高等級(jí)公路橋臺(tái)跳車處置技術(shù)

陳 剛

0 引言

隨著高等級(jí)公路的迅猛發(fā)展,公路橋梁的修建越來越多,每年國(guó)內(nèi)完成的高等級(jí)公路中,大、中、小橋成千上萬座。但是由于橋臺(tái)結(jié)構(gòu)物與路基的剛度差異,在路基、路面自重荷載與車輛荷載作用下,臺(tái)后填料的壓縮變形與地基的固結(jié)變形隨時(shí)間而增大,而橋臺(tái)基礎(chǔ)產(chǎn)生的沉降變形相對(duì)較小,當(dāng)二者的差異沉降差達(dá)到一定程度時(shí)就會(huì)造成跳車現(xiàn)象。經(jīng)調(diào)查,處于營(yíng)運(yùn)中的橋梁普遍存在橋臺(tái)跳車現(xiàn)象,尤其是在軟基上該問題更加突出[1]。橋臺(tái)跳車不僅損失車速、加大油耗、損害車輛、給乘客帶來不適,而且還容易引發(fā)交通事故,影響橋梁結(jié)構(gòu)安全,需要花費(fèi)大量的精力和財(cái)力進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修,已成為高速公路亟待解決的主要技術(shù)難題之一。本文針對(duì)形成橋臺(tái)跳車的原因,根據(jù)過渡差異沉降、減小路基沉降、控制同步沉降的處理原則,將其處置技術(shù)分為過渡段設(shè)置、地基加固與填料處理、路橋整體設(shè)計(jì)三大類,為解決橋臺(tái)跳車問題提供借鑒。

1 過渡段設(shè)置

在橋梁的設(shè)計(jì)和施工中,往往需在臺(tái)后設(shè)置過渡段,將柔性路基產(chǎn)生的較大沉降逐漸過渡至剛性橋臺(tái)上,以消除或減輕橋臺(tái)跳車,達(dá)到行車舒適的目的。過渡差異沉降的技術(shù)包括橋臺(tái)搭板、過渡性路面、路堤預(yù)拋高等。

目前在工程中設(shè)置橋臺(tái)搭板的方法最為普遍,其對(duì)解決錯(cuò)臺(tái)和跳車較為有效。搭板的一端擱置在橋臺(tái)前墻頂面或其牛腿上,另一端擱置在路面基層或特制的枕梁上。搭板長(zhǎng)度根據(jù)路基的工后沉降值和容許坡度計(jì)算確定,常取3 m～12 m。在一定時(shí)間內(nèi)效果尚好,但是在搭板的集中荷載作用下基層或枕梁處易形成凹陷,從而形成二次跳車。而且搭板設(shè)置太高或縱坡太大,將會(huì)出現(xiàn)搭板開裂、脫落等不同程度的病害。對(duì)于差異沉降較大的橋臺(tái)只用搭板處理是不夠的,故需要與其他方法結(jié)合使用,以控制過渡段沉降差。

過渡性路面是在橋涵兩端路基的施工中,在一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)鋪設(shè)的臨時(shí)性路面,待路基沉降基本完成以后再改鋪原設(shè)計(jì)的路面。常用的過渡性路面有預(yù)制水泥混凝土塊、半剛性過渡層及瀝青過渡層。該方法具有根據(jù)路基工后沉降二次調(diào)節(jié)的功能,但施工周期較長(zhǎng),常難以滿足工期要求。

路堤預(yù)拋高為在臺(tái)后一定長(zhǎng)度內(nèi)預(yù)先提高路基標(biāo)高,用以部分抵消路基的工后沉降,減小路面的縱坡變化,從而減輕橋臺(tái)跳車。拋高量由工后沉降量和縱坡差確定。由于每座橋梁的地質(zhì)條件、路堤高度、填筑材料等不同,實(shí)際工后沉降量存在差異,故需在理論計(jì)算基礎(chǔ)上加強(qiáng)對(duì)高等級(jí)公路臺(tái)后路基沉降的實(shí)測(cè)與分析,掌握臺(tái)后路基沉降規(guī)律。

2 地基加固與填料處理

臺(tái)后路基沉降主要包括填料的壓縮變形與地基的固結(jié)變形,故減小路基沉降的技術(shù)可分為填料的選擇與處理和地基加固兩類。

2.1 填料選擇及處理

由于高等級(jí)公路的路基通常較高,在其較大的自重荷載作用下,必然會(huì)造成路基填土明顯的豎向壓縮變形,故需通過合理的選擇填料并加以一定的處理,以減輕路基自重,提高路基剛度。

路基應(yīng)選擇強(qiáng)度高、壓實(shí)快、透水性良好的填料,如卵礫土、碎石土、中粗砂以及強(qiáng)度較高的工業(yè)廢渣等。如受條件限制需選用改良土?xí)r,應(yīng)在最佳含水量條件下嚴(yán)格控制其壓實(shí)度。近年來泡沫聚苯乙烯、泡沫混凝土等輕質(zhì)材料在工程中亦有應(yīng)用。其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高,可有效降低地基附加應(yīng)力、減小自身壓縮量、緩解橋臺(tái)跳車問題,但往往造價(jià)較高,難以廣泛使用。

土工材料因其優(yōu)良的力學(xué)性能和抗變形能力,常用來處理路基填料,以約束土體側(cè)向變形、提高土體抗剪強(qiáng)度、分散路基荷載,從而減小了臺(tái)背填土的總沉降和差異沉降。國(guó)內(nèi)外的工程實(shí)踐證明,加筋技術(shù)是解決橋臺(tái)跳車問題的有效手段。

2.2 地基加固

由于軟基具有高壓縮性、高含水量、高靈敏度、低強(qiáng)度、低滲透性等特點(diǎn),在路基荷載和車輛荷載作用下變形量大,固結(jié)時(shí)間長(zhǎng),需要對(duì)其進(jìn)行有效的處理。常用方法包括換填法、排水固結(jié)法、復(fù)合地基法等。

換填法常采用與臺(tái)背回填相同的材料置換表層軟弱土,并充分壓實(shí),以提高地基承載力、減少沉降量。其施工簡(jiǎn)單,能在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到所需要求。

排水固結(jié)法是利用天然地基土層本身的透水性或設(shè)置在地基中的豎向排水體,通過地表預(yù)先施壓或利用路基自重逐漸排出孔隙水,提高地基強(qiáng)度的方法。堆載預(yù)壓和真空預(yù)壓利用天然地基作為排水系統(tǒng),其施工工期較長(zhǎng),工后沉降也較大?？赏ㄟ^在地基中設(shè)置砂井或塑料排水板,以縮短工期,提高加固效果。

樁土復(fù)合地基受路基高度、堆載速度限制較小,且易于控制總沉降與差異沉降,故常用于處理橋頭軟土地基[2]。常見的路堤樁包括砂樁、木樁、碎石樁、石灰樁、粉噴樁、水泥土攪拌樁、灌注樁、預(yù)制樁等。在國(guó)內(nèi)外的高速公路橋頭軟基處理中已有較廣泛應(yīng)用,如在滬杭高速、滬寧高速上采用粉噴樁,申蘇浙皖高速采用預(yù)應(yīng)力管樁,佛開高速采用攪拌樁[3]。

3 路橋整體設(shè)計(jì)

橋臺(tái)跳車是一個(gè)既與路基又與橋臺(tái)密切相關(guān)的問題,其解決之上策是將橋臺(tái)與路基作為整體進(jìn)行設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)同步沉降,以從根本上解決橋臺(tái)跳車問題。

柔性橋臺(tái),是在保證處理后的加筋路堤具有足夠的承載力和穩(wěn)定性的前提下,將橋梁梁板墊梁直接置于加筋土體上,使橋臺(tái)與路基同時(shí)變形,從而達(dá)到消除橋臺(tái)跳車的目的[5]。相比于剛性橋臺(tái),其具有經(jīng)濟(jì)、占地少、施作方便、對(duì)回填土質(zhì)量要求低和抗震能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),且橋臺(tái)與路基支承剛度基本相同,從而在根本上避免錯(cuò)臺(tái)的出現(xiàn)和橋臺(tái)跳車的產(chǎn)生。但柔性橋臺(tái)一般只適用于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的梁式橋,對(duì)于水平推力較大的拱橋卻不適應(yīng)。

4 結(jié)語

國(guó)內(nèi)外學(xué)者已深刻認(rèn)識(shí)到了公路橋臺(tái)跳車問題的普遍性與嚴(yán)峻性,并進(jìn)行了較為廣泛的試驗(yàn)和理論研究。從設(shè)置過渡段,減小地基沉降、路基壓縮,到控制橋臺(tái)與路基同步變形,橋臺(tái)跳車處理的方法眾多,效果亦較為明顯,但各種方法各有利弊,無法圓滿解決各種工況下的橋臺(tái)跳車問題。

本文依據(jù)橋臺(tái)跳車的不同控制原則,對(duì)各種處置方法進(jìn)行了分類,并總結(jié)了各自特點(diǎn),為橋臺(tái)設(shè)計(jì)和施工提供了一定參考價(jià)值。

[1]馮忠居,方貽立,龔堅(jiān)城,等.高等級(jí)公路橋頭跳車的危害及其機(jī)理的分析[J].西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào),1999,19(4):33-35.

[2]Lin,K.Q.,Wong,I.H.Use of deep cement mixing to reduce settlements at bridge approaches[J].Journalof geotechnical and geoenviromental engineering,1999,125(4):309-320.

[3]黃瑞強(qiáng).復(fù)合地基在解決橋頭跳車問題中的應(yīng)用[J].中外公路,2007,27(4):188-190.

[4]宋利強(qiáng),唐 尋.高等級(jí)公路橋頭跳車的原因及處治對(duì)策[J].山西建筑,2009,35(9):269-270.

[5]Wu,J.T.H.,Lee,K.Z.Z.,Pham,T.Allowable bearing pressures of bridge sills on GRS abutments with flexible facing[J].Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,2006,132(7):830-841.