王 棟,劉振京

(1.滄州市建筑設(shè)計研究院有限公司,河北 滄州 061001;2.河北工程技術(shù)高等專科學(xué)校,河北 滄州 061001)

橋頭跳車是指橋臺與臺后路堤產(chǎn)生不均勻沉降,當(dāng)沉降差超過某一限定值時,車輛經(jīng)過該路段時產(chǎn)生的上下振動現(xiàn)象,給司乘人員帶來不舒適感覺。隨著我國公路建設(shè)的迅猛發(fā)展,在公路運(yùn)營中出現(xiàn)的橋頭跳車成了一個比較普遍的病害現(xiàn)象。分析橋頭跳車的成因,重視緩解橋頭不均勻沉降的方法和措施,對防治和控制橋頭跳車病害有著積極意義。

1 橋頭跳車的成因

由于樁基橋臺的剛度要比路堤大得多,因此一般樁基橋臺在竣工后沉降已基本完成,或以后的沉降很小;而高填土路堤的壓縮性大,在車輛荷載的反復(fù)作用下將產(chǎn)生較大壓縮變形。因此兩者的不均勻沉降是產(chǎn)生橋頭跳車的主要原因。

1.1 路基沉降

一般情況下橋臺構(gòu)筑物先行施工,待一般路基段路基成型后,方對橋臺后缺口進(jìn)行填筑施工,由于作業(yè)空間小,壓路機(jī)將無法到位,填料壓實效果較差,導(dǎo)致路基壓實質(zhì)量下降,在車輛荷載的作用下引起該處路基沉降增大。

1.2 地基的沉降

橋涵結(jié)構(gòu)一般位于溝壑地段,與離開橋臺較遠(yuǎn)路段的地基相比,地下水位高,孔隙比、含水率都較大,強(qiáng)度低,壓縮性大,大多屬于軟弱地基;臺背處路堤的填筑高度高于一般路段 5～10 m,產(chǎn)生的基底壓力也相對較大,因而臺背填筑地段的沉降量要大于遠(yuǎn)離橋臺路段的地基變形,即導(dǎo)致橋路銜接處地基的不均勻沉降。

1.3 雨水作用

路基與臺背接頭處常常會產(chǎn)生細(xì)小裂縫,當(dāng)雨水滲入后削弱了路堤土的力學(xué)性質(zhì),使土質(zhì)變軟,導(dǎo)致該處路基沉降增大形成跳車病害。

2 橋頭跳車的防治措施

2.1 地基處理方法

臺后軟土地基的處理是防治和控制橋頭跳車的重要措施。目前國內(nèi)常用方法較多,在工程中應(yīng)根據(jù)地基土的性質(zhì),周圍的環(huán)境,經(jīng)濟(jì)等情況綜合考慮來選擇合理的方法,以提高地基的承載力,減小沉降。

1)深層攪拌法

將水泥漿或水泥粉(稱為固化劑)由攪拌頭注入地基中,使軟土和固化劑強(qiáng)制拌和均勻。固化后成為強(qiáng)度大,壓縮性小的水泥土樁,與樁周土形成復(fù)合地基,從而提高地基承載力及變形模量。根據(jù)施工工藝的不同分為水泥漿攪拌法和粉體噴攪法兩種[1]。從實踐經(jīng)驗看,當(dāng)路堤高度不超過 6 m,且粉噴樁達(dá)到相對硬層時,處理效果較好,可減少總沉降量的 30%～50%;攪拌樁樁長 10 m左右比較有效,置換率以 15%～25%最佳。橋臺處樁長些,近一般路段處則短些。

2)灰土樁擠密法

用石灰和土按體積比 2∶8或 3∶7拌合均勻,并填入樁孔內(nèi)分層夯實后形成樁。由于石灰內(nèi)帶正電荷的鈣離子與帶負(fù)電荷的粘土顆粒相互吸附,形成膠體凝聚,并隨灰土齡期的增長,土體固化作用提高,使灰土的強(qiáng)度逐漸增大。在力學(xué)性質(zhì)上可擠密地基,提高地基承載力,減小沉降[1]。一般最佳樁長為12 m左右,置換率在 15%左右。

3)超載預(yù)壓法

該法的原理是正式修筑工程之前,在軟土地基上先放置大于設(shè)計路堤的荷載(如堆砂石等材料)進(jìn)行預(yù)壓,使地基先產(chǎn)生大量沉降而壓實,待沉降基本穩(wěn)定后去除超載部分,再開始修筑路堤結(jié)構(gòu)。這樣地基的大部分變形在預(yù)壓階段完成,使路堤的工后沉降量減小[1～2]。在實際工程中預(yù)壓處理地基,地表須鋪設(shè)大于0.4m的砂墊層,并設(shè)置相連的排水盲溝,為了加快預(yù)壓階段地基的固結(jié)變形,常常采用在地基中打入塑料排水板或打砂井,以加快軟土地基的排水固結(jié)。塑料排水板長一般在 15 m左右為宜,間距適當(dāng)小些。砂井的砂料宜選用中粗砂,含泥量應(yīng)小于3%,砂井的灌砂量按中密實狀態(tài)的干密度值計算,實際灌砂量不得小于計算值得95%。

4)土工格柵

在橋臺臺背填土中放入土工格柵,土粒嵌入網(wǎng)格內(nèi)產(chǎn)生較大摩阻力,使臺背處局部范圍內(nèi)單位面積上的垂直荷載減小;同時發(fā)揮土工材料的抗拉強(qiáng)度,提高了土體的抗剪強(qiáng)度,約束了土體的側(cè)向變形,從而提高了地基承載力,有效減小路堤變形,縮小橋頭沉降差[3]。在實際工程中,土工格柵鋪網(wǎng)長度應(yīng)大于5 m且不應(yīng)小于0.75倍的橋頭高,鋪層間距以 50cm左右為宜,土工格柵應(yīng)張拉錨固于橋臺背處,填土的壓實度以 0.85～0.9比較合適。

2.2 設(shè)計措施

在橋頭路堤的施工設(shè)計過程中若能采用下面一些措施,將對緩解橋臺與路堤的不均勻沉降非常有利。

圖1 臺后排水措施示意圖

1)設(shè)置泄水管或盲溝。臺后路基填筑之前,在處理后的地基土拱上設(shè)置泄水管或盲溝,如圖 1所示。在橫坡為3%～4%的夯實粘土拱上挖一條雙向排水地溝(其尺寸一般寬為40～60cm,深為30～50cm),之后橫向滿鋪一層隔水材料作為隔水層,在地溝內(nèi)再鋪設(shè)硬塑料泄水管(d≥10cm,其上有孔徑為5cm小孔),布成梅花形,間距控制在 10cm以內(nèi),其出口應(yīng)伸出路基或橋頭錐坡外。泄水管四周再填筑粒徑較大的透水材料。隔水層上滿鋪一層透水性材料,其上再分層填筑至路基頂面。橫向盲溝的設(shè)置與以上設(shè)置相同,取消泄水管,采用大粒徑碎石材料填筑地溝。用土工布包裹盲溝出口處并對其作必要處理。

2)設(shè)置過渡性路面。在處理橋頭不均勻沉降中,有時采用在橋頭兩端一定長度范圍內(nèi)鋪設(shè)過渡性路面的方法,待路堤沉降基本完成后,再改鋪原設(shè)計路面。常用的過渡性路面有預(yù)制水泥混凝土塊、條石鋪砌、半剛性過渡層、瀝青過渡層等[3]。

3)設(shè)置搭板和枕梁。搭板的設(shè)置是為了緩解橋頭接坡段路線的縱坡變化,使柔性路堤產(chǎn)生的較大沉降逐漸過渡到橋臺地段,避免橋臺處臺階的出現(xiàn),以調(diào)節(jié)橋路之間的不均勻沉降。因而在公路建設(shè)中得到了普遍的應(yīng)用,效果較好[3]。工程中枕梁作為搭板的一個支點(diǎn)是為了平衡(或過度)搭板兩端的不均勻沉降,由于枕梁下路基受集中應(yīng)力作用,為了防止沉降,該路基應(yīng)作適當(dāng)處理,布置石灰樁或水泥碎石樁;同時枕梁的截面底部寬度應(yīng)適當(dāng)大些,具體值以使搭板尾端和路基變形一致為控制標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 施工措施

選擇透水性好、內(nèi)摩擦角大的材料(巖渣、碎石等),能夠有效地減少臺后路基的沉降量。在實際工程中使用石灰土進(jìn)行臺后填筑效果較好。透水材料的填筑長度一般在基底處控制在 2 m以上,與路基銜接處一般放置小于等于1∶1的斜坡,也可用臺階形式。臺背填料的壓實度應(yīng)控制,在路床頂面下 0～80cm內(nèi)大于0.95,80～150cm內(nèi)大于0.93,150cm以下大于0.90,施工過程中應(yīng)嚴(yán)格按有關(guān)施工規(guī)范施工,控制每層填筑厚度、碾壓遍數(shù)。以干密度或孔隙率對每層填筑質(zhì)量進(jìn)行檢測[4]。

3 結(jié)語

1)橋頭跳車是由于橋臺臺背填土在行車荷載作用下塑性變形的積累和固結(jié)沉降,以及地基自身的壓縮變形引起的,而施工質(zhì)量不夠嚴(yán)格規(guī)范又加劇了跳車現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2)對橋頭處軟弱地基處理是非常必要的,工程實際中應(yīng)結(jié)合經(jīng)濟(jì)、安全、工期、土質(zhì)等實際情況選擇合理的處理措施和施工方法。

3)橋臺搭板是一種緩和(過渡)橋臺與路堤之間沉降差比較有效的措施,其設(shè)計、配筋計算、結(jié)構(gòu)及施工有待進(jìn)一步完善。

4)合理規(guī)范的施工是工程質(zhì)量的保證。橋臺路堤施工中更要注重壓實度和排水設(shè)置的設(shè)計。

[1]陳希哲.土力學(xué)與地基基礎(chǔ) [M].北京:清華大學(xué)出版社,2006.

[2]葉書麟,韓杰,葉觀寶.地基處理與托換技術(shù) [M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1995.

[3]程翔云.橋頭跳車防治綜述 [J].公路,1997,(12).

[4]王亦麟.軟土地基橋頭跳車處理探討 [J].公路交通科技,2000,(1).