橋梁沉降段路基路面設(shè)計(jì)研究

張建剛、劉先鐘

（中交長(zhǎng)江咨詢集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

在我國(guó)，隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展，交通事業(yè)的發(fā)展速度也在不斷加快，特別是公路橋梁建設(shè)不斷深入，很多先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用取得了很大突破。在公路橋梁建設(shè)環(huán)節(jié)，因很多因素干擾和影響，造成公路路基沉降問題時(shí)有發(fā)生，極大地威脅著道路交通安全性，也會(huì)阻礙交通事業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。為了提升橋梁工程的路基路面沉降控制水平，必須加強(qiáng)設(shè)計(jì)分析，改善橋梁的通行狀態(tài)，促進(jìn)道路交通水平的提升，進(jìn)而推動(dòng)現(xiàn)代社會(huì)高速發(fā)展。

1 公路橋梁路基發(fā)生沉降的原因

1.1 橋臺(tái)路堤填土的壓實(shí)度不足

橋梁項(xiàng)目與其他的工程類型有著很大的差異，因其較特殊性，應(yīng)對(duì)橋臺(tái)路堤填土狀態(tài)選擇合適的應(yīng)對(duì)措施，避免負(fù)面因素的干擾和影響，保障道路交通的安全性。在填土處理環(huán)節(jié)，因工序較為煩瑣，且受到較多因素的干擾和影響，一旦施工工序出現(xiàn)問題，會(huì)導(dǎo)致壓實(shí)度不合格，極易造成橋梁沉降不均勻的問題，威脅橋梁運(yùn)行的安全性。此外，因車輛荷載而出現(xiàn)的路基變形問題、因自然環(huán)境侵蝕而出現(xiàn)的路基不均勻沉降問題，都會(huì)導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)平整度下降，威脅交通安全。為了保證橋臺(tái)路堤達(dá)到壓實(shí)度要求，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)采用壓實(shí)石灰土靜力學(xué)特性試驗(yàn)，按照10%的比例加入熟石灰進(jìn)行處理，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)最佳含水量為17%時(shí)，最大干密度可達(dá)到1.727g/cm3，石灰土的壓實(shí)度達(dá)到95%。如不能解決橋臺(tái)路堤填土壓實(shí)度不足的問題，將極大地影響橋梁運(yùn)行效果和道路的通行質(zhì)量[1]。

1.2 橋頭沉降段設(shè)計(jì)不合理

在橋梁工程項(xiàng)目的沉降段路基路面設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需從橋梁的實(shí)際情況出發(fā)，組織專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行分析，明確路基路面沉降形成的原因，選擇合適的應(yīng)對(duì)措施。施工過程中，可通過粗粒料來完成路基填充處理，全面提升鋼筋混凝土板的性能，達(dá)到路基的性能標(biāo)準(zhǔn)，從而保證公路橋梁路基滿足工程運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。

目前，公路橋梁路基路面施工中，沉降路段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理的問題較為常見，沉降的問題難以有效預(yù)防和改善，車輛通行時(shí)易發(fā)生跳車問題，威脅駕乘人員的生命安全。

1.3 引橋地基質(zhì)量不合格

分析當(dāng)前我國(guó)橋梁路基路面沉降情況，其中，路面沉降是橋頭發(fā)生沉降問題的主要原因。在橋梁工程設(shè)計(jì)中，路基結(jié)構(gòu)如果設(shè)計(jì)不合理，地基質(zhì)量就不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，而軟土路基處理效果不當(dāng)還容易導(dǎo)致很多問題發(fā)生。如對(duì)軟土性質(zhì)與深度方面判定出現(xiàn)偏差，極易導(dǎo)致軟土地基處理質(zhì)量不合格；受雨水沖刷和侵蝕作用，橋梁路基路面會(huì)發(fā)生沉降不均勻的問題，影響道路通行的質(zhì)量和效果。為了預(yù)防上述問題，應(yīng)進(jìn)一步提升路基路面水平，滿足橋梁通行需要[2]。

2 公路橋梁沉降段路基路面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)探析

2.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

在橋梁沉降段路基路面設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)，需圍繞現(xiàn)場(chǎng)施工情況進(jìn)行分析，全面提高施工水平。施工人員要結(jié)合實(shí)際情況，了解橋梁沉降段路基路面設(shè)計(jì)要點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)，確定最佳的設(shè)計(jì)方案，提高設(shè)計(jì)水平和效果；加強(qiáng)橋梁現(xiàn)場(chǎng)施工管控，提升軟土路基的處理水平，保持結(jié)構(gòu)的密實(shí)度和穩(wěn)定性，提高橋梁工程的質(zhì)量水平，帶動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

此外，在現(xiàn)場(chǎng)施工中還要降低施工強(qiáng)度，消除軟土路基存在的問題，防止路基路面沉降段出現(xiàn)問題，提高橋梁工程的安全性。在現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)節(jié)，施工單位優(yōu)先采用爆破的方式進(jìn)行軟土路基的加固處理。該方式可快速對(duì)軟土路基進(jìn)行處理，但也會(huì)受到外部自然環(huán)境的侵蝕混合影響，長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)會(huì)伴隨產(chǎn)生損壞問題，使得道路沉降問題更加嚴(yán)重，進(jìn)而威脅到橋梁的安全性。因此，在軟土地基的處理中，須從穩(wěn)定、沉降等方面進(jìn)行分析，具體可采取如下處理措施：技術(shù)人員計(jì)算分析沉降量，加強(qiáng)沉降處理措施的應(yīng)用。以分層總和法為依據(jù)，計(jì)算沉降系數(shù)并進(jìn)行修正，一般來說，施工后的沉降標(biāo)準(zhǔn)為橋臺(tái)與路基相鄰部位控制在0.1m 以內(nèi)，涵洞與通道控制在0.2m 以內(nèi)，一般路段則控制在0.3～0.5m。結(jié)合固結(jié)應(yīng)力展開穩(wěn)定性計(jì)算分析，分析影響因素，確保安全性系數(shù)超過1.2，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)性能的標(biāo)準(zhǔn)[3]。

路基加載操作環(huán)節(jié)，要加強(qiáng)路基中心表面沉降速率的控制，如沒有特殊情況，沉降速率應(yīng)控制在10～15mm/d，還要合理計(jì)算分析坡角側(cè)向位移的速度，控制在5mm/d 以內(nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)時(shí)，路基中心表面會(huì)出現(xiàn)沉降方面的問題，應(yīng)確保路基中心表面沉降速度為10mm/d。上述條件達(dá)到要求后，可為后續(xù)路堤填筑施工提供基礎(chǔ)條件。排水固結(jié)作業(yè)范圍內(nèi)，預(yù)壓時(shí)間控制在10～12 個(gè)月，復(fù)合地基時(shí)間在3～6 個(gè)月。如果月沉降速率不超過5mm，該狀態(tài)保持2 個(gè)月，然后進(jìn)行卸載處理。對(duì)管線以及路面等結(jié)構(gòu)部分的施工處理，具體作業(yè)流程如圖1所示。

圖1 軟基施工工藝流程圖

2.2 加強(qiáng)橋梁沉降段路基路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

很多橋梁沉降段路基路面設(shè)計(jì)方案如存在缺陷，投入使用后易發(fā)生路基路面沉降嚴(yán)重的問題，發(fā)生跳車的危害較大，干擾橋梁項(xiàng)目的通行效果，并產(chǎn)生嚴(yán)重的危害和影響。基于此，在開始方案設(shè)計(jì)前，須綜合分析現(xiàn)場(chǎng)具體情況，展開全面考察與分析，了解各個(gè)方面的影響因素，確定合適的設(shè)計(jì)方案。提高橋梁沉降段路基路面的設(shè)計(jì)水平，可以達(dá)到該部位上的承載力與穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)，滿足道路交通行駛安全性的要求。經(jīng)過對(duì)橋梁運(yùn)行情況分析可以確定，沉降問題主要出現(xiàn)在高邊坡填方路基與軟土路基的部位上，以及路橋的連接部位。對(duì)于路橋連接部位來說，其主要施工方式是鋪設(shè)土工格、混凝土搭板等方式進(jìn)行過渡，如果這些施工形式中存在平整度、穩(wěn)定性不合格的情況，極易導(dǎo)致路基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能不達(dá)標(biāo)，最終導(dǎo)致其穩(wěn)定性降低，路基路面會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的沉降問題。因此，在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)還要在搭板內(nèi)加筋處理，并放置在穩(wěn)定的水平面上，以達(dá)到搭板結(jié)構(gòu)性能標(biāo)準(zhǔn)。在路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，選擇最佳的路基處理方式，可促進(jìn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提升，見圖2[4]。

圖2 公路路基結(jié)構(gòu)

除此之外，針對(duì)橋梁沉降段路基路面的運(yùn)行要求，選擇最佳的施工材料。在方案設(shè)計(jì)開始之前，做出合理的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，分析研究地質(zhì)、氣象、水文等條件，分析現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)結(jié)構(gòu)形式，選擇應(yīng)用開挖土石方的施工方式，并合理調(diào)配施工材料，確定最佳材料類型，以確保橋梁沉降段路基路面的穩(wěn)定性合格，路基強(qiáng)度性能合格。在材料選擇過程中，設(shè)計(jì)人員綜合分析材料的穩(wěn)定性、質(zhì)量與性能符合要求，確保填料內(nèi)部不會(huì)因水分蒸發(fā)而產(chǎn)生空隙，提升路面抗沉降效果。此外，要確保填筑材料的含水率符合要求，提升壓實(shí)度，確保結(jié)構(gòu)性能合格，促進(jìn)橋梁沉降段路基路面的總體性能提高。路基路面施工中，極易發(fā)生穩(wěn)定性不足的問題，進(jìn)而產(chǎn)生路基路面的沉降問題，所以應(yīng)使用性能優(yōu)越、填料輕質(zhì)的材料，滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求。因此，應(yīng)確定最佳橋梁沉降段路基路面設(shè)計(jì)方案，選擇性能合格的材料，加強(qiáng)材料質(zhì)量和性能控制，控制沉降量，提高交通通行水平。

2.3 工藝方案合理設(shè)計(jì)

在橋梁沉降段路基路面的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，加強(qiáng)沉降量的控制，按照高標(biāo)準(zhǔn)的要求確定設(shè)計(jì)方案，提升沉降控制水平。在高填方以及軟土路基的施工后，經(jīng)過長(zhǎng)期的使用才會(huì)達(dá)到穩(wěn)定性的要求。因此，在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)要制定合理的施工計(jì)劃，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量管理和控制，更好地提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。此外，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工造價(jià)和成本的控制，落實(shí)施工工期管理，防止存在深挖或者高填方等不良情況。在線路選擇時(shí)，還需確定線路結(jié)構(gòu)的科學(xué)性與合理性，建設(shè)路基的環(huán)節(jié)不宜修筑填土高度超過20m的路基結(jié)構(gòu)。如某高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行沉降量分析，得出的結(jié)論見圖3和圖4。其中，經(jīng)過板樁處理后觀測(cè)點(diǎn)沉降量增大，考慮到部分觀測(cè)點(diǎn)的回彈現(xiàn)象與人為操作儀器誤差可以忽略不計(jì)，說明板樁結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土板自重明顯超過其填筑土體的重量。在后續(xù)的施工環(huán)節(jié)，板樁沉降量逐步減小，可以承載上部土體的荷載，下方地基受力會(huì)減小，最終可以減輕固結(jié)方面的沉降反應(yīng)[5]。

圖3 路基填筑過程無板樁與有板樁路段持續(xù)沉降觀測(cè)曲線

圖4 路基填筑過程試驗(yàn)段持續(xù)沉降觀測(cè)曲線

在橋梁沉降段路基路面設(shè)計(jì)中，軟基處理方案的選擇和控制極為重要，保持經(jīng)濟(jì)性、合理性尤為關(guān)鍵，達(dá)到路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)換填方式容易造成原狀土形態(tài)發(fā)生改變，導(dǎo)致項(xiàng)目成本升高、工期延誤以及工程量增加，還會(huì)引發(fā)很多的質(zhì)量問題。當(dāng)前，對(duì)于橋梁項(xiàng)目的軟基施工來說，強(qiáng)夯樁、粉噴樁、漿噴樁、剛性樁等施工方式比較常見，提高軟基處理效果，可確保橋梁沉降段路基路面的施工質(zhì)量合格，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況做出調(diào)整，選擇最佳的軟基處理方案，提升基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承載性能標(biāo)準(zhǔn)，提高交通安全水平。

2.4 排水設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

在橋梁沉降段路基路面的設(shè)計(jì)與施工中，排水方案的選擇和施工是人們關(guān)注的重點(diǎn)。如一些路面出現(xiàn)積水無法排出的情況，會(huì)造成路表積水嚴(yán)重，威脅道路運(yùn)行的安全性。一旦積水滲入承重層內(nèi)，還會(huì)造成承載性能不合格。高等級(jí)的道路項(xiàng)目對(duì)于質(zhì)量要求較高，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需做好線位的考察和分析，對(duì)容易發(fā)生積水的路段，比如縱向最低點(diǎn)出水口、過水涵洞位置等，以及排水結(jié)構(gòu)物的匯水點(diǎn)等，進(jìn)行全面檢查，確保設(shè)置達(dá)到合理性要求。此外，對(duì)于降雨量比較大的位置應(yīng)使用滲透性或者防水性較高的路基材料，防止路基積水問題的發(fā)生，對(duì)于提升橋梁沉降段路基路面的運(yùn)行水平有積極意義，還能減少沉降的問題發(fā)生率，提升綜合效益。

3 結(jié)語

橋梁沉降段路基路面設(shè)計(jì)中，按照我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，切實(shí)提升橋梁工程的質(zhì)量水平，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。因此，設(shè)計(jì)人員分析現(xiàn)場(chǎng)施工情況，做好全面勘查和分析，確定最佳的橋梁沉降段路基路面設(shè)計(jì)方案，提高設(shè)計(jì)水平，達(dá)到橋梁工程的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，滿足橋梁通行安全性、高效性要求，帶動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。