行車車速為80 km/h，全長(zhǎng)均為分離式路基，路基寬度為2×12.25 m；橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為-I級(jí)。打易互通匝道設(shè)單匝道路基寬度和雙車道路路基寬度分別為9.5、12.0 m，設(shè)計(jì)行車速度40 km/h。土質(zhì)挖方邊坡高度以及巖質(zhì)挖方邊坡高度均超過了20 m和30 m，均可視為高邊坡。

2 公路路基與橋涵過渡段施工的重要性

路基和橋涵過渡段的施工質(zhì)量與公路完成建設(shè)后的通行安全和質(zhì)量之間有著十分緊密的聯(lián)系，同時(shí)過渡段的施工質(zhì)量也直接影響著公路橋梁的耐久性。路基結(jié)構(gòu)和橋臺(tái)結(jié)構(gòu)之間的沉降差異如果過大，可能導(dǎo)致公路路面產(chǎn)生一定的凹凸不平現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)臺(tái)階，導(dǎo)致縱向坡度發(fā)生顯著的變化，車輛經(jīng)過時(shí)就會(huì)導(dǎo)致跳車。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生對(duì)于行車車速的控制十分不利，同時(shí)也是最為主要的交通安全隱患之一。另外，如果路橋過渡段的施工質(zhì)量監(jiān)管不夠到位，會(huì)導(dǎo)致后續(xù)的維護(hù)成本增加，為了避免橋頭跳車現(xiàn)象的產(chǎn)生，必須采取有效措施對(duì)過渡段進(jìn)行處理，進(jìn)一步提高過渡段的平穩(wěn)性。

3 高速公路路基與橋涵過渡段施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 路基填筑

1)路基基礎(chǔ)處理。在處理高速公路路基的過程中，需要做好全面的現(xiàn)場(chǎng)勘查工作，根據(jù)具體的水文地質(zhì)情況采取最合理的處理措施，進(jìn)一步提高地基的穩(wěn)定性和安全性，同時(shí)需要做好路堤基底的壓實(shí)工作。在實(shí)際施工過程中，如果路堤地面坡度超過1∶5時(shí)，應(yīng)開挖地面成為寬度超過1 m的臺(tái)階，然后繼續(xù)施工。

2)填料的選擇。選擇性能較高的填筑材料進(jìn)行填筑施工，進(jìn)一步保證填筑和壓實(shí)質(zhì)量[1]。嚴(yán)格按照國(guó)家的要求選擇填料，保證填料的密實(shí)度和含水量均符合具體的施工要求。在具體施工時(shí)需要控制填料的最大粒徑，必須保證填料的最大粒徑不能超過層厚的2/3，并且嚴(yán)格控制強(qiáng)度超過15 MPa。

3)試驗(yàn)段施工。選擇科學(xué)的試驗(yàn)段位置開展填筑試驗(yàn)，保證試驗(yàn)路段的各項(xiàng)條件更具代表性。完成施工試驗(yàn)后，需要根據(jù)試驗(yàn)路段的施工材料、施工設(shè)備以及各項(xiàng)施工參數(shù)開展正式的公路施工。

3.2 施工工藝流程

路基與橋涵過渡段施工工藝流程如圖1所示。

圖1 路基與橋涵過渡段施工工藝流程

4 路基橋涵過渡段施工

4.1 搭板施工

在開展橋涵過渡段施工的過程中，當(dāng)前的施工工藝主要有兩個(gè)弊端：橋頭跳車和路基沉降，為了提高路面和橋臺(tái)施工質(zhì)量，在實(shí)際施工過程中，施工技術(shù)人員必須根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況選擇最合理的施工技術(shù)，其中搭板技術(shù)最為常用，該技術(shù)的具體情況如圖2所示。搭板技術(shù)的工作原理是：假如橋臺(tái)和路面之間的距離為D，那么只有盡可能地縮小D值，才能最大程度地避免路基沉降和橋頭跳車現(xiàn)象的發(fā)生。

圖2 搭板技術(shù)(單位：cm)

和其他搭板技術(shù)施工方法相比，預(yù)留方向坡度施工方法最具優(yōu)勢(shì)，在應(yīng)用其施工的過程中，應(yīng)該根據(jù)路橋沉降的坡度數(shù)據(jù)確定橋涵過渡段參數(shù)，再根據(jù)具體的施工情況調(diào)整路面和橋頭之間的坡度。另外，需要根據(jù)搭板的承重力分析路面受橋頭作用力的影響。經(jīng)過實(shí)踐分析發(fā)現(xiàn)，搭板的應(yīng)力和搭板的使用壽命之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

所以，在實(shí)際施工過程中，應(yīng)預(yù)估路面和橋頭的作用力，以此為基礎(chǔ)，合理地處理搭板應(yīng)力，旨在提升搭板的使用壽命。同時(shí)，施工人員必須重視搭板長(zhǎng)度以及路堤高度的控制，考慮路基壓實(shí)度和橋頭沉降之間的差異。其中，搭板的長(zhǎng)度不僅會(huì)影響路橋完成建設(shè)后投入使用的使用壽命，而且會(huì)影響整個(gè)過渡段的施工質(zhì)量?？梢哉f，雙段搭板技術(shù)的應(yīng)用可以極大程度地避免高速公路路基沉降和橋頭跳車現(xiàn)象的發(fā)生。

4.2 臺(tái)背排水技術(shù)

在對(duì)橋涵過渡段進(jìn)行處理的過程中，為了提高公路路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，必須做好過渡段排水系統(tǒng)的有效處理，最大程度地降低錯(cuò)臺(tái)和跳車現(xiàn)象的發(fā)生[2]。施工技術(shù)人員需要綜合考慮當(dāng)?shù)貙?shí)際的降雨和滲水情況以及臺(tái)背填料的類型，以此選擇和確定最為合理的排水方式，防止雨水滲入到路基，從而導(dǎo)致橋臺(tái)路基發(fā)生損害，需合理設(shè)置盲溝和泄水管。在開展路基填筑施工的過程中，需合理控制填筑的坡度，通常來說應(yīng)將其控制在3%左右。

另外，為了更加有效地排除地下水，需要在地基土拱的上方設(shè)置地溝。為了更好地使填料干燥，將具有一定隔水功能的蓋油氈鋪放在臺(tái)背的后面。施工人員需將塑料管鋪設(shè)在地溝的四周，通常選擇的塑料管規(guī)格為：直徑d≥10 mm、孔直徑a=5 mm，鋪設(shè)塑料管的過程中注意按照梅花形鋪設(shè)，嚴(yán)格控制塑料管道的間隔距離，控制在10 cm為最佳。為了避免地下水滲入地下導(dǎo)致地基結(jié)構(gòu)受到破壞，施工人員需要在橋臺(tái)的背面設(shè)置防水涂層。在開展回填施工的過程中，如果已經(jīng)發(fā)生了較大程度的滲水，而且回填范圍較大，為了避免地基結(jié)構(gòu)受到破壞，應(yīng)在回填區(qū)底部設(shè)置橫向水平滲水溝，為了保證排水效果，相鄰滲水溝之間的距離一般控制在1～2 cm，保證排水管直徑處于10～15 cm。

5 橋頭搭板常見病害特征及處理方法

5.1 病害特征

1)路基與橋臺(tái)間出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)。在進(jìn)行橋臺(tái)臺(tái)背填土?xí)r，由于出現(xiàn)不均勻沉降致使其后基整體或局部下降，造成路基與橋臺(tái)間產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)的情況。

2)搭板斷裂。在設(shè)置橋臺(tái)搭板時(shí)，如果路基局部出現(xiàn)一定程度的不均勻沉降，就會(huì)導(dǎo)致搭板局部出現(xiàn)底部脫空的情況。而如果此時(shí)所設(shè)置的搭板厚度不足，無法更好地承受荷載，將會(huì)導(dǎo)致搭板斷裂。

3)路堤與搭板出現(xiàn)相對(duì)縱坡。在設(shè)置橋頭搭板時(shí)，如果橋臺(tái)搭板長(zhǎng)度較短、臺(tái)背填土沉降過大，那么路堤與搭板之間就會(huì)形成比較明顯的相對(duì)縱坡，而其銜接處理也會(huì)出現(xiàn)相對(duì)轉(zhuǎn)角，當(dāng)車輛行駛至此處時(shí)會(huì)讓人出現(xiàn)類似橋頭跳車的感覺。

4)搭板末端出現(xiàn)沉降差異的情況。由于橋頭過渡段存在著較為明顯的橋頭跳車情況，一般在對(duì)其設(shè)計(jì)、施工的過程中都會(huì)采取相應(yīng)的措施，但假如只是對(duì)其搭板進(jìn)行設(shè)置，而并未對(duì)搭板外的路基進(jìn)行壓實(shí)及處理，那么在一段實(shí)踐運(yùn)營(yíng)之后，該位置同樣會(huì)出現(xiàn)新的跳車問題。

5.2 處理方法

5.2.1 沉降的漸變過渡

1)橋頭搭板設(shè)置。此方法主要是對(duì)路堤與過渡橋臺(tái)間的縱向差異沉降進(jìn)行控制，讓其變化的坡度控制在相應(yīng)的范圍之內(nèi)。利用錨筋將橋臺(tái)與搭板相連，并控制其厚度在0.25 m以上，長(zhǎng)度>0.5 m。為了降低二次跳車的情況出現(xiàn)，需在搭板尾部設(shè)置相應(yīng)的淺埋變厚式埋板。

2)柔性橋臺(tái)設(shè)置。為了控制橋臺(tái)及路堤的剛度差，并且保證橋臺(tái)自身剛度不受影響，讓其過渡段的荷載壓縮變形沉降及土體固結(jié)得到均勻的過渡，以實(shí)現(xiàn)降低過渡路面縱向坡度，避免橋頭跳車，可以設(shè)置相應(yīng)的柔性橋臺(tái)，但其并不能滿足所有的橋梁結(jié)構(gòu)形式，并且在施工時(shí)難度較大。

3)漸變樁設(shè)置。在利用擠密樁完成地基加固的過程中，可以采用漸變樁設(shè)置的方式處理，其目的是通過縱向的沉降實(shí)現(xiàn)漸變。橋臺(tái)的過渡段上，可以在路基至橋臺(tái)的方向上利用減小間距、增加樁長(zhǎng)等形式過渡其剛度，讓小搭板兩邊的沉降問題得到控制，避免沉降過度。

5.2.2 降低地基沉降

1)輕質(zhì)填料的應(yīng)用。粉煤灰有著透水性好、強(qiáng)度高、壓縮性小、自重輕等優(yōu)勢(shì)，在路堤填筑時(shí)采用粉煤灰能讓橋頭路堤沉降得到降低[3]。在對(duì)粉煤灰進(jìn)行壓實(shí)處理之后，通常會(huì)呈現(xiàn)出無塑性的情況，必須保證其有一定的含水量才能實(shí)現(xiàn)壓實(shí)成型；粉煤灰有著較大的毛細(xì)水作用，如果在內(nèi)部滲流、雨水等作用下容易出現(xiàn)流失的情況，必須配合相應(yīng)的工藝條件，才能讓其強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)所需。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)可以加入適量的水泥、石灰，以降低不利影響。泡沫聚苯乙烯(EPS)是輕質(zhì)填料中重量較輕的材料之一，其容重大概在0.3 kN/m3，是一般填土的1%～2%。此材料還有著變形模量較大、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。將EPS材料優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮出來，能降低汽車荷載、路堤等對(duì)地基產(chǎn)生的附加應(yīng)力，讓橋臺(tái)臺(tái)背及地基沉降差異得到降低，減少橋臺(tái)側(cè)壓力。

2)對(duì)橋頭軟弱地基進(jìn)行針對(duì)性的處理。導(dǎo)致橋臺(tái)與路堤出現(xiàn)沉降差問題最重要的原因是橋頭軟基受到荷載作用，然后出現(xiàn)較大的工后沉降情況。目前對(duì)軟基進(jìn)行處理主要有復(fù)合地基加固、排水固結(jié)、拋石擠淤、換土墊層法等。對(duì)軟基淺層處理時(shí)一般會(huì)選擇拋石擠淤及換土墊層的方式，而其處理深度通常不高于3 m。而在處理有機(jī)黏土、飽和軟黏土地基時(shí)通常會(huì)采用排水固結(jié)法，其包含了真空堆載預(yù)壓、超載預(yù)壓、塑料排水板、袋裝砂井等方式。復(fù)合地基加固法的原理是將軟土地基局部范圍的某一深度、某一直徑內(nèi)的軟土用固化材料予以改良、加固，而加固樁的方式包含了噴樁、水泥攪拌樁、砂樁、碎石樁等。橋頭過渡段由于體系較為復(fù)雜，所以在治理時(shí)必須遵循“綜合治理”的原則，根據(jù)施工過程中的實(shí)際情況，通過減小過渡沉降、提高地基及路基剛度等措施降低橋頭跳車情況出現(xiàn)的概率。

6 結(jié)束語

在開展高速公路施工建設(shè)的過程中，路基和橋涵過渡段的施工是重點(diǎn)，只有保證和提高路基和橋涵路段的施工質(zhì)量，才能進(jìn)一步提升整個(gè)高速公路項(xiàng)目的施工質(zhì)量。相關(guān)部門應(yīng)該建立和完善相應(yīng)的法律法規(guī)，進(jìn)一步加強(qiáng)路基和橋涵施工的監(jiān)管工作，施工技術(shù)人員應(yīng)該積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)，提高自身專業(yè)技能水平，為保證國(guó)內(nèi)交通安全貢獻(xiàn)力量。

[ID:009585]