路橋過(guò)渡段差異沉降分析及處理

1、路橋過(guò)渡段差異沉降分析及處理寧夏交通科技   發(fā)布時(shí)間：2008-11-18      摘要：公路是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要命脈，從已投入使用的高等級(jí)公路特別是高速公路來(lái)看，常見(jiàn)的道路病害是：路面在臺(tái)背回填處出現(xiàn)沉陷或斷裂，車輛通過(guò)臺(tái)背回填處跳車。文章對(duì)路橋過(guò)渡段的差異沉降進(jìn)行了分析，并初步提出一些處理措施。     一、前 言     公路是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要命脈，由于其特有的優(yōu)越性和靈活性，發(fā)揮著其他運(yùn)輸方式所不可替代的作用。公路建設(shè)又是國(guó)家最主要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，公路交通事業(yè)

2、的迅速發(fā)展，為經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展注入了強(qiáng)大的活力。     但是，從已投入使用的高等級(jí)公路特別是高速公路來(lái)看，存在著不少問(wèn)題，其中比較常見(jiàn)的道路病害是：路面在臺(tái)背回填處出現(xiàn)沉陷或斷裂，車輛通過(guò)臺(tái)背回填處跳車。而且隨著高速公路的迅速發(fā)展，車輛快速、安全、經(jīng)濟(jì)和舒適的要求越來(lái)越高，這個(gè)問(wèn)題越來(lái)越突出，影響公路使用性能和運(yùn)輸效益的發(fā)揮。因此如何解決臺(tái)背回填處的跳車問(wèn)題，已引起公路建設(shè)行業(yè)的重視，但并未獲得滿意的解決辦法。汽車駛過(guò)橋頭時(shí)，由于沉降差異的臺(tái)階會(huì)激起汽車的振動(dòng)，使司乘人員處于振動(dòng)環(huán)境之中。車輛振動(dòng)會(huì)影響著人的舒適性、工作效能和身體健康。因此本文對(duì)路橋過(guò)渡

3、段的差異沉降進(jìn)行了分析，并提出一些處理措施。     二、過(guò)渡段沉降差異產(chǎn)生的原因分析     目前的路橋過(guò)渡段常采用設(shè)鋼筋混凝土搭板和不設(shè)搭板兩種情況。本文就這兩種情況下過(guò)渡段的沉降機(jī)理進(jìn)行分析。     （一）設(shè)搭板時(shí)的沉降分析     對(duì)于使用鋼筋混凝土搭板的橋頭過(guò)渡段，橋頭搭板的一端擱置在橋臺(tái)背上，另一端通過(guò)枕梁設(shè)在引道土體上。為了便于分析沉降差產(chǎn)生的過(guò)程，我們做出如下假設(shè)：     （1

4、）竣工時(shí)橋面和搭板面的縱坡相等，均為i1；     （2）橋頭沉降過(guò)程中，搭板繞簡(jiǎn)支端轉(zhuǎn)動(dòng)，且可以被視為平直的剛體；     （3）搭板上和橋面上的面層結(jié)構(gòu)和厚度相同，不產(chǎn)生沉降差。     1 橋頭過(guò)渡段沉降差產(chǎn)生的過(guò)程     由于影響因素較多，為了便于分析問(wèn)題，假設(shè)在沉降過(guò)程中存在橋面縱坡i2b等于搭板面縱坡i2a的情況(如圖1)，這樣可以將橋頭沉降過(guò)程分為以下兩個(gè)階段。     圖1設(shè)橋頭

5、搭板時(shí)沉降差異示意圖     第一階段是竣工后至橋面縱坡i2b等于搭板面縱坡i2a時(shí)這一過(guò)程，主要是橋面由于墩臺(tái)產(chǎn)生沉降凡造成縱坡變化(1 = i2a i1)控制，其值不能過(guò)大，否則將造成橋面破壞，伸縮縫擠壞及支座條件變差。因此，各國(guó)的橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范均有限制。     第二階段是橋臺(tái)沉降趨于穩(wěn)定后至整個(gè)引道土體趨于穩(wěn)定。此時(shí)的主要特點(diǎn)是橋面縱坡i2b與搭板縱坡i3不相等，兩者之間稱為縱坡差2，即2 = i3一i2b其大小對(duì)過(guò)渡段的行車舒適性影響很大。     2 沉降差異的表示 

6、;    為了進(jìn)一步分析差異沉降的危害，需對(duì)沉降差異用某一數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)表示。通過(guò)對(duì)沉降差異的形成過(guò)程的分析，我們可以將搭板遠(yuǎn)臺(tái)端部沉降趨于穩(wěn)定時(shí)的總工后沉降量Sa分成兩個(gè)部分，即     SaSb+ S     式中，Sb一橋臺(tái)基礎(chǔ)的預(yù)期工后沉降量；     S一橋臺(tái)與搭板遠(yuǎn)離臺(tái)端下土體之間的差異沉降量。     橋臺(tái)基礎(chǔ)預(yù)期工后沉降量可以用如下公式計(jì)算，即    

7、Sb=12L     式中，1一橋臺(tái)基礎(chǔ)工后沉降值占基礎(chǔ)總沉降值的比例系數(shù)，主要與地基土類型有關(guān)。對(duì)于低壓縮性飽和粘土，10.40；對(duì)于中壓縮性飽和粘土，10.70；對(duì)于高壓縮性飽和粘土，10.85。     2一考慮橋臺(tái)基礎(chǔ)形式的系數(shù)，一般地，對(duì)于摩擦樁基礎(chǔ)，2=1/500；對(duì)于擴(kuò)大基礎(chǔ)，2=1/300。     L一橋梁邊跨跨徑(m)     以L表示搭板長(zhǎng)度，以S表示橋臺(tái)基礎(chǔ)與搭板遠(yuǎn)離臺(tái)端下土體的工后沉降差，2表示橋面縱坡和搭板面縱坡的差異值。如圖1

8、所示，得到以下關(guān)系式 S（12）×L     由此可見(jiàn)，橋臺(tái)與引道土體容許沉降差并不是一個(gè)常數(shù)，而是與縱坡差和搭板長(zhǎng)度均有關(guān)系。     （二）未設(shè)橋頭搭板時(shí)的沉降分析     未設(shè)置橋頭搭板的水泥混凝土路面、瀝青混凝土路面，由于橋臺(tái)和引道土體沉降差異在橋頭形成一個(gè)陡坎或臺(tái)階(如圖2所示)。從行車安全和舒適性來(lái)看，臺(tái)階對(duì)行車的影響比設(shè)置搭板時(shí)的影響要大。     圖2 未設(shè)橋頭搭板時(shí)沉降差異示意圖  

9、60;  未設(shè)置橋頭搭板時(shí)，由于橋臺(tái)和引道土體沉降差異在橋頭形成一個(gè)陡坎或臺(tái)階。為了便于分析，也將工后引道土體沉降趨于穩(wěn)定時(shí)的總沉降量Sa分成兩個(gè)部分，即     SaSb+ S     式中，Sb一橋臺(tái)基礎(chǔ)的預(yù)期工后沉降量；     S一橋臺(tái)與引道土體之間的差異沉降值；     S就是臺(tái)背產(chǎn)生的臺(tái)階高度，對(duì)行車舒適性的影響很大。     三、路橋過(guò)渡段沉降病害處治的措施 &#

10、160;   臺(tái)背過(guò)渡段的差異沉降是眾多因素的影響而形成的。要解決這個(gè)問(wèn)題，就必須從多個(gè)方面入手，對(duì)于不同的影響因素采用相應(yīng)的方法解決。     （一）臺(tái)背地基處理     地基可以分為天然地基與人工地基。直接放置基礎(chǔ)的天然土層稱為天然地基。如果天然地基土質(zhì)過(guò)于軟弱或有不良的工程地質(zhì)情況，需要進(jìn)行人工加固或處理后才能修筑基礎(chǔ)，這種處理過(guò)的地基稱為人工地基。     對(duì)于軟土地基處理，目前國(guó)內(nèi)已有換土法、超載預(yù)壓法、排水固結(jié)法、高壓噴射注漿法、振動(dòng)碎石樁法、

11、深層攪拌樁、擠密砂樁等方法，下面介紹采用深層攪拌法加固橋頭軟基的方法。     深層攪拌法是用于加固飽和粘性軟土地基的一種方法。深層攪拌法是20世紀(jì)60年代由日本和瑞典分別開(kāi)發(fā)的軟土加固技術(shù)。目前應(yīng)用最多的為粉噴樁，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體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、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，從而提高橋頭軟土地基的承載力，減少沉降量(特別是工后沉降量)，縮短固結(jié)期，提高邊坡穩(wěn)定性。 

12、60;   采用石灰粉噴樁加固軟粘土，其原理與公路常用的石灰加固土基本相同。石灰與軟土主要發(fā)生以下作用：石灰的吸水、發(fā)熱、膨脹作用；離子交換作用；碳酸化作用(化學(xué)膠結(jié)作用)、火山灰反應(yīng)以及結(jié)晶作用。這些作用使土體中水分降低、土顆粒微聚而形成較大的團(tuán)粒，同時(shí)土體化學(xué)反應(yīng)生成復(fù)合水化物在水中逐漸硬化而與土顆粒粘結(jié)一起從而提高了地基的物理力學(xué)性質(zhì)。水泥攪拌樁加固軟粘土地原理是在加固過(guò)程中發(fā)生水泥的水解和水化反應(yīng)；水泥水化生成鈣離子與土粒的納離子交換使土粒形成較大團(tuán)粒。這些反應(yīng)使土顆粒形成凝膠體和較大顆粒；顆粒間形成峰高狀結(jié)構(gòu)；生成穩(wěn)定的不容于水的結(jié)晶化合物，從而提高軟土強(qiáng)度。&#

13、160;    一般對(duì)攪拌樁的設(shè)計(jì)主要從以下幾個(gè)方面考慮：     1 攪拌樁的設(shè)計(jì)，包括確定樁長(zhǎng)和選擇粉體固化劑(如水泥或石灰)的摻入量；     2 置換率和樁數(shù)的計(jì)算；     3 樁位的平面布置；     4下臥層地基的驗(yàn)算。     對(duì)于利用深層攪拌法處理臺(tái)后路基時(shí)，應(yīng)當(dāng)特別考慮樁長(zhǎng)及置換率。據(jù)資料表明，一般認(rèn)為樁長(zhǎng)在l0m左右比較有效，置換率以15%25%

14、最佳。工程中通常路中央處的樁較長(zhǎng)，路肩處較短；在近橋臺(tái)處樁長(zhǎng)些，在一般路段處樁短些。     粉噴樁固結(jié)法適用于深層淤泥爛粘土地基，加固效果明顯，工后沉降少。施工過(guò)程中路基填土速率不受限制，且無(wú)振動(dòng)、無(wú)污染，對(duì)周圍環(huán)境和建筑物無(wú)不良影響，近年來(lái)已得到廣泛應(yīng)用。粉噴樁對(duì)加固有機(jī)質(zhì)含量較高的軟粘土效果較差；不適應(yīng)在地下中含有硫酸區(qū)域內(nèi)施工；冬季施工時(shí)易受氣溫的影響。缺點(diǎn)是一是造價(jià)較高，二是設(shè)計(jì)計(jì)算方法不成熟，尚待進(jìn)一步完善，另外，攪拌樁的質(zhì)量檢測(cè)也缺少全面的規(guī)范，而且影響攪拌樁質(zhì)量問(wèn)題的關(guān)鍵因素(粉體的計(jì)量問(wèn)題)目前還未得到很好的解決。  

15、;   （二）橋頭路基設(shè)計(jì)     橋頭過(guò)渡段路基必須密實(shí)、穩(wěn)定而均質(zhì)。影響路基強(qiáng)度和穩(wěn)定的地面水和地下水，必須從采取攔截或排出路基以外的措施。一般要求填土處于干燥或中濕狀態(tài)，過(guò)濕狀態(tài)或強(qiáng)度與穩(wěn)定性不符合要求的潮濕狀態(tài)的填土，必須經(jīng)過(guò)處理。     在臺(tái)背回填區(qū)范圍內(nèi)宜選用摩擦角大、強(qiáng)度高、壓實(shí)快、透水性好的填料，如巖渣、礫石、砂礫等。同時(shí)選用內(nèi)摩擦角較大的填料也有利于從臺(tái)背縫隙中滲入的雨水沿盲溝或泄水管順利排到路基外，從而減緩雨水的危害，而且也有利于改善壓實(shí)性能，使路基容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度

16、。同時(shí)考慮到減輕路堤自重，有效降低地基應(yīng)力，減少沉降并增大安全系數(shù)，可采用輕質(zhì)材料如粉煤灰等，用粉煤灰填筑橋涵臺(tái)背，可以大大降低路堤對(duì)地基的荷載，有利于減少地基沉降以及路基對(duì)橋臺(tái)的側(cè)壓力。近年來(lái)，有采用泡沫苯乙烯等工程塑料作為橋頭填料，可大大減輕路堤體的重量，能成功的遏止橋涵連接路堤的過(guò)度沉陷，其缺點(diǎn)是在汽油或柴油作用下有溶解傾向，并且價(jià)格昂貴。    臺(tái)背回填位于臺(tái)背這個(gè)特殊位置，壓路機(jī)難以碾壓到位，且機(jī)械振動(dòng)力太大時(shí)，對(duì)臺(tái)墻會(huì)造成影響，因此臺(tái)背回填料的壓實(shí)質(zhì)量是影響臺(tái)背回填沉降及跳車的一個(gè)重要因素。高速公路橋臺(tái)、涵身背后和涵洞頂部的填土壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)，從填方基底或

17、涵洞頂部至路基頂面均為95，填料分層松鋪厚度宜小于20cm，當(dāng)采用小型夯具時(shí)，松鋪厚度不宜大于15cm。     （三）路面處理     路橋連接處設(shè)置橋頭搭板，可以使在柔性路堤產(chǎn)生的較大沉降逐漸過(guò)渡到剛性橋臺(tái)上。搭板的近臺(tái)端至于橋臺(tái)上，搭板與橋臺(tái)通過(guò)錨筋相連，并在搭板與橋臺(tái)接縫填入瀝青瑪蹄脂防治水分滲入。搭板的遠(yuǎn)臺(tái)端擱置在路基上，路基沉降后搭板會(huì)產(chǎn)生縱向滑移，為此，必須在臺(tái)頂與搭板之端間設(shè)置錨栓。搭板形式分為等厚、變厚度和臺(tái)階形三種。橋頭搭板長(zhǎng)度設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)路基的容許工后沉降值計(jì)算確定，常取3m15m(當(dāng)超過(guò)8m時(shí)，宜設(shè)計(jì)成兩段式或三段式搭板)。由于在枕梁處發(fā)生局部下沉造成這一部位的跳車，搭板和路堤的銜接處也會(huì)有二次跳車產(chǎn)生，為避免二次跳車，可以在搭板尾端加設(shè)一段淺埋的變厚式埋板，其長(zhǎng)度一般取3m5m，對(duì)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。     （四）其他處理     在設(shè)計(jì)和施工中，應(yīng)保證施工中的排水坡度，設(shè)置必要的地下排水設(shè)施。在臺(tái)背回填土?xí)r可沿整個(gè)臺(tái)背豎直面用間斷級(jí)配碎石或礫石材料做透水層，以利于排除滲入土體的積水或因凍融產(chǎn)生的游離水，使土體保