道路与桥梁过渡段不均匀沉降原因及改进措施

赵献福

摘要:桥台和台后路基填土由于结构、地基等方面的原因,会产生不均匀沉降。如果不采取有效措施控制过渡段的不均匀沉降,就会导致路面突变,从而影响行车速度,甚至造成交通事故。因此,如何控制路桥过渡段的不均匀沉降,保证车辆安全、平稳和舒适的运行,是目前亟待解决的问题。本文从不均匀现绛原因入手,重点阐述有效控制措施。

关键词:道路与桥梁;过渡段不均匀沉降;控制措施

随着我国公路建设事业的日益发展,人们对公路使用品质的要求越来越高,公路的安全性、舒适性将凸显其重要性。但路桥过渡段不均匀沉降,即桥头跳车现象已经成为公路最常见的质量缺陷之一,不仅加速了桥梁、路面和车辆的损坏,严重时还将导致车辆失控,诱发交通事故,严重影响了公路的安全性与舒适性。因此路桥过渡段的不均匀沉降已经越来越引起公路建设、设计、监理、施工等方面的重视。

1 不均匀沉降成因分析

桥头跳车的根本原因是桥台与邻接路段的沉降差异超过一定的界限值,致使车辆在通过桥梁时产生颠簸、不稳,甚至会影响行车安全。

1.1 土基

桥梁所在位置一般地下水位较高,地基土质天然含水量大、空隙率大、抗剪强度低,在车辆荷载的长期作用下极易引起沉陷。

1.2 台背填料

台背应选择透水性好的材料作为填料,而透水性材料空隙率大,施工中很难控制其压实度,在道路自重垂直荷载及车辆振动荷载的长期作用下很容易产生路基沉降。

1.3 刚度差异

道路是柔性(刚性)路面与柔性路基的组合,而桥梁是刚性结构物,由于桥梁结构刚度比道路的刚度大得多,经过车辆荷载长时间的作用,桥跨结构变形很小且基础以下部分不会产生明显变形,而作为路基填料的土基部分在自身重力和外部荷载的作用下,会产生弹性变形和永久变形。

1.4 设计

由于主客观原因造成的地质钻探布控过少或钻探深度不足,未能准确探明软基范围和深度,造成软基处治的理论计算与选用的计算参数与实际情况不符,导致软基处治设计未能达到规范要求,而且大多数桥梁的桥头搭板未作专项设计进行控制。

1.5 施工

在道路桥梁施工中,由道路与桥梁的施工顺序造成了桥涵两端留下一个填土较多、施工面窄、工期短暂的作业段,施工条件极差。

(1)当缺乏适宜的压实机具时,压实度很难达到规范要求;当分层压实厚度过大时,压实度检测不能准确反映实际情况,而且无法发现内部空洞。

(2)当施工单位抢进度时,不能按照规范要求施工作业,台背回填松铺厚度控制不严,台背排水防护设置不完善,给路基沉陷留下质量隐患。

2路桥不均匀沉降的控制措施

2.1规范的合理控制

交通部《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》中明确规定了路桥连接处最大容许工后沉降为10cm,且要求连续2-3个月观测的沉降量每月不超过6mm,才能进行路面施工。通过多年的施工实践,发现当施工期紧张时不可能连续观测2-3个月沉降量,因此建议将路桥连接处最大允许沉降控制在5cm以内。

2.2GRS桥台设计

所谓GRS(geosynthetical-reinforced soil),就是土工合成加筋土,以下简称GRS。GRS桥台结构把桩基础的刚性结构变为土工合成加筋土的柔性结构,与桩基础的桥台结构相比,有着比较明显的优势。

GRS桥台比较容易施工,而且也比较经济;GRS桥台能消除由路桥过渡段不均匀沉降引起的桥头碰撞问题。由于GRS桥台中基底表面铺设了GRS层,其GRS层构成了桥基础下的缓冲器,减小了由上层结构转移到基础上的应力。更重要的是,GRS桥台和过渡段路基将以同样的速度下沉,会减小过渡段的不均匀沉降)通过在路桥过渡段填料中铺设加筋材料,可以增强路基强度,提高路基刚度,显著减少路基本体的变形。国外对GRS桥台的研究比较早,也取得了相当的成就,并已经在公路上应用。由美国科罗拉多州交通部在Founders/Meadows附近建了一个6m高的GRS桥台,投入运营后,桥台的性能让人非常满意,其最大的表面位移为10mm,在运营荷载下,桥台基础的沉降大约是14mm。

2.3长短逐渐过渡的深层搅拌桩

路基沉降主要是由路堤本体和地基沉降组成。对于饱和软粘土地基上的路桥过渡段,由于地基比较软弱,承载力不足,受力后会产生变形,这部分变形对路桥过渡段不均匀沉降的贡献是比较大的。因而对于软粘土地基必须采取加固措施。在工程上,常用的加固措施有换填法、抛石挤淤法、砂垫层法、加筋垫层法、砂井排水、塑料排水板排水固结法、预压法以及桩土复合地基法。工程上复合地基常用的桩的类型有石灰桩、水泥搅拌桩、粉喷桩、旋喷桩、砂桩和碎石桩。桩土复合地基在路桥过渡段中的应用也比较广泛。文献中介绍了在路桥过渡段中应用桩基或是桩基与土工织物来减小过渡段的不均匀沉降。文中主要介绍长短过渡的水泥搅拌桩在路桥过渡段不均匀沉降控制中的应用。深层搅拌桩法就是用于加固饱和软粘土地基的一种比较新的地基加固方法。其加固机理是:利用水泥、石灰等材料作为加固剂,通过特制的深层搅拌机械边钻进边往软土中喷射浆液或雾状粉体,在地基深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌,使喷入软土中的固化剂与软土充分拌和在一起,由固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学作用,形成抗压强度比天然土强度高得多,并且具有整体性、水稳定性的水泥加固土桩柱体。

长短逐渐过渡的深层水泥搅拌桩的优点是:

(1)成桩效率高,成本低、施工占地面积小,施工现场的周围环境不会受到污染,并且在施工过程中无振动、无噪音。与其他桩基相比,是一种比较经济有效的治理桥头过渡段软粘土地基的方法,可以有效控制工后沉降,减少路桥过渡段的不均匀沉降。

(2)可以提高路堤斜坡的稳定性。

(3)可以加速施工,有效缩短固结时间,减少差异沉降。它的缺点是,与砂井和塑料板排水相比造价要高一些。

2.4EPS轻型材料填筑法

挪威国家道路研究室经过20余年的试验研究和10余年的使用实践,在解决桥涵台背填土问题上,采用一些轻质填料,如EPS(聚苯乙烯泡沫塑料)、人工气泡混凝土(泡沫水泥砂浆)、轻型废弃物、粉煤灰、中空构造物等。

EPS轻型材料的优点是:

(1)与普通填土材料相比,属超轻质材料,用作软基上路堤填料可显著减少地基沉降和工后沉降。

(2)EPS在自然条件下具有物理化学稳定性,因而在路基工程中使用具有一定的耐久性。

(3)与大多数土工技术相比,例如加筋土结构,EPS填料是比较经济的一种填料。

(4)EPS材料不含破坏臭氧层的物质。

(5)EPS材料做成不同的密度,并且EPS材料的工程性质包括压缩变形,都与EPS的密度有关。

在过渡段填料中使用EPS材料,可以显著减小桥台背填料自身的压缩变形,并减小地基的竖向荷载以及台后填土对桥台结构的水平压力,减小填土对地基变形的影响。还可以与地基处理综合运用,降低地基处理费用,减小地基处理的范围和缩短施工工期。

3结语

路基与桥台的连接是不同性质构筑物的连接,路桥过渡段又是在设计及施工中容易被忽视的部位,也是出现病害最多的部位。现在人们越来越认识到了过渡段质量的重要性,因此,从设计到施工,采取多种措施,如对过渡段进行单独设计、单独施工以达到减少或消除过渡段的不均匀沉降对线路行车影响的目的相信以后修建的高速公路一定会更快捷、更舒适。