谈粉煤灰路基安全性计算

程 飞 张亚彩

(1.山西省交通科学研究院，山西太原 030006;2.中交远洲交通科技集团有限公司，河北石家庄 050051)

1 工程概述

平赞高速公路通过京昆高速公路石太北线与西柏坡高速、西阜高速相衔接，形成一条连接西部太行山众多旅游资源的快速通道，对于带动西部山区沿线资源开发、促进假日旅游经济发展具有重要作用;平赞高速公路向南延伸与邢台、邯郸以及河南省规划路网联结，形成一条贯穿河北省中南部、连接河南省北部地区的又一条省际快速通道，项目的实施将进一步完善区域高速公路网布局结构、增强路网功能;对于加快冀中南经济区发展、推动沿线地市资源整合具有重要作用。本文所述桥梁位于此高速公路苍岩山互通式立交内，为互通内匝道桥，桥梁中心桩号AK0+080，起点桩号AK0+027，终点桩号AK0+133，桥梁全长106.0 m。本桥平面位于R=180 m的左偏圆曲线上，桥面横坡为单向－4%，纵断面纵坡0.32%。全桥共1联:4×25;上部结构采用预应力混凝土(后张)现浇连续箱梁，单箱三室;下部结构桥台采用柱式台，桥墩采用柱式墩，墩台采用桩基础。

2 存在问题

如图1所示，桥址处为一大型坝体，坝体厚度约1.5 m～2.0 m，此坝体里面为当地一大型发电厂排放的粉煤灰，苍岩山互通匝道桥桥头正好位于此坝体边缘，于此经过，由于项目特殊地理位置需要，路线无绕避方案。

图1 桥址地理位置

粉煤灰是一种质轻、多孔隙、吸水量大，具有很强压缩性的材料，近年来由于路基填筑土的缺乏，不少高速运用先进技术利用粉煤灰进行路堤填筑都取得了良好效果，但如果在路基施工的过程中不能有效的进行控制，反而适得其反，可能引起路基的塌陷。

对于此项目，粉煤灰的堆积数量庞大，路线方向长度约400 m，深度达35 m，如果进行开挖再回填，就会增加桥台的施工难度，路基施工的难度也会增加，还会增加施工成本，鉴于此处粉煤灰堆积时间较长，若经过计算，采取适当措施，可保证安全，则可直接进行桥台路基填筑。

3 安全性分析计算

3.1 桥头跳车

桥头跳车产生的根本原因是构造物与其两端接线路堤间的沉降差，沉降差产生的具体原因主要有以下几个方面:1)桥头路堤位于天然地基上，如果在填土前不做处理或处理不彻底，在路堤土的重力作力下其将产生极大变形，而桥梁构造物采用桩基础，其沉降量很小，若桥头路堤土重力产生的变形不能在桥头路面铺筑时基本完成，将产生桥不沉而路沉的现象，造成跳车。2)压实度达不到标准，由于桥头施工压路机碾压时工作面小，这就导致桥头路基及锥坡的填土压实度达不到标准，造成这部分填土下沉，引起跳车。

3.2 桥头路基段的安全性

由于粉煤灰的大空隙率以及易吸水，较大压缩性，使得地基在附加应力以及车辆荷载的共同作用下必然会产生压缩变形(主要是竖向变形)，从而引起沉降。综上所述，安全性问题主要是地基沉降，只要桥头的工后沉降满足规范要求，其他方面可以通过在施工阶段严格控制工艺即可达到要求。

3.3 地基沉降计算

根据《公路路基设计规范》对于路基容许工后沉降的规定:一般路段为30 cm，路堤与大、中桥毗邻处为10 cm［1］。所以只要计算满足要求，即可满足安全性要求。地基沉降量计算采用分层总和法，压缩试验资料采用e—p曲线，计算总沉降。沉降计算的压缩层厚度按计算层底面的附加应力与有效自重应力之比等于0.2控制。

实验数据如表1所示，桥头路基填筑最大高度为0.82 m，路基段最大填筑高度为3.45 m，多层土的沉降计算公式为:

其中，S为沉降总和，cm;ai为压缩系数，MPa－1;ei为空隙比;pi为平均附加应力，MPa;hi为层厚，m。

计算结果见表2，表3。通过以上结果可见2.197＜10，18.964＜30，工后沉降均满足规范要求，故可直接填筑路基。

3.4 加强观测

1)路基纵向，每50.0 m设一个观测断面，在路堤中心及两侧路肩布设3个观测点。

a.观测频率。路堤填高达到设计高度之前，每天需观测一次，因故停止施工，每3 d观测一次。b.临时水准点的设置。临时水准点应设在不受垂直向和水平向变形影响的坚固的地基上或永久建筑物上，其位置应尽量满足观测时不转点的要求，每三个月用路线测设中设置的水准点作为基准点，对设置的临时水准点校核一次。

2)侧向位移(稳定)观测。

a.侧向位移点及其基桩的布设。侧向位移点布设在软土层厚度大于3.0 m，路堤高度超过极限填土高度的路堤两侧的坡脚处，基桩必须布设在坡脚外路堤沉降影响范围以外。侧向位移点纵向间距每50.0 m路基两侧各设置一处。b.观测及其频率。侧向位移桩和基桩设置好以后，采用钢尺量测位移桩与基桩之间的距离，量测钢尺的拉力为5 kg(或由量测人自定)，有条件时也可用红外测距仪量测。观测工作在路堤填高超过3 m时开始，其频率为每天观测一次，直至路堤达到设计的施工标高。

3)路面铺筑时间的确定。路面铺筑必须待沉降稳定后进行，采用双标准控制，即要求推算的工后沉降量小于设计容许值，同时要求连续沉降观测不少于3个月，且连续2个月平均沉降量不超过5 mm，方可开始路面铺筑。

表1 钻孔实验数据

表2 桥头处沉降量计算结果

表3 桥头路基段沉降量计算结果

4 结语

本项目在设计的过程中，通过研究、实验、计算与分析，对原来的地基进行安全性评价，在保证地基沉降满足规范要求的前提下，最终对路基进行直接填筑，并采用观测等动态手段进一步保证施工过程控制，不仅确保工程安全可靠，而且有效的减少工程浪费，达到了降低造价的目的。

［1］JTG D30-2004，公路路基设计规范［S］.

［2］李峻利，姚代禄.路基设计原理与计算［M］.北京:人民交通出版社，2001.