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摘要：根據(jù)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了橋頭跳車的原因，提出了碎石與改良土正梯形間隔鋪設(shè)臺(tái)背，使剛性橋臺(tái)平穩(wěn)過(guò)渡到柔性道路的一側(cè)。土工格柵提高路基的抗變形能力。通過(guò)注漿提高路基的整體性。...

多元法處理高填土橋頭跳車的應(yīng)用研究

張峰輝

(石家莊鐵道學(xué)院，河北石家莊050043)

    隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，與之相適應(yīng)的公路建設(shè)步伐越來(lái)越快，高等級(jí)公路的工程建設(shè)質(zhì)量越來(lái)越受到重視。實(shí)踐證明，橋頭跳車現(xiàn)象是公路建設(shè)中常見(jiàn)的質(zhì)量缺陷之一，也是多年來(lái)困擾公路建設(shè)行業(yè)的難題。國(guó)內(nèi)研究與橋頭跳車相關(guān)問(wèn)題的文章，多數(shù)分析了引起的原因并提出了簡(jiǎn)單的措施，有的提出了單獨(dú)使用注漿法或注漿與土工格柵相結(jié)合的方法來(lái)解決橋頭跳車；國(guó)外由于機(jī)械設(shè)備的發(fā)展，大型壓實(shí)機(jī)械廣泛應(yīng)用于路基路面壓實(shí)，故重點(diǎn)研究如何降低路基沉降，以及多種方法解決橋頭跳車問(wèn)題。

    橋頭跳車主要是橋臺(tái)和路面連接處出現(xiàn)了明顯的高程差，并伴有逐步向路面發(fā)展的裂縫。輕者使汽車車輛通過(guò)時(shí)產(chǎn)生輕微跳動(dòng)和沖擊，造成行車的不舒適感，并造成對(duì)橋梁和路面的附加沖擊荷載，重者使通行的車輛大幅度減速或造成嚴(yán)重的交通事故。因此，對(duì)公路橋頭跳車病害形成的原因進(jìn)行認(rèn)真分析并找出相應(yīng)的防治措施，最大限度地降低橋頭與路面的高程差，使之符合設(shè)計(jì)要求，對(duì)保持高等級(jí)公路運(yùn)行的快捷、安全和舒適具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.橋頭跳車的原因

    1.1臺(tái)背填料

    1.1.1臺(tái)背填料的選擇

    臺(tái)背填料選擇不合適時(shí)，容易產(chǎn)生較大的沉降，導(dǎo)致橋頭跳車的發(fā)生。

    當(dāng)臺(tái)背填料選擇碎石時(shí)，宜選用顆粒級(jí)配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬的圓礫、卵石、碎石等，料中不得含有植物殘?bào)w、垃圾等雜物，且含泥量不宜過(guò)大。當(dāng)選擇改良土?xí)r，應(yīng)控制孔隙率不宜過(guò)大，含水量宜控制在最佳含水量附近，承載力應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

    1.1.2臺(tái)背填料的壓實(shí)

    高等級(jí)公路臺(tái)背填料的壓實(shí)，采用重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)或壓實(shí)度要求在95％以上。但是由于受工期、施工條件等一些客觀因素的影響，以及壓路機(jī)受到橋臺(tái)的限制，碾壓困難，對(duì)緊靠  橋臺(tái)的填土難以碾壓到位。尤其是對(duì)于一些u型、肋式橋臺(tái)，可能受到尺寸的限制，壓實(shí)機(jī)械難以壓實(shí)到位，導(dǎo)致漏壓或壓實(shí)度不足等現(xiàn)象。

    1.2地基處理的方法

    由于橋臺(tái)一側(cè)的地基處理一般采用樁基或經(jīng)人工處理的擴(kuò)大基礎(chǔ)，再由剛性很大的堅(jiān)石砌筑或鋼筋混凝土現(xiàn)澆而成，具有較大的整體剛度，自身壓縮幾乎為零；而與橋臺(tái)相連的道路一側(cè)地基處理則采用加固土體經(jīng)碾壓而形成，剛度較小、柔性較大的彈塑性體，從抗變形能力來(lái)看遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及橋臺(tái)，因而橋頭兩側(cè)在壓縮沉降方面產(chǎn)生了明顯差異。另外由于橋頭兩側(cè)剛度不同，柔性材料對(duì)能量的吸收要比剛性材料大，故在剛?cè)嵬蛔兲幈厝灰�起振�?dòng)的突變，產(chǎn)生跳車。

    此外，地基條件的差異、重橋輕路的觀念以及設(shè)計(jì)和施工等方面的問(wèn)題都是引起橋頭跳車的原因。

2.解決橋頭跳車的措施——多元法施工

    2.1臺(tái)背采用級(jí)配良好的碎石及改良土

    為了保證剛性橋臺(tái)與柔性道路的平穩(wěn)過(guò)渡，采用正梯形分層鋪設(shè)臺(tái)背填料，并控制分層鋪設(shè)厚度。碎石層為奇數(shù)層，層厚為300 mm；改良土為偶數(shù)層，層厚為500 mm。每層壓實(shí)遍數(shù)與填筑含水量等應(yīng)通過(guò)工地試驗(yàn)確定。為保證分層壓實(shí)質(zhì)量，應(yīng)控制機(jī)械碾壓速度，一般平碾為2 km／h；羊足碾為3 km／h；振動(dòng)碾為2 km／h。碎石層宜采用振動(dòng)碾，改良土層可采用平碾。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)根據(jù)施工方法的不同控制最優(yōu)含水量。對(duì)于機(jī)械難以碾壓或漏碾的部分，可以采用小型機(jī)械補(bǔ)夯，提高橋頭路堤壓實(shí)度。

    2.2土工格柵的應(yīng)用

    土工合成材料(Geosynthetics)是以人工合成聚合物為原料的材料總稱，它是巖土工程領(lǐng)域中的一種新型建筑材料。土工格柵(Geogrid)是由有規(guī)則的網(wǎng)狀抗拉條帶形成的用于加筋的土工合成材料。其開(kāi)孔可容周圍土、石或其他材料穿入國(guó)內(nèi)外大量的土工格柵加筋工程表明加筋土的作用如下。

    (1)土體抗剪強(qiáng)度有所提高，作用于土體的破壞荷載增大，相應(yīng)的剪切變形較素土小。

    (2)土工格柵具有較高的強(qiáng)度，柔性較好，且能緊貼地基表面使土體上施加的荷載較均勻地分散到整個(gè)地層上，單位加筋土土體面積的受荷減小，提高了土體的抗變形能力。

    (3)加筋土在承受荷載時(shí)，土體的側(cè)向變形受到加筋的抑制，承載能力隨之提高，趨近于在彈性范圍內(nèi)工作。

    土工格柵使用雙向受力，搭接長(zhǎng)度不小于20 cm，鋪設(shè)場(chǎng)地必須平整。避免直接從翻斗車上傾倒導(dǎo)致碎石刺破土工格柵。采用壓路機(jī)碾壓，碾壓至填料無(wú)明顯松動(dòng)為止。土工格柵用于臺(tái)背填土不僅起到了加筋的作用，提高了路基的承載力，而且改善了土體的抗拉、抗壓、抗剪和抗彎能力，對(duì)減少沉降和增加路基穩(wěn)定性起到了積極的作用。

    2.3  注漿在處置橋頭跳車問(wèn)題的應(yīng)用

    注漿法加固臺(tái)背填土是通過(guò)鉆孔和利用注漿設(shè)備把水泥漿液均勻地注入臺(tái)背填土中，漿液以填充、滲透和擠密等方式，趕走土顆粒間和碎石裂隙中的水分和空氣后，占據(jù)其位置，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，漿液將原來(lái)松散的土、石顆粒膠結(jié)為  一個(gè)整體，形成強(qiáng)度大、防水性能高和化學(xué)穩(wěn)定性好的結(jié)石體。

    注漿設(shè)備包括鉆機(jī)、鉆具、注漿泵、攪拌機(jī)、注漿管、止?jié){塞等。可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)選取設(shè)備。

    注漿參數(shù)與耗材選用P0 42．5普通硅酸鹽水泥、潔凈水；水灰比1：1，注漿壓力可選用0．5—1．5 MPa可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)適當(dāng)調(diào)整。注漿花管為650 mm X 2．5 mm的無(wú)縫鋼管。沿鋼管軸線螺旋式等間距鉆出注漿孔，孔眼用膠帶臨時(shí)密封。鋼管底用鋼板焊接密封。

    注漿步驟：鉆孔一安裝鋼花管一檢查注漿設(shè)備一配置水  泥漿一一次注漿一孔口補(bǔ)漿一二次劈裂注漿一路面清理。

    注漿量計(jì)算改良土層可由下式計(jì)算注漿液的體積V  和單位土體所需的漿液量Q。

    式中：a為漿液的影響范圍(m)；p0為注漿壓力(MPa)；a為孔隙水壓力(MPa)；mv為土的壓縮系數(shù)；P為有效灌漿壓力(MPa)。

    鉆孔布置根據(jù)漿液影響半徑和灌漿體設(shè)計(jì)厚度，確定合理的孔距、排距、孔數(shù)及排數(shù)。由于橋臺(tái)與路基應(yīng)從剛性基礎(chǔ)逐步過(guò)渡到柔性基礎(chǔ)，所以鉆孔布置應(yīng)從橋臺(tái)處開(kāi)始布置，由密到稀過(guò)渡到路基一側(cè)。

    2.4設(shè)置橋臺(tái)搭板

    橋臺(tái)搭板設(shè)置可以使產(chǎn)生在柔性路基的較大沉降逐漸過(guò)渡至剛性橋臺(tái)上，使車輛通過(guò)時(shí)跳躍現(xiàn)象大為減少，有效減輕跳車現(xiàn)象。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3—15 m(當(dāng)超8 m時(shí)，宜設(shè)計(jì)成兩段式或三段式搭板。搭板的近臺(tái)端一般擱置在橋臺(tái)前墻頂面或其牛腿上。當(dāng)橋頭引道為剛性路面時(shí)，搭板的縱坡可采用與路面設(shè)計(jì)縱坡平行方式(稱平置式搭板)；而當(dāng)引道為柔性路面時(shí)，則搭板的遠(yuǎn)臺(tái)端常置于路面面層與基層之間(稱斜置式搭板)。為預(yù)防搭板下沉，也可在搭板上先鋪設(shè)一層瀝青面層，通車后搭板若下沉?xí)r，則在其上加鋪瀝青混凝土或?yàn)r青砂。

    圖l中斜線至橋臺(tái)處為正梯形墊層區(qū)，奇數(shù)層為級(jí)配碎石層，偶數(shù)層為改良土層。斜線至路基一側(cè)為改良土加固區(qū)，橋頭搭板下橫線為土工格柵，雙豎線為注漿花管。

3.多元法處理橋頭跳車的步驟

    清理鋪格柵范圍內(nèi)填土30 cm→碾壓→鋪放底層格柵→回填碎石層→碾壓→鋪設(shè)土工格柵→回填改良土→碾壓，重復(fù)上述步驟，鋪土工格柵→回填碎石層→碾壓→注漿鉆孔→下注漿花管→一次注漿→孔口補(bǔ)漿→二次劈裂注漿→孔口補(bǔ)漿→鋪設(shè)橋頭搭板→鋪設(shè)路面。

4.結(jié)束語(yǔ)

    橋頭跳車是高速公路建設(shè)的質(zhì)量通病，嚴(yán)重影響了高速公路的使用功能。通過(guò)多元法處理高填土橋頭跳車問(wèn)題的研究，可得到如下結(jié)論。

    (1)通過(guò)級(jí)配碎石層和改良土填料的組合，嚴(yán)格控制壓實(shí)質(zhì)量能有效提高土體承載能力。

    (2)土工格柵作用于臺(tái)背填土，改善了土體的抗剪、抗拉等性能，提高了路基的抗變形能力。

    (3)注漿使碎石和改良土中空氣和水被水泥漿液置換，使之形成一個(gè)強(qiáng)度大、防水性能高和化學(xué)穩(wěn)定性好的結(jié)石體。

    (4)橋頭搭板使柔性路基產(chǎn)生的較大沉降逐漸過(guò)渡至剛性橋臺(tái)上，使車輛通過(guò)時(shí)跳躍現(xiàn)象大為減少。

    (5)多元法處理橋頭跳車問(wèn)題，有效地組合了每個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)，能大大降低路基與橋臺(tái)的高程差，提高土體的整體抗變形能力。可使橋臺(tái)剛性基礎(chǔ)緩慢過(guò)渡到路基柔性基礎(chǔ)，減輕車輛通過(guò)時(shí)顛簸性及車輛由于跳車對(duì)路面的沖擊。

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(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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