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淺談土工格室處理高速公路橋頭跳車的應用技術

發布時間:2018-12-21 17:58   閱讀:次   字號:  

橋頭跳車是指由於橋涵構造物與橋涵台後的路堤之間的沉降差超過某一限定值造成汽車經過該路段時車輪產生上下振動的現象。一般認為當這種沉降差達到1.5cm以後就會給司機帶來明顯的不舒適感。橋頭跳車不僅影響了行車的速度與舒適性,降低了道路的通行能力,加速了橋台台背、橋頭伸縮縫以及接縫路麵的破壞,而且是道路交通安全的重要隱患之一,嚴重影響了高速公路的社會效益。

土工格室

1橋頭跳車產生的原因

1)剛度差異。橋台屬於剛性結構,而路基屬於柔性的,在車輛的交變荷載作用下,不但會產生彈性變形,而且會產生較大的不可恢複的塑性變形。此種塑性變形隨著時間的不斷積累,往往會大大超過橋台的沉降而產生二者的差異沉降,從而導致橋頭跳車。

2)路堤壓縮沉降。台後填料一般為滲透性材料,存在著多孔隙。由於施工作業麵狹小,同時也是為了保證結構物本身的安全,使得大型壓實機具難以啟用,而小型設備又很難達到較好的壓實效果,這就不可避免地造成此段壓實度不足,甚至存在壓實盲區。由於台後填土較高,隨著時間推移,也會不可避免的產生沉降。

3)地基下沉。橋頭路基填築高度一般較大,會產生較大的基底應力,在路堤自重和車輛荷載作用下,更容易引起地基沉陷,且變形穩定曆時往往持續數年乃至數十年。所以由於地基土質不良而造成的地基沉陷是橋頭跳車的主要原因。

4)施工措施不當。橋台背施工具有一定的特殊性,某些施工單位沒有做嚴格的地基處理,沒有嚴格按施工規程作業,施工時沒有按分層填築、分層碾壓、分層檢測“三分法”施工,用料沒有把好質量關,壓實度沒有達到要求。對路麵銜接處排水措施沒有做好,橋台處的防護工程不到位,致使錐坡土體受到長期衝刷或台後排水不利,橋台防護工程處理不當,會使錐坡土體因受到長期衝刷而失去穩定性或台後填土因排水不利而長期處於潮濕狀態,致使土體強度降低,這些人為因素使高填土引道不穩定,工後沉降大,且不均勻,是造成跳車現象主要原因之一。

2常用處治對策及存在問題

1)設置橋頭鋼筋混凝土搭板。在橋頭設置鋼筋混凝土搭板是防治橋頭跳車的一項主要輔助措施。搭板的一端支承在台背上,用錨栓固定,另一端可直接置於石灰穩定土或路麵基層上,有時也在搭板下設枕梁。搭板的受力形式多種多樣,在頂、底麵配置足夠數量的受力鋼筋,搭板的下麵設石灰穩定土或碎礫石墊層。由於實際施工中搭板長度都較短,設置橋頭搭板對於較大的差異沉降仍舊無能為力。且易在枕梁處發生局部下沉造成二次跳車,重交通荷載作用下搭板有可能折斷。

2)加筋土路堤結構。通過土工格柵加筋來處理橋頭跳車的方法正越來越多地受到人們的重視,做法是在台後路基中分層埋設加筋材料。其不但能將台後路基與橋台交界處的台階式沉降變為連續的斜坡式沉降,還能減小路堤下沉,試驗結果表明,當路橋過渡段內發生連續斜坡式沉降的總沉降量在4 cm~5 cm時,對於剛性路麵的正常使用影響不大,能消除跳車現象。但是,土工格柵作為一種平麵結構,對路基剛度的提高作用不大,對土體側向變形的限製也很有限,但對填料的要求卻比較高,更重要的是土工格柵消化的隻是部分的路基壓縮變形,不能消化由於地基沉降所產生的變形量,而地基沉降在大多數的橋頭跳車的情況中起著主要作用。因此,用土工格柵來處理橋頭跳車在地基條件較好的情況下是有利的,但不能從根本上解決橋頭跳車現象。

3)地基處理。地基處理有多種方法,如換土墊層法,強夯法,粉噴樁、旋噴樁等。地基處理的方法是有效的,但其不能根本消除軟基沉降現象,其工後沉降值一般情況下都遠遠大於樁基橋台的沉降量。

4)嚴格控製橋頭路堤的壓實度。嚴格控製橋頭路堤的壓實度,對於壓路機無法到達的區域,應采用小型振動式壓路機分層碾壓。增加台後填土的密實度,提高壓實度標準有利於減小變形量橋台與路堤銜接處產生差異沉降。但是根據有關資料的調查研究表明,因為橋台填土較高,路基的累計壓縮沉降也是很大的。同時不同填料即使壓實度相同,在同一荷載作用下其變形是不相同的。強度小、剛度小的材料變形較大,粘性土相對於砂土其變形就大得多。顯然,僅用壓實度指標控製台背填築很難有效地避免較大差異沉降的產生。
  5)選擇優質路堤填料與輕質路堤填料。台背一定範圍內采用模量比較大、容易壓實的材料進行換填,例如石灰土、水泥級配碎石等,也可采用輕質路基填料如氣泡混合輕質土、泡沫聚苯乙烯、粉煤灰等。通過換填可以大為減小路基的壓縮變形,但換填材料往往造價偏高,從而加大工程投資。
  3橋頭跳車新型處理技術――土工格室柔性搭板
  1)土工格室柔性搭板的結構型式。土工格室柔性搭板是利用土工格室加固層新穎的立體結構和獨特的加固機理,形成整體性好、剛度較大的柔性結構層,采用模量漸變原理:同時考慮地基和路基2個部分沉降因素,在路橋過渡段設置楔形加固區,柔性結構層一端固定於橋台,另一端與路基相連,實現剛性橋台與柔性路基模量的平穩過渡,消除過大的差異性沉降,形成平緩的沉降過渡段,達到防治橋台跳車的目的。土工格室柔性搭板布置按橋台類型的不同而分為重力式、樁柱式、肋板式等3種基本型式,根據橋台的高度,分布3~6層土工格室,從底層至麵層長度逐漸遞增,形成楔形。
  2)土工格室柔性搭板作用機理。土工格室柔性搭板不同於一般意義上的土工格柵加筋土,在土工格室加筋土結構中,筋材麵與大主應力作用方向是重合的:即土工合成材料麵不垂直於大主應力方向。在土工格室中充填砂石或其他材料,則土工格室與填料所構成的這種複合體,其抗拉、抗剪強度和整體性遠遠高於無筋土。若將這種複合體視為傳統意義上的加筋材料,則加筋麵即為水平麵,土與“加筋”的接觸麵也為水平麵,這種加筋土結構與一般意義上的加筋土結構相同,而土與“加筋”的接觸麵即為土與土的接觸。

4土工格室柔性搭板適應性分析與工程應用

1)適應性分析。土工格室柔性搭板處治措施,其適應範圍較土工格柵更為廣泛。由於土工格室本身就能對所填材料施加一定的側限,所以對填築材料沒有過多的要求。此外,土工格室具有“網兜支撐效應”,對地基附加應力有一定的消減作用,因此其對地基的要求也較土工格柵低。土工格室處治效果與其和填料組成的複合體的模量有很大的關係,一般來說,填料的模量越大,複合體的模量也越大。

2)工程應用。中鐵十一局二公司在連霍高速公路清水至嘉峪關段施工中,全線橋梁台背均采用土工格室製作差異沉降柔性搭板,專門治理“橋頭跳車”的通病。土工格室使用普通的路基填料,可以代替常規方法的大量灰土或水泥級配碎石等。 工程綜合造價與常規方法處理橋頭跳車的造價相當或便宜,但效果和使用壽命成倍提高。連霍高速公路清水至嘉峪關段自2006年建成通車,有效的減少了橋頭跳車的影響,提高了高速公路的行車速度與舒適性,減少了對道路的破壞。

5結束語

綜上所述,處理橋頭跳車的方法多種多樣,但每種方法都有其優缺點,施工時應根據實際情況選用適宜的處治方法,需要從設計、施工、養護各方麵綜合治理。土工格室柔性搭板處治方法是一種新興的處治方法,其不僅減小了剛度差異,且有效減小了路堤壓縮沉降與地基沉降,在一些工程施工中已有應用,實踐證明其處治效果好,值得推廣。

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