土工合成材料加筋土桥台技术及其应用

刘军海、李昊煜、金宇

（1.合肥明巢高速公路有限公司，安徽 巢湖 231609；2.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088；3.同济大学土木工程学院，上海 200092）

0 引言

加筋土挡墙技术在公路和铁路路基工程中已得到了比较广泛的应用。加筋土桥台技术是将加筋土挡墙技术用于桥梁系统的经典案例，目前在国外桥梁工程中应用广泛，而在国内应用有限。加筋土桥台形式多样，功能不同，人们对不同类型的加筋土桥台的功能与作用缺乏清晰的认识，阻碍了加筋土桥台技术在交通工程中的正确应用。本文拟根据MSE 挡墙和GRS 挡墙的特点及其主要功能，对土工合成材料加筋土桥台进行分类，阐述不同类型加筋土桥台的工作原理；并结合典型工程案例，论述加筋土桥台在工程应用中的特点。

1 加筋土桥台分类

加筋土桥台可根据加筋土体是否直接承受上部桥梁结构的自重荷载，分为承重式加筋土桥台和非承重式加筋土桥台。如图1 所示，承重式加筋土桥台不仅发挥挡土作用，而且直接承担上部桥梁结构传递的荷载以及路面荷载；非承重式加筋土桥台主要承担路面荷载和墙后土压力，上部结构荷载由桩基高承台承担[1]。

图1 加筋土桥台类型

1.1 承重式加筋土桥台

根据加筋间距不同，承重式加筋土桥台又可划分为MSE 承重式桥台和小间距土工合成材料加筋土桥台，即GRS 承重式桥台[2]。

MSE 承重式桥台通常采用钢带作为筋材，填料采用粗粒混合料，筋材的作用是承担土体的水平土压力。GRS 桥台的加筋间距一般为0.2m（不会超过0.3m），采用土工合成材料作为筋材，可以是土工格栅或土工布，填料采用粗颗粒混合料，设计时将结构看作一个整体，荷载直接作用在复合体上，面层不看作是结构构件[3]。

1.2 非承重式加筋土桥台

非承重式加筋土桥台主要用于桥头连接路基的收坡，以缩短桥梁跨度。将加筋土挡墙与桥梁结构组合，属于MSE 挡墙的非常规应用形式。根据高承台与加筋土挡墙的结合形式，可将非承重式加筋土桥台分为分离式桥台和包裹式桥台（见图2）。

在分离式桥台图2（a）中，加筋土体与桥台完全分离，具有独立的面板，台背后土压力完全由加筋土挡墙承担；包裹式桥台图2（b）则是利用加筋土体将柱式桥台完全包裹，施工完成后，外观上呈现为完整的加筋土桥台[4]。

2 承重式加筋土桥台案例

范德斯/梅多斯桥（Founders/Meadows Bridge）采用MSE 承重式桥台技术。该桥高为5.9m，加筋间距为0.4m，桥梁上部结构荷载通过支撑基座传至MSE 结构上。桥台结构如图3 所示。

图3 范德斯/梅多斯桥桥台纵断面图（单位：m）

工后监测结果显示，从桥梁通车开始的18 个月内，面板最大水平位移为13mm，相当于桥台高度的0.22%，面层底部水平基座的竖向沉降为5mm，相当于桥台高度的0.08%，且上述变形主要发生在最初的12 个月，后6 个月的位移几乎可以忽略不计。桥台在通车运营后，未出现桥头错台，消除了桥头跳车现象[5]。

1-366 号桥是特拉华州第一座采用GRS-IBS 技术建造的桥梁。桥台本身高度为4.8m（从基础顶部到桥台顶部），加筋间距为0.2m。桥台结构如图4 所示。

图4 1-366 号桥桥台剖面图（单位：m）

桥台建造速度较快，用时36d。该项目造价约21.1 万美元，相比桥墩式的传统建造方式节约了14.6%的造价。工后监测显示：桥台的孔隙水压力和变形均未因河水和降雨而产生突变；桥台的最大沉降和水平位移分别为15mm 和12mm，占桥台高度的0.3%和0.25%[6]。

3 非承重式加筋土桥台案例

黄登大桥位于云南省黄登水电站大坝下游约900m 处，2010 年通车运行，采用分离式加筋土桥台作为承载结构。左、右岸加筋土桥台高度均为13m，加筋间距为0.5m（见图5）。

图5 黄登大桥分离式桥台剖面图（单位：m）

该桥台施工工期较短，墙面施工和墙背回填一次性完成。在施工完成后的3 年时间内，分离式桥台的墙面、墙顶、基础、桥台搭板等部位均没有发现明显位移、沉陷、鼓胀、开裂等问题，使用性能良好，同时也为该地区增加了一处人文景观。

沈山铁路跨线桥位于辽宁省葫芦岛市高桥镇东南[7]，20 号台处采用包裹式加筋土桥台技术。桥台高为4.8m，宽为11m，加筋间距为0.5m，桩径为1m，桩体偏移距（桩中心到墙面板的距离）为2.5m（见图6）[8]。

图6 沈山铁路跨线桥包裹式桥台剖面图（单位：m）

在施工完成后的1 年时间内对桥台的整体变形进行监测，结果显示：在水平位移观测点中，97.7%的观测点位移值小于10mm（桥台高度的0.2%），72.5%的观测点位移值小于5mm（桥台高度的0.1%）[9]；桥台的总沉降量最大值是35.2mm（桥台高度的0.7%），其中工后沉降最大值为19.9mm（桥台高度的0.4%），未发现明显不均匀沉降现象[10]。

4 结论

本文对各类加筋土桥台的特点归纳如下。

第一，MSE 承重式桥台工作原理与加筋土挡墙相同，GRS 承重式桥台与MSE 承重式桥台相比，加筋间距更小，在附加荷载作用下表现出复合材料的特性，具有更高的承载性能。两者均能避免桥头跳车、节约工程造价、缩短建造周期，应用前景广阔。第二，非承重式加筋土桥台实质上就是MSE 挡墙，是MSE 挡墙在桥梁系统中的应用，具有收坡减跨、节约造价、快速施工、抗震良好的特性。第三，包裹式加筋土桥台和分离式加筋土桥台只是非承重加筋土桥台的具体形式。在包裹式加筋土桥台中桩柱位于加筋土体内，存在加筋土体与桩柱之间的相互作用，影响因素复杂且不明确，有待进一步研究揭示。