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摘要:加强过渡段结构施工各个环节的控制,从客观上制定一套科学的管理程序,保证每道工序的工程质量和工作质量,就能防止或减少路桥过渡段的不均匀沉降,从而减轻甚至避免公路桥头跳车现象,提高公路使用性能和使用寿命。
关键词:路桥软基路施工
1 路桥过渡段软基路基不均匀沉降的原因分析
1.1 桥头引道软土地基处治不标准 通过公路调查结果表明,软基路段由于地基沉降引起的桥头跳车现象主要是施工图设计时,地质钻探布孔过少,钻探深度不够,未能及时发现软基存在,或者未能准确探明软基范围和深度以及软土的物理力学性质等等,导致桥头路堤软土地基处治遗漏,或采取的处治方法不恰当。此外,采用的软基处治理论计算方法和选用的计算参数与软基实际情况存在一定差距,导致软基处治设计未能达到预期效果和技术要求。另外,雨水侵蚀造成路堤填土流失和强度降低,也是造成路桥过渡段路堤沉降的主要原因。
1.2 桥台台背路堤压实度不标准 公路建设中几乎所有桥梁、通道和明涵等都要求台背填土处治。然而,台背填土压实度受施工的用料、顺序、机械、经验和施工作业面等工程管理因素的影响,普遍存在台背填土压实度未能满足设计要求的现象,这是路桥过渡段路基路面产生不均匀沉降的基本原因之一。此外,在公路营运过程中,路基路面在车辆荷载以及自然因素的长期作用下,会形成土基塑性变形的积累,导致路桥间的差异沉降,从而影响公路路面的平顺程度。
1.3 桥头引道过渡段结构设计不周密 桥头引道路基工程中,常用的过渡段工程处治措施有粗粒料填筑法、钢筋混凝土过渡板(即搭板)和加筋土法等。这些处理措施的主要目的是通过提高路基的整体强度,从而降低路桥间的刚度变化以及沉降差异,以减少路桥间的不平顺,从而防治或避免桥头跳车现象。从公路工程建设可知,桥头引道过渡段常采用搭板结构。然而,设置搭板以后的桥头跳车现象仍然严重,桥头搭板断板现象较为普遍。
2 路桥过渡段的结构设计
2.1 路桥过渡段的变形控制 从路桥过渡段的路基路面工程实践分析可知,路桥过渡段的变形控制必须解决两个问题:即严格控制过渡段内路基的工后沉降量;将路桥交界处的错落式沉降变成连续的斜坡式沉降。
2.2合理设置缓和过渡段 由于不同的结构型式,从桥台刚度大的混凝土结构逐步过渡到柔性的填土路基结构和沥青混凝土路面结构,其强度不一致。因此,软土地基处治时,各段不同强度之间需设置强度过渡段。同样地面上的路堤亦需要设置强度过渡段。世界银行贷款项目要求在刚性桥台和柔性路堤之间设置50m的强度渐变段,使用不同的级配填料,确保路堤强度过渡。如果设置50m渐变段有困难,建议渐变段长度不得小于30m。如果桥头引道不存在软土地基,若路桥过渡段的差异沉降控制标准为5cm,沉降坡差按0.4%控制,则强度渐变段长度应大于13m。
2.3路桥过渡段的地基条件与路基条件 在桥头引道路堤填筑过程中,采用土工合成材料加筋路堤并不能提高地基承载力,也不能有效阻止地基沉降。只有当地基具有足够的承载力,在路堤填土自重荷载与车辆荷载的联合作用下不致破坏而产生较大的沉降时,土工合成材料的加筋才会产生明显效果。因此,公路路桥过渡段的地基条件应保证路基的工后沉降≤10cm,沉降差小于5cm,沉降坡差≤0.4%的控制标准,路基条件应满足规范要求。
2.4 路桥过渡段的结构型式
2.4.1桥台台背路堤加铺土工格栅 在路桥过渡段路基施工设计中,必须采用土工格栅技术。当土工格栅与土一起承受车辆荷载和土体自身荷载的同时,土工格栅能使土体的抗剪强度得到充分发挥,约束土体的侧向变形,控制路基填土的侧向位移,增强路基的整体稳定性,从而增大了路基的变形模量;由于土工格栅与路基填土的摩擦作用,使上部荷载可以在路基中重新分配,降低了桥台台背局部范围土中的垂直应力,使路基土体承载力得到提高,从而减少沉降;由于水平摊铺的土工格栅具有弹性,在车辆荷载的反复作用下,会减少或不会产生变形的累积。由于在路桥过渡段铺设土工格栅具有明显的工程效果,因此在路桥过渡段高填方路堤可采用桥台台背回填加铺土工格栅的结构型式。土工格栅的设置间距和长度应满足规范要求,通过计算确定。
2.4.2 合理确定搭板长度和搭板强度 到目前为止,搭板的设计未有统一模式,一般按照下述原则确定其长度:①路面设计使用年限内,由于道路下沉引起路面纵坡变化,要求搭板随路堤沉降后倾角在1/200至1/300范围内变化;②搭板的长度能跨越桥台台背难以压实的土体,或跨越按计划在台背预留的土方缺口长度;③根据搭板的受力状态,用弹性地基或简支梁计算搭板长度。根据规范要求,按上述方法计算的搭板长度为30～20m。可参考此计算方法,结合工程具体情况,合理确定搭板长度。搭板强度的设计,应根据搭板与台背填土可能脱空的最不利状态处理,同时考虑搭板节段的划分以及枕梁位置对搭板强度的设计影响。
控制路基工后沉降和路桥间差异沉降。
3 路桥过渡段软基路基路面的施工研究
3.1 桥台软基的处治施工 从公路工程施工分析可知,水泥粉喷桩复合地基加固软土效果明显,施工工期短,但工程造价高;超载预压可利用施工荷载作为软基预压荷载,方便施工,工期长,剩余沉降量大;塑料排水板法加固工期较超载法短,较粉喷桩法长。此外,还有强夯法和爆破法等软土地基处治方法。各种方法的机理及适应性各有特点,施工过程中要根据当地工程实际情况加以选择采用。为了保证软基排水固结的施工质量,消除软基路堤不均匀沉降的现象,必须尽可能地提前软土地基路段的施工时间,尤其是桥台地段的施工时间,争取更长的预压时间,以减少软基路堤工后沉降;根据软土的地质条件、土层性质和路堤填筑高度,一般路堤采用袋装砂井或塑料排水板处理,其间距在邻近桥头路段附近应加密;在桥台处设置搅拌桩过渡段,并在搅拌桩过渡段末端与袋装砂井或塑料排水板加密区交接处设置土工织物砂垫层,以协调变形。
3.2 路桥过渡段的施工组织 在桥台结构完成后,尽快安排过渡段路堤与一般填土路堤的施工,并使用具有同等压实度能量的压实机械将过渡段路堤与一般路堤的碾压面按大致相同的高度进行填筑碾压。在路堤与桥台连接部位,路堤与锥坡预压填土应同步填筑与碾压,使用大型机械碾压困难时可改用小型振动压实机械进行充分压实。此外,对一些路基工后沉降可能大的工点,如深层软土地基和桥头高路堤,除了采用一切必要的地基处治措施外,必须优先安排施工,进行静置预压直至符合规范要求为止。
3.3 路桥过渡段路堤填料的选择 实施路桥过渡段路堤填筑之前,要有目的地选择施工路段的填料,采用各种土壤作对比试验。其试验项目包括:土壤的液限和塑限联合测定,实施筛分和击实试验;各种土壤在相同压实机具下达到同等压实度时的压实遍数与松铺厚度的关系。从试验结果中,比较各种土壤的技术指标,从中选出最适宜的土壤作为过渡段路堤的填料。填料的选择原则应选用干容重较大的砂类土或渗水性较好的材料。这样的材料具有良好的级配水稳定性和压实特性。当采用非渗水性土时,应在土中增加外掺剂,如石灰、水泥等。严禁使用淤泥、沼泽土以及含草皮、树根、生活垃圾、杂物和含水量过大的土作为填料。
4 结束语
路桥工程实践证明,在桥头引道处,刚性桥台和柔性路堤之间的强度渐变段易产生不均匀沉降,出现桥头跳车现象,成为公路工程建设的一个重要而又突出的问题。但是,根据工程地质条件,做好路桥过渡段地基处治,设计恰当结构,加强过渡段结构施工各个环节的控制,从客观上制定一套科学的管理程序,保证每道工序的工程质量和工作质量,就能防止或减少路桥过渡段的不均匀沉降,从而减轻甚至避免公路桥头跳车现象,提高公路使用性能和使用寿命。从而提高交通营运舒适性,安全性以及可靠性。
关键词:路桥软基路施工
1 路桥过渡段软基路基不均匀沉降的原因分析
1.1 桥头引道软土地基处治不标准 通过公路调查结果表明,软基路段由于地基沉降引起的桥头跳车现象主要是施工图设计时,地质钻探布孔过少,钻探深度不够,未能及时发现软基存在,或者未能准确探明软基范围和深度以及软土的物理力学性质等等,导致桥头路堤软土地基处治遗漏,或采取的处治方法不恰当。此外,采用的软基处治理论计算方法和选用的计算参数与软基实际情况存在一定差距,导致软基处治设计未能达到预期效果和技术要求。另外,雨水侵蚀造成路堤填土流失和强度降低,也是造成路桥过渡段路堤沉降的主要原因。
1.2 桥台台背路堤压实度不标准 公路建设中几乎所有桥梁、通道和明涵等都要求台背填土处治。然而,台背填土压实度受施工的用料、顺序、机械、经验和施工作业面等工程管理因素的影响,普遍存在台背填土压实度未能满足设计要求的现象,这是路桥过渡段路基路面产生不均匀沉降的基本原因之一。此外,在公路营运过程中,路基路面在车辆荷载以及自然因素的长期作用下,会形成土基塑性变形的积累,导致路桥间的差异沉降,从而影响公路路面的平顺程度。
1.3 桥头引道过渡段结构设计不周密 桥头引道路基工程中,常用的过渡段工程处治措施有粗粒料填筑法、钢筋混凝土过渡板(即搭板)和加筋土法等。这些处理措施的主要目的是通过提高路基的整体强度,从而降低路桥间的刚度变化以及沉降差异,以减少路桥间的不平顺,从而防治或避免桥头跳车现象。从公路工程建设可知,桥头引道过渡段常采用搭板结构。然而,设置搭板以后的桥头跳车现象仍然严重,桥头搭板断板现象较为普遍。
2 路桥过渡段的结构设计
2.1 路桥过渡段的变形控制 从路桥过渡段的路基路面工程实践分析可知,路桥过渡段的变形控制必须解决两个问题:即严格控制过渡段内路基的工后沉降量;将路桥交界处的错落式沉降变成连续的斜坡式沉降。
2.2合理设置缓和过渡段 由于不同的结构型式,从桥台刚度大的混凝土结构逐步过渡到柔性的填土路基结构和沥青混凝土路面结构,其强度不一致。因此,软土地基处治时,各段不同强度之间需设置强度过渡段。同样地面上的路堤亦需要设置强度过渡段。世界银行贷款项目要求在刚性桥台和柔性路堤之间设置50m的强度渐变段,使用不同的级配填料,确保路堤强度过渡。如果设置50m渐变段有困难,建议渐变段长度不得小于30m。如果桥头引道不存在软土地基,若路桥过渡段的差异沉降控制标准为5cm,沉降坡差按0.4%控制,则强度渐变段长度应大于13m。
2.3路桥过渡段的地基条件与路基条件 在桥头引道路堤填筑过程中,采用土工合成材料加筋路堤并不能提高地基承载力,也不能有效阻止地基沉降。只有当地基具有足够的承载力,在路堤填土自重荷载与车辆荷载的联合作用下不致破坏而产生较大的沉降时,土工合成材料的加筋才会产生明显效果。因此,公路路桥过渡段的地基条件应保证路基的工后沉降≤10cm,沉降差小于5cm,沉降坡差≤0.4%的控制标准,路基条件应满足规范要求。
2.4 路桥过渡段的结构型式
2.4.1桥台台背路堤加铺土工格栅 在路桥过渡段路基施工设计中,必须采用土工格栅技术。当土工格栅与土一起承受车辆荷载和土体自身荷载的同时,土工格栅能使土体的抗剪强度得到充分发挥,约束土体的侧向变形,控制路基填土的侧向位移,增强路基的整体稳定性,从而增大了路基的变形模量;由于土工格栅与路基填土的摩擦作用,使上部荷载可以在路基中重新分配,降低了桥台台背局部范围土中的垂直应力,使路基土体承载力得到提高,从而减少沉降;由于水平摊铺的土工格栅具有弹性,在车辆荷载的反复作用下,会减少或不会产生变形的累积。由于在路桥过渡段铺设土工格栅具有明显的工程效果,因此在路桥过渡段高填方路堤可采用桥台台背回填加铺土工格栅的结构型式。土工格栅的设置间距和长度应满足规范要求,通过计算确定。
2.4.2 合理确定搭板长度和搭板强度 到目前为止,搭板的设计未有统一模式,一般按照下述原则确定其长度:①路面设计使用年限内,由于道路下沉引起路面纵坡变化,要求搭板随路堤沉降后倾角在1/200至1/300范围内变化;②搭板的长度能跨越桥台台背难以压实的土体,或跨越按计划在台背预留的土方缺口长度;③根据搭板的受力状态,用弹性地基或简支梁计算搭板长度。根据规范要求,按上述方法计算的搭板长度为30～20m。可参考此计算方法,结合工程具体情况,合理确定搭板长度。搭板强度的设计,应根据搭板与台背填土可能脱空的最不利状态处理,同时考虑搭板节段的划分以及枕梁位置对搭板强度的设计影响。
控制路基工后沉降和路桥间差异沉降。
3 路桥过渡段软基路基路面的施工研究
3.1 桥台软基的处治施工 从公路工程施工分析可知,水泥粉喷桩复合地基加固软土效果明显,施工工期短,但工程造价高;超载预压可利用施工荷载作为软基预压荷载,方便施工,工期长,剩余沉降量大;塑料排水板法加固工期较超载法短,较粉喷桩法长。此外,还有强夯法和爆破法等软土地基处治方法。各种方法的机理及适应性各有特点,施工过程中要根据当地工程实际情况加以选择采用。为了保证软基排水固结的施工质量,消除软基路堤不均匀沉降的现象,必须尽可能地提前软土地基路段的施工时间,尤其是桥台地段的施工时间,争取更长的预压时间,以减少软基路堤工后沉降;根据软土的地质条件、土层性质和路堤填筑高度,一般路堤采用袋装砂井或塑料排水板处理,其间距在邻近桥头路段附近应加密;在桥台处设置搅拌桩过渡段,并在搅拌桩过渡段末端与袋装砂井或塑料排水板加密区交接处设置土工织物砂垫层,以协调变形。
3.2 路桥过渡段的施工组织 在桥台结构完成后,尽快安排过渡段路堤与一般填土路堤的施工,并使用具有同等压实度能量的压实机械将过渡段路堤与一般路堤的碾压面按大致相同的高度进行填筑碾压。在路堤与桥台连接部位,路堤与锥坡预压填土应同步填筑与碾压,使用大型机械碾压困难时可改用小型振动压实机械进行充分压实。此外,对一些路基工后沉降可能大的工点,如深层软土地基和桥头高路堤,除了采用一切必要的地基处治措施外,必须优先安排施工,进行静置预压直至符合规范要求为止。
3.3 路桥过渡段路堤填料的选择 实施路桥过渡段路堤填筑之前,要有目的地选择施工路段的填料,采用各种土壤作对比试验。其试验项目包括:土壤的液限和塑限联合测定,实施筛分和击实试验;各种土壤在相同压实机具下达到同等压实度时的压实遍数与松铺厚度的关系。从试验结果中,比较各种土壤的技术指标,从中选出最适宜的土壤作为过渡段路堤的填料。填料的选择原则应选用干容重较大的砂类土或渗水性较好的材料。这样的材料具有良好的级配水稳定性和压实特性。当采用非渗水性土时,应在土中增加外掺剂,如石灰、水泥等。严禁使用淤泥、沼泽土以及含草皮、树根、生活垃圾、杂物和含水量过大的土作为填料。
4 结束语
路桥工程实践证明,在桥头引道处,刚性桥台和柔性路堤之间的强度渐变段易产生不均匀沉降,出现桥头跳车现象,成为公路工程建设的一个重要而又突出的问题。但是,根据工程地质条件,做好路桥过渡段地基处治,设计恰当结构,加强过渡段结构施工各个环节的控制,从客观上制定一套科学的管理程序,保证每道工序的工程质量和工作质量,就能防止或减少路桥过渡段的不均匀沉降,从而减轻甚至避免公路桥头跳车现象,提高公路使用性能和使用寿命。从而提高交通营运舒适性,安全性以及可靠性。