公路桥头跳车原因分析与防治措施

王 栋,刘振京

(1.沧州市建筑设计研究院有限公司,河北 沧州 061001;2.河北工程技术高等专科学校,河北 沧州 061001)

桥头跳车是指桥台与台后路堤产生不均匀沉降,当沉降差超过某一限定值时,车辆经过该路段时产生的上下振动现象,给司乘人员带来不舒适感觉。随着我国公路建设的迅猛发展,在公路运营中出现的桥头跳车成了一个比较普遍的病害现象。分析桥头跳车的成因,重视缓解桥头不均匀沉降的方法和措施,对防治和控制桥头跳车病害有着积极意义。

1 桥头跳车的成因

由于桩基桥台的刚度要比路堤大得多,因此一般桩基桥台在竣工后沉降已基本完成,或以后的沉降很小;而高填土路堤的压缩性大,在车辆荷载的反复作用下将产生较大压缩变形。因此两者的不均匀沉降是产生桥头跳车的主要原因。

1.1 路基沉降

一般情况下桥台构筑物先行施工,待一般路基段路基成型后,方对桥台后缺口进行填筑施工,由于作业空间小,压路机将无法到位,填料压实效果较差,导致路基压实质量下降,在车辆荷载的作用下引起该处路基沉降增大。

1.2 地基的沉降

桥涵结构一般位于沟壑地段,与离开桥台较远路段的地基相比,地下水位高,孔隙比、含水率都较大,强度低,压缩性大,大多属于软弱地基;台背处路堤的填筑高度高于一般路段 5～10 m,产生的基底压力也相对较大,因而台背填筑地段的沉降量要大于远离桥台路段的地基变形,即导致桥路衔接处地基的不均匀沉降。

1.3 雨水作用

路基与台背接头处常常会产生细小裂缝,当雨水渗入后削弱了路堤土的力学性质,使土质变软,导致该处路基沉降增大形成跳车病害。

2 桥头跳车的防治措施

2.1 地基处理方法

台后软土地基的处理是防治和控制桥头跳车的重要措施。目前国内常用方法较多,在工程中应根据地基土的性质,周围的环境,经济等情况综合考虑来选择合理的方法,以提高地基的承载力,减小沉降。

1)深层搅拌法

将水泥浆或水泥粉(称为固化剂)由搅拌头注入地基中,使软土和固化剂强制拌和均匀。固化后成为强度大,压缩性小的水泥土桩,与桩周土形成复合地基,从而提高地基承载力及变形模量。根据施工工艺的不同分为水泥浆搅拌法和粉体喷搅法两种[1]。从实践经验看,当路堤高度不超过 6 m,且粉喷桩达到相对硬层时,处理效果较好,可减少总沉降量的 30%～50%;搅拌桩桩长 10 m左右比较有效,置换率以 15%～25%最佳。桥台处桩长些,近一般路段处则短些。

2)灰土桩挤密法

用石灰和土按体积比 2∶8或 3∶7拌合均匀,并填入桩孔内分层夯实后形成桩。由于石灰内带正电荷的钙离子与带负电荷的粘土颗粒相互吸附,形成胶体凝聚,并随灰土龄期的增长,土体固化作用提高,使灰土的强度逐渐增大。在力学性质上可挤密地基,提高地基承载力,减小沉降[1]。一般最佳桩长为12 m左右,置换率在 15%左右。

3)超载预压法

该法的原理是正式修筑工程之前,在软土地基上先放置大于设计路堤的荷载(如堆砂石等材料)进行预压,使地基先产生大量沉降而压实,待沉降基本稳定后去除超载部分,再开始修筑路堤结构。这样地基的大部分变形在预压阶段完成,使路堤的工后沉降量减小[1～2]。在实际工程中预压处理地基,地表须铺设大于0.4m的砂垫层,并设置相连的排水盲沟,为了加快预压阶段地基的固结变形,常常采用在地基中打入塑料排水板或打砂井,以加快软土地基的排水固结。塑料排水板长一般在 15 m左右为宜,间距适当小些。砂井的砂料宜选用中粗砂,含泥量应小于3%,砂井的灌砂量按中密实状态的干密度值计算,实际灌砂量不得小于计算值得95%。

4)土工格栅

在桥台台背填土中放入土工格栅,土粒嵌入网格内产生较大摩阻力,使台背处局部范围内单位面积上的垂直荷载减小;同时发挥土工材料的抗拉强度,提高了土体的抗剪强度,约束了土体的侧向变形,从而提高了地基承载力,有效减小路堤变形,缩小桥头沉降差[3]。在实际工程中,土工格栅铺网长度应大于5 m且不应小于0.75倍的桥头高,铺层间距以 50cm左右为宜,土工格栅应张拉锚固于桥台背处,填土的压实度以 0.85～0.9比较合适。

2.2 设计措施

在桥头路堤的施工设计过程中若能采用下面一些措施,将对缓解桥台与路堤的不均匀沉降非常有利。

图1 台后排水措施示意图

1)设置泄水管或盲沟。台后路基填筑之前,在处理后的地基土拱上设置泄水管或盲沟,如图 1所示。在横坡为3%～4%的夯实粘土拱上挖一条双向排水地沟(其尺寸一般宽为40～60cm,深为30～50cm),之后横向满铺一层隔水材料作为隔水层,在地沟内再铺设硬塑料泄水管(d≥10cm,其上有孔径为5cm小孔),布成梅花形,间距控制在 10cm以内,其出口应伸出路基或桥头锥坡外。泄水管四周再填筑粒径较大的透水材料。隔水层上满铺一层透水性材料,其上再分层填筑至路基顶面。横向盲沟的设置与以上设置相同,取消泄水管,采用大粒径碎石材料填筑地沟。用土工布包裹盲沟出口处并对其作必要处理。

2)设置过渡性路面。在处理桥头不均匀沉降中,有时采用在桥头两端一定长度范围内铺设过渡性路面的方法,待路堤沉降基本完成后,再改铺原设计路面。常用的过渡性路面有预制水泥混凝土块、条石铺砌、半刚性过渡层、沥青过渡层等[3]。

3)设置搭板和枕梁。搭板的设置是为了缓解桥头接坡段路线的纵坡变化,使柔性路堤产生的较大沉降逐渐过渡到桥台地段,避免桥台处台阶的出现,以调节桥路之间的不均匀沉降。因而在公路建设中得到了普遍的应用,效果较好[3]。工程中枕梁作为搭板的一个支点是为了平衡(或过度)搭板两端的不均匀沉降,由于枕梁下路基受集中应力作用,为了防止沉降,该路基应作适当处理,布置石灰桩或水泥碎石桩;同时枕梁的截面底部宽度应适当大些,具体值以使搭板尾端和路基变形一致为控制标准。

2.3 施工措施

选择透水性好、内摩擦角大的材料(岩渣、碎石等),能够有效地减少台后路基的沉降量。在实际工程中使用石灰土进行台后填筑效果较好。透水材料的填筑长度一般在基底处控制在 2 m以上,与路基衔接处一般放置小于等于1∶1的斜坡,也可用台阶形式。台背填料的压实度应控制,在路床顶面下 0～80cm内大于0.95,80～150cm内大于0.93,150cm以下大于0.90,施工过程中应严格按有关施工规范施工,控制每层填筑厚度、碾压遍数。以干密度或孔隙率对每层填筑质量进行检测[4]。

3 结语

1)桥头跳车是由于桥台台背填土在行车荷载作用下塑性变形的积累和固结沉降,以及地基自身的压缩变形引起的,而施工质量不够严格规范又加剧了跳车现象的产生。

2)对桥头处软弱地基处理是非常必要的,工程实际中应结合经济、安全、工期、土质等实际情况选择合理的处理措施和施工方法。

3)桥台搭板是一种缓和(过渡)桥台与路堤之间沉降差比较有效的措施,其设计、配筋计算、结构及施工有待进一步完善。

4)合理规范的施工是工程质量的保证。桥台路堤施工中更要注重压实度和排水设置的设计。

[1]陈希哲.土力学与地基基础 [M].北京:清华大学出版社,2006.

[2]叶书麟,韩杰,叶观宝.地基处理与托换技术 [M].北京:中国建筑工业出版社,1995.

[3]程翔云.桥头跳车防治综述 [J].公路,1997,(12).

[4]王亦麟.软土地基桥头跳车处理探讨 [J].公路交通科技,2000,(1).