方學(xué)哲　張新朝

摘要:本文分析了軟土地基橋頭跳車產(chǎn)生機(jī)理,提出了多種防治措施,供大家參考。

關(guān)鍵詞:軟土地基;橋頭跳車;成因分析;防治技術(shù)

1 前言

目前隨著我國高等級公路建設(shè)的迅猛發(fā)展,人們對高速公路的認(rèn)識亦不斷提高,同時對行車舒適性、安全性提出了更高的要求。而在路基施工中普遍存在著橋頭跳車現(xiàn)象,不僅影響了行車的舒適性,而且對行車的安全性也有很大危害,特別是軟土地基路段。在軟土地段橋粱基礎(chǔ)一般設(shè)計為樁基礎(chǔ),而橋臺后路基填筑同一般路基填筑在施工工藝上沒有大的區(qū)別,如在施工過程中對所采取的技術(shù)措施控制不嚴(yán),將影響工程質(zhì)量,造成橋頭跳車。本文將分析橋頭跳車產(chǎn)生機(jī)理和治理措施。

2 橋頭跳車產(chǎn)生機(jī)理

軟土地基上的橋頭跳車是一個比較復(fù)雜的技術(shù)問題,通常受許多不確定因素的影響,如軟土厚度及其性質(zhì)、軟基處理的效果、路基的填筑高度、臺背填料的施工質(zhì)量、設(shè)計參數(shù)、計算方式等,其計算沉降量與實際沉降量常常不太相符,有時甚至出入較大。通?？蓪蝾^跳車產(chǎn)生的主要原因概括為以下幾個方面。

地基土質(zhì)不良造成的沉降。土質(zhì)不良產(chǎn)生沉陷是橋頭跳車的最主要原因。橋涵通常位于溝壑地段,地下水位較高,且多為軟基,此類土具有天然含水量往往大于液限、天然孔隙比大、常含有機(jī)質(zhì)、壓縮性高、滲透系數(shù)小、靈敏度高、抗剪強(qiáng)度低等特點,多屬于飽和的正常壓密軟粘土,一旦受到擾動,天然結(jié)構(gòu)易受破壞,強(qiáng)度便顯著降低。加上橋頭路基填筑高度較大,基底所承受的附加應(yīng)力相對較大,在車輛荷載作用下,更容易引起地基沉陷,且沉降穩(wěn)定歷時往往持續(xù)數(shù)年乃至數(shù)十年。

臺背填料壓縮引起路基的沉降。壓縮沉降主要取決于填料性質(zhì)、施工條件及臺前臺背的防護(hù)排水工程的設(shè)置等情況。為了減少臺背自身的工后沉降,一般采用多孔隙的滲透性填料,但由于橋臺附近地方狹窄,施工時壓實機(jī)具不能緊靠臺背,填料顆粒間孔隙無法完全消除;或填料質(zhì)量差,達(dá)不到設(shè)計要求和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等,在公路自重及車輛的垂直與振動荷載作用下,填料會不可避免地產(chǎn)生壓縮沉降,造成跳車。

剛?cè)嵬蛔円鸬某料萏?。剛性不同的路面在跳車處所產(chǎn)生的振動效果不同,柔性材料對能量的吸收要比剛性材料的大。由于橋梁通常是支撐在巖層上的剛性結(jié)構(gòu),具有較大的整體剛度,而與結(jié)構(gòu)物橋臺相連的道路相對屬于柔性體,具有剛性較小柔性較大的特性,屬彈塑性體。顯然,道路與結(jié)構(gòu)物橋臺之間存在著較大的剛度差,這個剛度差的存在必然引起道路與結(jié)構(gòu)物橋臺之間產(chǎn)生較大的塑性變形差異及較大的剛度突變,加重了橋頭跳車的振動效果。

3 橋頭跳車防治技術(shù)

3.1 地基處理

處理好橋頭軟弱地基,是控制跳車的關(guān)鍵。目前對橋頭軟弱地基處理,國內(nèi)已有加固土樁法、料粒樁(含振沖碎石樁)法、豎向排水體預(yù)壓法、堆載預(yù)壓法、真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法、沉管樁法和淺層處治法等措施。下面介紹幾種行之有效的常用方法。

3.1.1 深層攪拌加固法

該法屬加固土樁類型,主要適用于軟弱粘性土。深層攪拌法是20世紀(jì)60年代由日本和瑞典分別開發(fā)的軟土加固新技術(shù),一般借助于壓縮空氣,采用專門深層攪拌機(jī)械設(shè)備,從不斷回轉(zhuǎn)的中心軸端向四周被攪松的土中噴出漿體或粉體固化劑(如水泥等),經(jīng)葉片攪拌,并吸收周圍水分,在加固的深層軟土中進(jìn)行一系列物理和化學(xué)反應(yīng),使軟土硬結(jié)成具有整體性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)復(fù)合地基,從而提高軟土地基承載力,減少沉降量(特別是工后沉降),縮短固結(jié)期,提高地基穩(wěn)定性。其主要施工工藝程序為:整平原地面一鉆機(jī)定位一鉆桿下沉鉆進(jìn)一上提噴粉(或噴漿)、強(qiáng)制攪拌一復(fù)拌一提桿出孔一鉆機(jī)移位。施工過程中路基填土速率不受限制,且無振動、無污染,對周圍環(huán)境及建筑物無不良影響,其最大優(yōu)點是工后沉降小,但造價較高。

3.1.2 砂樁加固法

該法屬料粒樁類型,適用于松砂地基、雜填土或軟土,對地基土起置換作用、豎向排水作用和擠密作用,在20世紀(jì)30年代起源于歐洲。其主要施工工藝程序為:整平原地面一機(jī)具定位一樁管沉入一加料壓密一拔管一機(jī)具移位。為加速地基固結(jié),減少后期沉降,一般配合堆載預(yù)壓或超載預(yù)壓施工,使地基強(qiáng)度顯著提高,同時改善地基的整體穩(wěn)定性。砂樁堆載預(yù)壓法在深汕高速公路、汕頭海灣大橋北引道等高速公路都有應(yīng)用,其造價在深層攪拌法與堆載預(yù)壓法之間。

3.1.3 塑料排水板加堆載預(yù)壓法

該法屬豎向排水體預(yù)壓類型,主要適用于透水性低的軟弱粘性土。塑料排水板是由芯體和濾套組成的復(fù)合體,或是由單一材料制成的多孔管道板帶,自1983年在天津塘沽新港施工試驗成功以來,在全國各地的高速公路軟基處理中都得以廣泛推廣和應(yīng)用。其主要施工工藝程序為:整平原地面一攤鋪下層砂墊層一機(jī)具就位一插入塑料排水板一穿靴一插入套管一拔出套管一割斷塑料排水板一機(jī)具移位一攤鋪上層砂墊層。為加速排水固結(jié),減少后期沉降,一般都配合堆載預(yù)壓或超載預(yù)壓施工,使地基土的有效應(yīng)力增大,抗剪強(qiáng)度、承載力及穩(wěn)定性都得以提高。其特點是施工簡便快捷,造價低,但固結(jié)時間長,有少量工后沉降。如工期充分,仍是一種較為理想的軟土地基處理方法。

3.2 路基處理

填料與方式。一是臺后宜選用摩擦角大、強(qiáng)度高、易壓實、透水性好的填料,如宕渣、砂礫等。同時,選用內(nèi)摩擦角較大的填料,也有利于從臺背縫隙中滲入的雨水沿盲溝或泄水管順利排到路基外,大大減緩雨水的危害,而且也有利于改善壓實性能,使路基容易達(dá)到設(shè)計要求的密實度。填料的鋪筑一般在基底處沿路堤縱向長度距橋臺背不小于橋頭搭板長度(一般為6 m),與路基相接處按不大于1:1的坡率設(shè)置臺階,回填高度視路堤高度而定,一般取2～4m。二是在路基上部約50cm高度范圍內(nèi)設(shè)置水泥穩(wěn)定粒料改善層,以提高路堤體的剛度。穩(wěn)定層結(jié)構(gòu)一般是沿路堤縱向距橋臺臺背約10m長,用摻加4～6%水泥的水泥穩(wěn)定粒料進(jìn)行改善,與路基相銜接處采用1:1坡率設(shè)置斜坡。2種處理方式均能達(dá)到減少豎向變形和剛?cè)嵬蛔兊某尚?如果2種方式同時選用,則效果更佳。

回填及壓實。為減少橋涵兩端路堤的工后沉降,使橋涵兩端路堤與橋臺結(jié)構(gòu)物的相對沉降盡量小一些,可以采用預(yù)壓方式讓路基排水固結(jié),待路堤沉降基本完成以后再開挖涵洞或橋臺位置土方,然后再施工橋涵。臺后路基填筑前,宜在處理后的地基頂面設(shè)置橫向泄水管或盲溝。臺后回填應(yīng)在完成臺前防護(hù)工程及橋涵上部結(jié)構(gòu)安裝之后進(jìn)行,同時注意結(jié)構(gòu)物兩端對稱填筑施工。臺后回填的壓實質(zhì)量是影響沉降的一個主要因素。由于臺后回填位于路基與橋臺相銜接這個特殊位置,成為碾壓的一個薄弱環(huán)節(jié),壓路機(jī)難以碾壓到位,用大噸位機(jī)械振動碾壓,振動力太大,對橋(涵)臺有影響。因此,臺后回填近橋臺處的壓實機(jī)械宜選用小型壓實機(jī)具,分層厚度要小(宜取1O～15cm)。只要嚴(yán)格控制每層填筑厚度及碾壓遍數(shù),即可以達(dá)到壓實標(biāo)準(zhǔn)的要求。對于機(jī)械碾壓不到位之處,應(yīng)及時采用人工補充夯實。對每層填筑質(zhì)量實施檢測,力求壓實度達(dá)到96 以上,這對減少工后沉降是極為有利的。

3.3 路面處理

3.3.1 設(shè)置橋臺搭板

搭板設(shè)置可使柔性路堤產(chǎn)生的較大沉降逐漸過渡至剛性橋臺上,使車輛通過時減少跳躍。橋頭搭板長度設(shè)計應(yīng)根據(jù)路基的容許工后沉降值計算確定,常取3～15m(當(dāng)超過8ITI長時。宜設(shè)計成兩段式或三段式搭板)。當(dāng)橋頭引道為水泥混凝土路面時,搭板的縱坡可采用與路面設(shè)計縱坡平行的方式(稱為平置式搭板);當(dāng)橋頭引道為瀝青混凝土路面時,則搭板的遠(yuǎn)臺端常置于路面面層與基層之間(稱為斜置式搭板)。為預(yù)防搭板下沉,也可在搭板上先鋪設(shè)一層瀝青混凝土面層,通車后如搭板下沉,視下沉量可在其上再加鋪瀝青混凝土或瀝青砂。

3.3.2 設(shè)置變厚式埋板

為避免二次跳車,常在搭板的尾端加設(shè)一段淺埋的變厚式埋板,其長度一般取3～5m。對于水泥混凝土路面,也可將與搭板連接處的路面板改為變厚式板。在搭板、埋板或變厚式板的下層,為保證與橋臺連接部位的剛?cè)釋哟卧谒胶痛怪狈较蚓軡u次變化,建議采用強(qiáng)度及回彈模量均高于其他路段相對應(yīng)的路面結(jié)構(gòu)層材料,以提高該部位的整體受荷和抗沖擊能力,有利于減少錯臺幅度,調(diào)整不均勻沉陷,改善橋頭跳車或二次跳車現(xiàn)象。

結(jié)束語:

軟基路段橋涵施工難度較大,且產(chǎn)生橋頭跳車的原因較多,要解決跳車問題,主管部門要認(rèn)真對待,從設(shè)計著手,精心制定出周密合理的設(shè)計方案。監(jiān)理單位、施工單位加強(qiáng)質(zhì)量意識教育,嚴(yán)格照圖施工,嚴(yán)格執(zhí)行監(jiān)理工作程序,控制好每道工序,從根本上解決跳車原因。