土工合成材料处理桥头跳车的技术研究

李树兵

(衡水公路工程总公司)

1 概 述

桥头跳车问题一直是高等级公路中常见的病害,它直接影响行车速度,也影响了行车的舒适与安全。随着我国国民经济的迅速发展,高等级公路越来越多,桥头跳车在高等级公路建设中已经成为一个比较突出的问题。

2 桥头跳车的原因

2.1 土质不良引起的地基沉陷

土质不良产生沉陷是桥头跳车的主要原因。桥(涵)通常位于沟壑地方,地下水位较高,此类土天然含水量大于液限,天然孔隙比大,常含有机质,压缩性高,抗剪强度低,一旦受到扰动,天然结构易受破坏,强度便显著降低,桥头路基填筑高度较大,产生基底应力相对较大,在车辆荷载作用下,更容易引起地基沉陷,且变形稳定历时往往持续数年乃至更长的时间。即便是在一些稳定的地基,在外力荷载作用下,也无可避免出现这个问题。

2.2 台后填料压缩沉降

台后填料在汽车荷载反复作用下,产生包括塑性和弹性的变形,其中主要是塑性变形。这种不可能恢复的塑性变形是内部土颗粒间的蠕变和侧向变形造成的,相同作用下不同填料的塑性变形量不同,且这种塑性变形在车辆荷载反复作用下不断积累,填料塑性变形大的,形成桥头的沉降差就大,导致桥头跳车。因台后填土较高,随着时间的推移,产生不可避免的沉降。

2.3 结构突变桥台路面与台背路面在结构上存在着差异

铺设在桥台台背路堤上的路面结构为多层路面体系,而铺设在桥台顶的路面结构为路面面层与刚性桥台组成的双层路面体系。在车辆荷载的作用下,铺设在桥台台背路堤上的路面垫层、基层密实度迅速增加,结构层压缩,而铺设在桥台顶的路面因路面下层由桥台组成,沉降可视为零。这样,不同路面结构层两侧抗变形能力不同,出现相对沉降,造成跳车。

3 土工合成材料处理桥头跳车

(1)利用土工合成材料解决桥头跳车是一种较新的方法。由于土工格栅具有抗拉强度的特点,而无纺针刺类土工布具有排水效果较好的特点。因此,桥接坡处都普遍使用土工布和土工格栅。合理设置土工合成材料,即可以减少路堤填筑后的地基不均匀沉降,又可以提高地基承载能力,同时也不影响排水。

(2)土工材料的应用

①在桥头路堤中使用土工合成材料(如设土工格栅加筋层),利用其抗拉强度,通过加筋与土体之间的摩擦作用约束土体的侧向变形,从而达到提高土体承载力和抗剪强度的目的。经试验,证明土工格栅加筋层间距越小,则路堤沉降越小。

②桥梁台背填筑范围、底基层以下1.5m深范围内每填两层加土工网格一层,土工网格需与台背锚固连接,若为拄式桥台无法锚固连接时,加筋范围应延伸至锥坡前缘。桥台搭板的布设及构造物按原施工图设计施工,但台背加筋范围必须超过搭板末端2m以上。

③路基填高超过 20m时,应在 93、95区范围内每两层填土加铺土工网格一层,铺设长度顺路线方向应不小于20m。

④在填挖结合部时,当自然纵向坡度陡于1∶5时,路堤基底应挖台阶,台阶宽度不得小于1m,并在 93、95区每一台阶加铺土工网格一层,并用铆钉固定,土工网格保证深入填方区 4m,当纵坡为陡于1∶0.5的黄土路堤无法挖结合台阶时,可采用土工钉加强结合。

(3)通常在桥(涵)台后填土设计过程中只考虑由于台后填土的压实度不够或该处出现软土地基等原因而造成的路基下沉的加固设计,对台后易产生沉降的路基进行加固,从而提高基层承载能力,减小该处路基的沉降量。而实际上,正常路基在运营后也将产生沉降,而该沉降量由于土的逐渐固结而逐渐产生,整个过程会延续好多年。由于桥(涵)台的承重大,所以在设计中常采用桩等这些承载能力大的基础,因而其沉降量较小,如将桩打到基岩上,则其沉降量几乎为零,这样便造成桥(涵)台和正常路基产生了较大的差异沉降,所以桥头加固段也起到了从桥(涵)台到正常路基的过度作用,因而在设计加固长度时,需考虑土工合成材料纵向铺设的最短长度。

(4)土工合成材料加筋土的作用。

①加筋土抗剪强度的提高使其受剪破坏的荷载增大,相应的剪切变形较素土小。

②加筋土在承受荷载时,土体的侧向变形受到加筋的抑制,承载能力随之提高,趋近于弹性范围内工作。

③加筋材料使土体上的作用荷载较均匀的扩散到整个加筋土层上,单位土体积的受荷减小。

4 结 语

可以看出,应用土工合成材料进行台背填筑能够有效降低土体受荷压缩变形,减少塑性变形积累,在一定程度上起到减小桥头差异沉降的作用。采用这样的处理措施可以达到双重目的：利用锚固的土工网格一端的张拉作用,在台背局部范围,分层阻止填料顺台背的沉降;利用土工网格与填料之间良好的界面摩擦作用,改善局部荷载作用下土体内部的受力状态,扩大荷载沿土体深度方向的扩散范围,从而达到减少外部荷载对土体的压缩沉降作用,即相当于提高土体的抵抗变形的能力,起到刚性桥台和柔性路堤间过渡结构层的作用。