探究公路橋梁沉降段路基路面施工技術

朱其強

(煙臺公路工程質(zhì)量監(jiān)測中心，山東 煙臺 264000)

0 引 言

公路橋梁建設是我國城市現(xiàn)代化的推進標志，結(jié)合城市發(fā)展布局、道路交通狀況等，打造縱深化交通格局，增強城際之間的交流力度。公路橋梁項目規(guī)劃建設具有跨度大、專業(yè)復雜、周期性長的特征，路橋施工極易受到內(nèi)外界因素的干擾，阻緩工程建設進度及質(zhì)量。其中沉降路段是路橋施工中的重要阻礙因素，地質(zhì)沉降產(chǎn)生的應力作用到路橋建筑結(jié)構(gòu)中，易令主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生斷裂風險。生態(tài)地質(zhì)自然沉降產(chǎn)生的不可規(guī)避性，對工程設計規(guī)劃及施工提出諸多訴求。對此，路橋建設中，應結(jié)合地質(zhì)變遷規(guī)律，合理、規(guī)范設計工程施工參數(shù)，做到設計與施工對接、建設與管理互補，規(guī)避內(nèi)外部影響因素，增強路橋結(jié)構(gòu)的使用壽命。

1 公路橋梁沉降段沉降因素概述

公路橋梁是社會發(fā)展、民生建設的基礎所在，高效、便捷的交通布局，增強社會資源的流通效率，提高城市生產(chǎn)力。然而，公路橋梁建設期間，由于跨度較大，面臨的地質(zhì)影響因素存在多元性。例如，路段沉降問題，地質(zhì)下沉產(chǎn)生的應力值，將令公路或橋梁產(chǎn)生不規(guī)則形變問題，令高速行駛的汽車產(chǎn)生跳車現(xiàn)象，降低車輛行駛的安全性，增加道路橋梁的損毀程度，如果沉降產(chǎn)生的應力值超出公路橋梁結(jié)構(gòu)的承載極限值時，可能引發(fā)局部坍塌的嚴重問題。

從路段沉降因素的產(chǎn)生動因來講，公路橋梁發(fā)生沉降因素主要是由于地基結(jié)構(gòu)不均勻變化產(chǎn)生內(nèi)部結(jié)構(gòu)徐變問題。同時，沉降因素與地基地質(zhì)組成具有較強的關聯(lián)性，例如，地基土壤含水量較高、土質(zhì)松軟、密度較低等，均可能造成地基填筑環(huán)節(jié)的形變現(xiàn)象，或投入使用過程中超重車輛行駛造成的外力壓縮問題。對于公路與橋梁的連接處而言，為增強道路轉(zhuǎn)換的平穩(wěn)性，橋頭路基填筑高度應高于道路接口處填筑高度(5～10 cm)，防止應力值衰減產(chǎn)生的過渡沉降問題，但是基底結(jié)構(gòu)中，高出的部分將產(chǎn)生應力附加現(xiàn)象，降低基底結(jié)構(gòu)的承載性，可能造成沉降問題。此外，公路橋梁施工中，地基回填土多為粘性土質(zhì)，在進行臺背土方施工時，粘性土質(zhì)結(jié)構(gòu)的離散問題加大施工難度，且土體密實度存在不達標、含水量過高等問題，均將造成路橋結(jié)構(gòu)使用過程中的沉降問題。

2 公路橋梁沉降段路基路面沉降原因分析

2.1 設計不合理問題

道路橋梁建設前期應進行預期設計規(guī)劃，結(jié)合施工現(xiàn)場、地質(zhì)情況等，把控施工細節(jié)，增強設計與施工的對接性。目前，多數(shù)路橋施工采用粗粒料填筑法、鋼筋混凝土搭板法和增加鋼筋法。上述施工方法可應對路橋結(jié)構(gòu)施工產(chǎn)生的沉降問題，增強地基的穩(wěn)固性。但是從現(xiàn)場施工效果來講，前期設計與工程施工仍存在較大誤差，甚至部分設計文件存在參數(shù)不符問題，未能對現(xiàn)場施工環(huán)節(jié)予以約束，造成路橋結(jié)構(gòu)局部沉降問題。

2.2 臺背壓實工藝不規(guī)范

《公路設計標準》指出，路橋、涵洞建設等，需采用臺背工藝，加固基礎路基、路堤區(qū)域，提高路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。臺背壓實技術具有較強的專業(yè)性、復雜性，工程施工應考慮到材料、人員、工藝技術、施工行為、施工環(huán)境等方面的影響，如果其中某一項環(huán)節(jié)存在缺失問題，則整體壓實環(huán)節(jié)也將無法達到實際施工指標，壓實不達標，降低路橋基礎結(jié)構(gòu)的承載性，在外部車輛的持續(xù)負荷下，將產(chǎn)生沉降問題，影響車輛的正常行駛。

2.3 橋頭引道地基處治不達標

公路橋梁建設期間，需按照不同施工點設定相對應的地基沉降標準值，按照特定工藝組成、結(jié)構(gòu)參數(shù)等，深化公路與橋梁之間的連接質(zhì)量，規(guī)避橋頭跳車問題。然而，從路橋使用過程中的沉降病害問題來看，發(fā)生橋頭跳車是由于公路、橋梁連接處的地基產(chǎn)生沉降問題，究其本質(zhì)原因則可界定為基礎結(jié)構(gòu)設計環(huán)節(jié)存在誤差問題，并未能針對連接處可能產(chǎn)生的沉降因素進行分析，或未綜合考慮到外界應力因素產(chǎn)生的負荷問題，造成設計方案與現(xiàn)場施工之間未能形成精準對接。此外，部分設計工作中，未能考慮到地基深處可能產(chǎn)生的變動影響，參數(shù)羅列與計算時，未充分模擬不同場景下的數(shù)據(jù)變化量，系數(shù)不達標以及沉降因素混雜等問題，均對路基產(chǎn)生損害。

3 公路橋梁沉降段路基路面施工技術

3.1 公路橋梁沉降段路基路面施工設計技術

設計階段作為公路橋梁建設的主體所在，分析工程建設總量、地質(zhì)環(huán)境影響因素、資源總成等，確保工程設計與現(xiàn)場施工的對接性，規(guī)避沉降問題。

(1)公路橋梁沉降段結(jié)構(gòu)設計

沉降段發(fā)生的地質(zhì)不均勻沉降問題，可能造成路橋區(qū)段損毀的問題。結(jié)構(gòu)設計時，應設定沉降段的搭板長度、結(jié)構(gòu)強度等，保證基礎設計量為施工建設提供數(shù)據(jù)點。但是受限于我國地質(zhì)環(huán)境復雜多變問題，不同區(qū)段施工影響因素存在差異，使得我國道路建設中尚未針對沉降問題做出統(tǒng)一的搭板指標。對此，工程設計時，需結(jié)合施工現(xiàn)場以及工程建設需求等，設定施工經(jīng)驗與科學計算相整合的設計參數(shù)，有效應對工程建設期間存在的沉降問題。期間，一般以橋頭路堤、橋臺沉降量、路橋投入使用后的車流量等，確定實際搭板長度。此外，路基路面設計中，應用土工格柵增強路基抗剪性，避免路基填土層橫向位移問題。此外，沉降段結(jié)構(gòu)設計時，可通過計算量模擬，分析設計圖紙及文件能否達到實際施工指標。

(2)緩和沉降段結(jié)構(gòu)設計

針對軟土路基進行設計時，為保證基礎路基的穩(wěn)固性，應結(jié)合不同軟土土質(zhì)進行加固處理，同時應嚴格設定混凝土施工、路基承載指數(shù)等工程量，確保沉降段結(jié)構(gòu)強度符合路橋應用指標。期間，沉降段緩和結(jié)構(gòu)的設定，在路橋連接處設定關聯(lián)點，做好橋臺、路堤之間的合理配比，減少施工誤差，其中，過渡帶長度應高于5 m，且路橋沉降高度差應控制在5 cm之內(nèi)，借助緩和功能，可在不同道路點起到高度差調(diào)節(jié)的作用，降低跳車的產(chǎn)生幾率，提高車輛行駛的安全性。

(3)地基、路基結(jié)構(gòu)設計

地基、路基為公路橋梁提供強大的承載性能，基底穩(wěn)定性可提高路橋結(jié)構(gòu)抗性，避免出現(xiàn)沉降問題。地基、路基結(jié)構(gòu)設計時，應綜合測定不同影響因素對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應力效果，結(jié)合結(jié)構(gòu)整體承載效能以及外部應力產(chǎn)生的干預，科學設定結(jié)構(gòu)參數(shù)，并輔助合成材料、鋼筋材料、混凝土材料等，增強基礎結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，應對地基沉降問題。為增強公路橋梁的應用可靠性，應嚴格符合國家建設規(guī)范，將地基、路基沉降指標限制在是10 cm之內(nèi)，沉降差值限制在5 cm之內(nèi)，增強沉降段結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

(4)路橋沉降段路面結(jié)構(gòu)設計

公路橋梁投入使用過程中產(chǎn)生結(jié)構(gòu)形變問題，主要是由于路基在外部荷載力、內(nèi)部內(nèi)應力的干預下，沉降差值超出規(guī)范指標，造成路橋結(jié)構(gòu)銜接處產(chǎn)生垂直錯位問題。針對此類問題進行調(diào)控時，可借助計算機設備及相關計算軟件，對工程參數(shù)及物理量進行模擬運算，得出不同空間點、時間點的沉降曲線，進一步測出路段內(nèi)的沉降規(guī)律(如圖1所示)。同時，結(jié)合工程建設標準，分析使用過程中的沉降量峰值，如果滿足路橋使用需求，則可進行后續(xù)施工，如模擬使用過程中的沉降量超出道路建設規(guī)范時，應進行調(diào)整，直至滿足基礎施工訴求。

圖1 橋頭跳車豎向高程

3.2 公路橋梁沉降段路基路面施工設計技術

(1)公路橋梁搭板施工技術

搭板作為路橋結(jié)構(gòu)建設基礎，搭板長度值的設定，應以區(qū)段內(nèi)公路橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的坡度值界定搭板長度，確保搭板實際使用過程中不會影響車輛平穩(wěn)行駛，同時也可對地基沉降起到緩沖作用。但是搭板施工存在局限性，例如，大體量的交通路段內(nèi)，橋頭搭板結(jié)構(gòu)在長時間、高負荷的使用工況下，跳車問題的產(chǎn)生只是時間問題，甚至可能因為持續(xù)高壓造成基底斷裂問題，加劇路面磨損，引發(fā)路面沉降問題。對此，路橋施工時，工程人員應結(jié)合具體工程量，合理設置施工結(jié)構(gòu)，增強工程設計與施工之間的對接性。此外，針對路橋進行搭板施工處理時，還應同步對板體寬度進行把控，保證橋面、搭板之間的精準對接。

(2)公路橋梁地基施工技術

地基作為公路橋梁穩(wěn)定性的基礎所在，同時在路段沉降方面也可起到過渡與補償作用。路橋建設期間，應探查地基軟土層深度，結(jié)合結(jié)構(gòu)后期應用模式，設定地基的回填及加固方法，保證基礎結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，規(guī)避橋臺位移、錯臺現(xiàn)象。針對高寒地區(qū)凍土路基進行施工時，由于土質(zhì)、外部環(huán)境因素的干擾問題，需采用通風路基施工技術。高寒地區(qū)凍土路徑受到含冰指標的差異呈現(xiàn)不同地質(zhì)屬性，通風路基施工技術的應用，采取隔溫、保溫等措施，規(guī)避凍土對道路結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的凍害及侵襲影響，令路基在投入使用過程中具備高穩(wěn)定性、高可靠性特征?，F(xiàn)場施工時，先利用壓路機設備在路堤基地區(qū)域進行壓實施工處理，通風管施工時需架構(gòu)過渡層，過渡層材料多以碎石為主，起到結(jié)構(gòu)支撐與防護隔離的作用，避免在夏季凍土層內(nèi)部冰融化對通風管道產(chǎn)生侵蝕硬性。最后，對道路進行基層施工處理，提高路基的密實度。從實現(xiàn)原理來講，凍土路基中通風施工技術主要是利用管道作為通風及對流載體，令現(xiàn)場敷設及道路施工時，通過管道輸送熱量，然后結(jié)合風體對流效應，中和施工產(chǎn)生的熱量，避免熱量堆積或驟散問題，降低路基沉降的風險。如果施工區(qū)域?qū)儆诟吆范?，應采用換填施工方法，利用低含冰土質(zhì)替代高含冰土質(zhì)，增加壓實指標，提高道路路基的壓實度。

(3)臺后填筑施工

路堤的沉降問題一般是指路基沉降、路基結(jié)構(gòu)變形以及路面壓縮問題，后臺填筑工序可增強基礎結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，借助材料過渡動態(tài)負荷壓力，在垂直方向起到阻緩作用。路堤回填期間，工作人員應對回填材料進行試驗，得出實際填充性能，保證回填后的材料發(fā)揮結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，期間，避免選用高含水量材料。

(4)排水施工

公路橋梁建設周期較長，特別是在夏季多雨時期，頻繁降水將加大干擾因素，例如，增加填土結(jié)構(gòu)粘性造成局部施工坍塌、道橋瀝青路面雨水浸侵造成的結(jié)構(gòu)破損問題等。排水施工工序則是針對水體存留及浸透造成的路面病害問題起到防控作用。排水結(jié)構(gòu)設定，需針對當?shù)亟邓?、路橋長度等，設置排水管路、溝槽等，及時排除雨水，避免出現(xiàn)積水問題，提高路橋的穩(wěn)定性。

3.3 公路橋梁沉降段路基路面施工質(zhì)量控制技術

質(zhì)量控制針對繁雜性路橋建設起到全程監(jiān)管的作用，借助設計方案、施工規(guī)劃等，強化各類建設資源的對接性。

(1)橋臺控制

橋臺位于橋梁兩端，支撐梁結(jié)構(gòu)與公路結(jié)構(gòu)進行關聯(lián)，起到荷載轉(zhuǎn)移以及應力支撐的效果，橋臺結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性間接決定路橋的沉降量。針對，橋臺設施需按照不同類型及功能，合理劃定施工方法，例如，重力式橋臺、埋置式橋臺、輕型橋臺、框架式橋臺等。橋臺設計及施工階段，應結(jié)合不同施工點設定質(zhì)量管控工序，做到技術專管、人員?？?，提高工程設計與施工的對接性。如果管理期間發(fā)現(xiàn)施工異常問題時，應立即停工，聯(lián)合質(zhì)檢人員、設計人員找到問題，解決問題，保證工程建設質(zhì)量。

(2)養(yǎng)護控制

路橋投入使用后，汽車行駛以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)力等，將加大結(jié)構(gòu)破損問題，如未能及時查找路橋存在的安全隱患點，一旦隱患累積，后期產(chǎn)生的風險將成倍增加。針對此，應做好養(yǎng)護處理，定期對路橋進行運維檢測，例如，路橋面是否存在裂縫問題、路基防護坡是否存在破損問題、排水系統(tǒng)是否存在堵塞問題等，并針對不同問題點設定相對應的解決措施，提高公路橋梁的使用壽命。

4 結(jié) 語

綜上所述，公路橋梁建設具有復雜性特點，結(jié)構(gòu)應力、外界因素的共同干擾下，極易令基底路面產(chǎn)生沉降問題。為此，后期建設中，應合理設定工程建設方案及維護方案，把控前期、中期、后期施工環(huán)節(jié)，規(guī)避路橋病害問題。