孟慶榮
(陜西省商洛公路管理局商州公路管理段,陜西 商洛 726000)
引起橋頭跳車的原因主要是由于橋頭和路面連接處出現(xiàn)了明顯的高差,并伴有逐步向路面方向發(fā)展的裂縫。橋頭跳車現(xiàn)象在高等級公路中非常普遍,有些已嚴重到影響行車安全和舒適性的程度,給養(yǎng)護部門帶來了很大困難。橋頭跳車的癥結在于橋頭引道的路基路面和決定橋面標高的橋臺兩者在各自沉降后所形成的高差,要完全消滅這個高差是不可能的,只能通過分析研究和采取防治措施盡可能的減少,使其控制在設計行車速度下感覺不到跳車振動的范圍內,以滿足快速、安全和舒適的行車要求。
1.1 地基土質不良造成的沉降。橋涵通常置于溝壑地段,地下水位較高,且多屬軟土。由于軟土一般都具有天然含水量大,孔隙比大,壓縮性強和抗剪強度低等特點,在軟土上填筑路基,便極易產生沉降。同時橋頭路基填筑高度較其他地段大,產生基底應力相對較大,更易引起地基沉降,特別是工后沉降較大。
1.2 臺背填料壓縮引起路基的沉降。臺背填料因含水分、存在孔隙,施工中采取任何措施也難將填料顆粒間的孔隙完全消除。在公路自重及車輛的垂直荷載與振動荷載作用下,孔隙率逐漸降低,填料逐漸壓縮,密實度逐漸增大,便在一定期限內產生路基沉降。因此,壓縮沉降主要取決于填料性質,施工條件及臺前臺背的防護排水工程的設置情況。
1.3 橋臺背填土壓實度達不到標準。由于引道填土在壓路機碾壓時工作面小,特別是埋置式柱式橋臺臺帽周圍一般壓路機無法作業(yè),直接導致橋頭引道及錐坡的填土壓實度達不到標準。壓實的死角成為橋頭跳車的重要根源。
1.4 路面滲水,加劇了橋臺跳車。如前所述,一旦沉降差異達到一定的程度,橋頭跳車現(xiàn)象就會很快發(fā)生。而汽車行駛于凹凸路面時因沖擊作用,將使路面結構產生較大的附應力。從而加速了路面結構層的破壞,增加了路基填土的受荷變形。整個路面結構層在橋臺與路堤銜接處可能會被撕破,導致路面排水不良,路面的積水通過撕裂處滲到土基,進一步降低土體強度,濕陷性黃土尤為嚴重。使沉降增大、跳車加劇,嚴重時還會出現(xiàn)沉陷或坑槽。而這些病害更加劇了排水的不暢,路面滲水更為嚴重,形成惡性循環(huán)。
2.1 地基預壓處理。預壓處理就是在擬建橋臺處,先填土預壓,待地基強度提高到一定程度后,挖去填土,再建造結構物。有時為了加速地基固結下沉,在填筑路堤時,還可預先把土填得比設計高度高一些,或加寬填土寬度,待沉降穩(wěn)定后再挖除超填部分。這種預壓或超載預壓的方法,可以說是處理軟弱地基最有效、最經濟的方法,它不僅可以解決橋頭的跳車問題,而且可以解決臺后填土的不均勻沉降問題。
2.2 地基加固處理。地基加固處理是最有效的防治橋臺跳車的方法之一,尤其是軟弱地基。由于地基加固的費用占總投資的比重很大(約三分之一以上),所以,要認真選取經濟、有效的加固方案。
根據(jù)多年的施工經驗,對正常壓實的軟粘土而言,首先應考慮采用排水固結措施,如插塑料排水板等方法,通過設置來改善地基的排水條件,縮短排水途徑,使地基承受附加荷載后,排水固結過程大大加快,進而使地基強度得以提高。這種方法既經濟又有效。如果屬于軟弱地基,除了常規(guī)的排水固結措施外,更多的是采用擠密樁等深層復合地基法來提高土的強度與穩(wěn)定性,使橋頭路基盡量連續(xù)平穩(wěn)過渡。
2.2.1 對產品質量的控制。要求塑料排水板須符合設計要求和質量標準,產品須有資質的廠家提供,并有出廠檢查合格證,運至工地后,須按規(guī)定頻率抽取樣品進行檢驗,合格后方可使用。
2.2.2 施工工藝需按以下程序進行:整平原地面—構筑土拱層—機具就位—塑料排水板穿靴—攢入套管—拔出套管—割斷塑料排水板—機具移位—攤鋪砂墊層。路基拱層采用級配碎石構筑時,應在拱層構筑前先打設排水板。
2.2.3 為防止排水通道堵塞,要求塑料排水板濾管材料具有一定隔離土顆料和滲透功能,應等效于0.025mm孔隙,滲透系數(shù)應不小于規(guī)范要求,施工現(xiàn)場堆放的塑料排水板盤帶應適當覆蓋,以防暴露在空氣中老化。施工中要防止泥土等雜物進入套管內,一旦發(fā)現(xiàn)須及時清除。
2.2.4 為防止塑料排水板固定不牢,要求其穿靴時,須將其端部穿過預制靴頭固定架,對折帶子長約10cm,固定聯(lián)結牢固。塑料排水板搭接應采用濾管內平接的方法,芯板對扣,凹凸對齊,搭接長度不少于20cm,濾管包裹,用可靠措施固定。靴頭制作時,不論是鐵質的還是混凝土的,其固定架一定要埋設牢固,發(fā)現(xiàn)固定架自身不牢時,不得使用。
2.2.5 為防止塑料排水板埋入砂墊層長度不足,要求套管拔出地面后,精心丈量板體留出孔口長度,保證不小于50cm,再予以切割。如果留出孔口長度不足,可采用芯體平接的方法,芯板對口,凹凸對齊,搭接長度不小于20cm。
2.3 合理使用填筑材料。由于土的內摩擦角較小,加之壓實質量的影響,所填路基的壓縮沉降一般較大。因此,橋臺后的回填應選用摩擦角大、強度高、透水性好的填料,如砂礫、礫石、連續(xù)級配碎、石灰穩(wěn)定土等,并且壓實速度快,加載后能在短期內完成變形。在筆者所參與的高等級公路工程的施工過程中,后臺填土多采用輕質填料,常用的材料為粉煤灰,其目的就是減少填方容重,減輕填方土體對地基的壓力,從而達到減少地表以下土層排水固結產生的沉降。對粉煤灰的原材料質量,施工應從以下兩個方面加以控制。
2.3.1 粉煤灰的級配要符合要求。細粒過多,材料的摩擦角會減少,影響壓實度;反之細粒過少,粗顆粒易壓碎,壓實成型困難。根據(jù)實踐經驗,筆者認為粉煤灰的粒徑含量宜大于45%,粉煤灰的燒失量宜小于12%。
2.3.2 控制好粉煤灰的含水量。一般常用的是濕排灰和調濕灰,其含水量較大,直接上路攤鋪壓實,無法達到規(guī)定的壓實度。因此,到運至工地的粉煤灰一定要求在場地上堆高瀝水,以降低含水量,然后再上路攤鋪壓實。
2.4 提高填筑材料的壓實度。影響路基壓實效果的主要因素有含水量、碾壓層的厚度、壓實機械的類型和功能、碾壓遍數(shù)以及地基的強度等。
首先要調整填筑材料的含水量,由擊實試驗所得的擊實曲線圖有一峰值,此處的干密度為最大,稱為最大干密度,與之對應的含水量則稱為最佳含水量。只有在最佳含水量的情況下壓實效果最好。同時其壓實的土水穩(wěn)定性最好。所以對含水量過大的土,可采用翻松晾曬或均勻摻入石灰來降低含水量;對含水量過小的土,則灑水濕潤后再進行壓實。
其次,壓實機械對一定含水量填筑材料的壓實狀態(tài)有很大影響。填土分層的壓實厚度、壓實遍數(shù)和壓實機械類型、土的種類和壓實度要求有關,應通過試驗來確定。一般20-30t的中型振動壓路機應碾壓3~4遍,每層壓實厚度不超過20cm。
此外,壓路機行駛速度也大有講究,既不過慢也不過快,各種壓路機械的最大速度不宜超過4Km/h。碾壓開始宜且慢速,隨著土層的逐步密實,速度逐步提高。壓實時的單位壓力不應超過土的強度級限,否則土體將會遭到破壞。開始時土體較疏松,強度低,故宜先輕壓,隨著土體密實度的增加,再逐步提高壓強。
另外,路堤施工時邊緣往往壓實不到,仍處于松散狀態(tài),雨后容易滑坍,故兩側可采取多填適當寬度,壓實工作完成后再按設計寬度和坡度予以刷齊整平。
橋頭跳車發(fā)生的原因較多,而根據(jù)工程實際,需采取的措施也具有多選性,需要我們在實踐過程中不斷總結,處理好這一工程病害。
[1]王末順.北方冰凍地區(qū)高等級公路橋頭跳車容許工后沉降值的研究[D].東北林業(yè)大學,2002.