软土地基高速公路桥头跳车防治

方学哲　张新朝

摘要:本文分析了软土地基桥头跳车产生机理,提出了多种防治措施,供大家参考。

关键词:软土地基;桥头跳车;成因分析;防治技术

1 前言

目前随着我国高等级公路建设的迅猛发展,人们对高速公路的认识亦不断提高,同时对行车舒适性、安全性提出了更高的要求。而在路基施工中普遍存在着桥头跳车现象,不仅影响了行车的舒适性,而且对行车的安全性也有很大危害,特别是软土地基路段。在软土地段桥粱基础一般设计为桩基础,而桥台后路基填筑同一般路基填筑在施工工艺上没有大的区别,如在施工过程中对所采取的技术措施控制不严,将影响工程质量,造成桥头跳车。本文将分析桥头跳车产生机理和治理措施。

2 桥头跳车产生机理

软土地基上的桥头跳车是一个比较复杂的技术问题,通常受许多不确定因素的影响,如软土厚度及其性质、软基处理的效果、路基的填筑高度、台背填料的施工质量、设计参数、计算方式等,其计算沉降量与实际沉降量常常不太相符,有时甚至出入较大。通常可将桥头跳车产生的主要原因概括为以下几个方面。

地基土质不良造成的沉降。土质不良产生沉陷是桥头跳车的最主要原因。桥涵通常位于沟壑地段,地下水位较高,且多为软基,此类土具有天然含水量往往大于液限、天然孔隙比大、常含有机质、压缩性高、渗透系数小、灵敏度高、抗剪强度低等特点,多属于饱和的正常压密软粘土,一旦受到扰动,天然结构易受破坏,强度便显著降低。加上桥头路基填筑高度较大,基底所承受的附加应力相对较大,在车辆荷载作用下,更容易引起地基沉陷,且沉降稳定历时往往持续数年乃至数十年。

台背填料压缩引起路基的沉降。压缩沉降主要取决于填料性质、施工条件及台前台背的防护排水工程的设置等情况。为了减少台背自身的工后沉降,一般采用多孔隙的渗透性填料,但由于桥台附近地方狭窄,施工时压实机具不能紧靠台背,填料颗粒间孔隙无法完全消除;或填料质量差,达不到设计要求和规范标准等,在公路自重及车辆的垂直与振动荷载作用下,填料会不可避免地产生压缩沉降,造成跳车。

刚柔突变引起的沉陷跳车。刚性不同的路面在跳车处所产生的振动效果不同,柔性材料对能量的吸收要比刚性材料的大。由于桥梁通常是支撑在岩层上的刚性结构,具有较大的整体刚度,而与结构物桥台相连的道路相对属于柔性体,具有刚性较小柔性较大的特性,属弹塑性体。显然,道路与结构物桥台之间存在着较大的刚度差,这个刚度差的存在必然引起道路与结构物桥台之间产生较大的塑性变形差异及较大的刚度突变,加重了桥头跳车的振动效果。

3 桥头跳车防治技术

3.1 地基处理

处理好桥头软弱地基,是控制跳车的关键。目前对桥头软弱地基处理,国内已有加固土桩法、料粒桩(含振冲碎石桩)法、竖向排水体预压法、堆载预压法、真空联合堆载预压法、沉管桩法和浅层处治法等措施。下面介绍几种行之有效的常用方法。

3.1.1 深层搅拌加固法

该法属加固土桩类型,主要适用于软弱粘性土。深层搅拌法是20世纪60年代由日本和瑞典分别开发的软土加固新技术,一般借助于压缩空气,采用专门深层搅拌机械设备,从不断回转的中心轴端向四周被搅松的土中喷出浆体或粉体固化剂(如水泥等),经叶片搅拌,并吸收周围水分,在加固的深层软土中进行一系列物理和化学反应,使软土硬结成具有整体性和一定强度的优质复合地基,从而提高软土地基承载力,减少沉降量(特别是工后沉降),缩短固结期,提高地基稳定性。其主要施工工艺程序为:整平原地面一钻机定位一钻杆下沉钻进一上提喷粉(或喷浆)、强制搅拌一复拌一提杆出孔一钻机移位。施工过程中路基填土速率不受限制,且无振动、无污染,对周围环境及建筑物无不良影响,其最大优点是工后沉降小,但造价较高。

3.1.2 砂桩加固法

该法属料粒桩类型,适用于松砂地基、雜填土或软土,对地基土起置换作用、竖向排水作用和挤密作用,在20世纪30年代起源于欧洲。其主要施工工艺程序为:整平原地面一机具定位一桩管沉入一加料压密一拔管一机具移位。为加速地基固结,减少后期沉降,一般配合堆载预压或超载预压施工,使地基强度显著提高,同时改善地基的整体稳定性。砂桩堆载预压法在深汕高速公路、汕头海湾大桥北引道等高速公路都有应用,其造价在深层搅拌法与堆载预压法之间。

3.1.3 塑料排水板加堆载预压法

该法属竖向排水体预压类型,主要适用于透水性低的软弱粘性土。塑料排水板是由芯体和滤套组成的复合体,或是由单一材料制成的多孔管道板带,自1983年在天津塘沽新港施工试验成功以来,在全国各地的高速公路软基处理中都得以广泛推广和应用。其主要施工工艺程序为:整平原地面一摊铺下层砂垫层一机具就位一插入塑料排水板一穿靴一插入套管一拔出套管一割断塑料排水板一机具移位一摊铺上层砂垫层。为加速排水固结,减少后期沉降,一般都配合堆载预压或超载预压施工,使地基土的有效应力增大,抗剪强度、承载力及稳定性都得以提高。其特点是施工简便快捷,造价低,但固结时间长,有少量工后沉降。如工期充分,仍是一种较为理想的软土地基处理方法。

3.2 路基处理

填料与方式。一是台后宜选用摩擦角大、强度高、易压实、透水性好的填料,如宕渣、砂砾等。同时,选用内摩擦角较大的填料,也有利于从台背缝隙中渗入的雨水沿盲沟或泄水管顺利排到路基外,大大减缓雨水的危害,而且也有利于改善压实性能,使路基容易达到设计要求的密实度。填料的铺筑一般在基底处沿路堤纵向长度距桥台背不小于桥头搭板长度(一般为6 m),与路基相接处按不大于1:1的坡率设置台阶,回填高度视路堤高度而定,一般取2～4m。二是在路基上部约50cm高度范围内设置水泥稳定粒料改善层,以提高路堤体的刚度。稳定层结构一般是沿路堤纵向距桥台台背约10m长,用掺加4～6%水泥的水泥稳定粒料进行改善,与路基相衔接处采用1:1坡率设置斜坡。2种处理方式均能达到减少竖向变形和刚柔突变的成效,如果2种方式同时选用,则效果更佳。

回填及压实。为减少桥涵两端路堤的工后沉降,使桥涵两端路堤与桥台结构物的相对沉降尽量小一些,可以采用预压方式让路基排水固结,待路堤沉降基本完成以后再开挖涵洞或桥台位置土方,然后再施工桥涵。台后路基填筑前,宜在处理后的地基顶面设置横向泄水管或盲沟。台后回填应在完成台前防护工程及桥涵上部结构安装之后进行,同时注意结构物两端对称填筑施工。台后回填的压实质量是影响沉降的一个主要因素。由于台后回填位于路基与桥台相衔接这个特殊位置,成为碾压的一个薄弱环节,压路机难以碾压到位,用大吨位机械振动碾压,振动力太大,对桥(涵)台有影响。因此,台后回填近桥台处的压实机械宜选用小型压实机具,分层厚度要小(宜取1O～15cm)。只要严格控制每层填筑厚度及碾压遍数,即可以达到压实标准的要求。对于机械碾压不到位之处,应及时采用人工补充夯实。对每层填筑质量实施检测,力求压实度达到96 以上,这对减少工后沉降是极为有利的。

3.3 路面处理

3.3.1 设置桥台搭板

搭板设置可使柔性路堤产生的较大沉降逐渐过渡至刚性桥台上,使车辆通过时减少跳跃。桥头搭板长度设计应根据路基的容许工后沉降值计算确定,常取3～15m(当超过8ITI长时。宜设计成两段式或三段式搭板)。当桥头引道为水泥混凝土路面时,搭板的纵坡可采用与路面设计纵坡平行的方式(称为平置式搭板);当桥头引道为沥青混凝土路面时,则搭板的远台端常置于路面面层与基层之间(称为斜置式搭板)。为预防搭板下沉,也可在搭板上先铺设一层沥青混凝土面层,通车后如搭板下沉,视下沉量可在其上再加铺沥青混凝土或沥青砂。

3.3.2 设置变厚式埋板

为避免二次跳车,常在搭板的尾端加设一段浅埋的变厚式埋板,其长度一般取3～5m。对于水泥混凝土路面,也可将与搭板连接处的路面板改为变厚式板。在搭板、埋板或变厚式板的下层,为保证与桥台连接部位的刚柔层次在水平和垂直方向均能渐次变化,建议采用强度及回弹模量均高于其他路段相对应的路面结构层材料,以提高该部位的整体受荷和抗冲击能力,有利于减少错台幅度,调整不均匀沉陷,改善桥头跳车或二次跳车现象。

结束语:

软基路段桥涵施工难度较大,且产生桥头跳车的原因较多,要解决跳车问题,主管部门要认真对待,从设计着手,精心制定出周密合理的设计方案。监理单位、施工单位加强质量意识教育,严格照图施工,严格执行监理工作程序,控制好每道工序,从根本上解决跳车原因。