路橋過渡段施工病害原因及防治探討
2015-05-13
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車超重運(yùn)輸是公路運(yùn)輸?shù)囊淮笸ú １疚木吐窐蜻^渡段路基路面施工病害防治的相關(guān)問題進(jìn)行了分析及防治的措施。
1、路橋過渡段路基路面沉陷的成因和常見病害原因的分析
路橋過渡段沉陷的根本原因是由于路基與橋臺(tái)的剛度差異懸殊，路基填料固結(jié)程度差，強(qiáng)度相對(duì)較低，要改善二者的剛度差，使橋臺(tái)-路基的剛度均勻漸變。首先需找出過渡段剛度不能均勻漸變的主要原因，再采取措施，才能使得行車平順。剛度不能均勻漸變的原因主要有以下幾點(diǎn)：
（1）路基填土因施工壓實(shí)困難度壓實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。在施工過程中，由于路橋過渡段的位置特殊，壓路機(jī)難以碾壓到位，導(dǎo)致橋臺(tái)后的填料不易壓實(shí)，造成部分填土下沉
（2）填土選料不正確使填土難以壓實(shí)。
（3）橋頭路堤地基處理不徹底。橋頭路堤及錐坡一般位于天然地基上，如果在填土前不做處理或處理不徹底，在路堤土的重力作用下將產(chǎn)生較大變形，特別當(dāng)路堤較高及原有地基軟弱表層清理不徹底時(shí)變形更大。而橋梁構(gòu)造物多采用樁基礎(chǔ)或經(jīng)地基處理的擴(kuò)大基礎(chǔ)等，其沉降量很小，將產(chǎn)生橋不沉而路沉的不均勻沉降現(xiàn)象，且在車輛動(dòng)荷載的作用下不均勻沉降繼續(xù)發(fā)展。
?。?）橋梁通常作為控制工程優(yōu)先施工，路基工程一般是橋梁建成后施工，路橋過渡段集中填筑，幾乎沒有靜置沉降和趨于穩(wěn)定的時(shí)間，導(dǎo)致運(yùn)行后的初期沉降變形較大。
?。?）施工質(zhì)量問題與施工管理問題也是造成過渡段沉降的常見原因。
2、路橋過渡段施工及病害防治的探討
2.1正確把握搭板設(shè)置的方法
搭板的設(shè)置方法有三種:
（1）從理論上講是完美的，在搭板長(zhǎng)度范圍內(nèi)，在車輛荷載作用下，路面的彎沉逐漸變化，但這種方法給實(shí)際施工帶來很大困難。
?。?）它的特點(diǎn)是克服了方法的施工困難，而且又有效地解決剛?cè)徇^渡的問題。
?。?）采用預(yù)留反向坡度，即搭板與橋臺(tái)連接處標(biāo)高一致，而與路面連接端則高于設(shè)計(jì)標(biāo)高，形成一個(gè)預(yù)留的反向坡，坡度大小根據(jù)路橋之間的沉降差而定，此法的關(guān)鍵在于考慮路線縱斷面平順的前提下，確定沉降差和預(yù)留反向坡度。
搭板與橋臺(tái)間的錨固有豎向和水平向兩種方法。考慮到搭板自由端在車輛荷載作用下必然發(fā)生豎向位移，而水平向的錨固更符合這一受力狀態(tài)，并有利于橋臺(tái)受力，因而搭板與橋臺(tái)間宜采用水平錨固。
有關(guān)研究表明，設(shè)置1.5m寬路肩可以使搭板底部最大彎拉應(yīng)力減少20%，因此，設(shè)置搭板時(shí)，應(yīng)注意修筑好路肩，以改善搭板的受力狀況。
搭板的長(zhǎng)度確定至關(guān)重要，其長(zhǎng)度與路堤填高成正比，并與路基狀況有關(guān)。依據(jù)實(shí)際沉降差的大小來確定搭板的總長(zhǎng)，是成功防止橋頭跳車的重要技術(shù)措施。一般地說，設(shè)置與否需論證確定，如設(shè)置，搭板長(zhǎng)度可為5m。小橋涵搭板、中橋的搭板長(zhǎng)為5~8m，大橋搭板長(zhǎng)度為8~12m。
搭板下面地基的非均勻特別是脫空，能顯著地增大板底的彎拉應(yīng)力，對(duì)搭板效用發(fā)揮極為不利。由搭板的受力分析可知，當(dāng)?shù)鼗鶑木鶆虻椒蔷鶆蛟俚矫摽?，其相?yīng)的最大豎向位移各增大100%左右。而增加搭板厚度能顯著地增大搭板抵抗彎拉應(yīng)力和變形的能力，研究表明，板厚從20cm增到30cm，板底最大彎拉應(yīng)力減少30.60%，相應(yīng)的豎向位移也減少19.85%。因此按彈性地基板和脫空板分別計(jì)算板厚，根據(jù)實(shí)際情況確定厚度，對(duì)鋼筋混凝土搭板可取板厚為30cm左右。如果不設(shè)置搭板，則應(yīng)對(duì)臺(tái)后填筑作周密設(shè)計(jì)和認(rèn)真施工，對(duì)填料和壓實(shí)應(yīng)有更高要求，或采用專門的結(jié)構(gòu)措施，如鋪土工格網(wǎng)、填筑聚乙烯塊等。具體做法在臺(tái)后填筑和地基處理中加以論述。
2.2嚴(yán)格掌握臺(tái)后填筑施工的工藝
橋梁兩端路堤沉降由地基、路基、路面三部分壓縮變形組成。其中，地基的壓縮變形由路基路面的恒載和車輛荷載引起，填料的壓縮、固結(jié)、次固結(jié)引起路基路面結(jié)構(gòu)層因行車作用而被壓縮。
對(duì)于面層，若搭板上和橋面上的面層結(jié)構(gòu)和厚度相同，則不會(huì)產(chǎn)生沉降差，因此搭板上和橋面上應(yīng)采用相同的面層結(jié)構(gòu)和厚度。
車輛荷載的作用影響深度一般2m左右，因此一般搭板下的加強(qiáng)層不超過2m。但實(shí)踐證明，由于填料自身固結(jié)和施工要求不嚴(yán)，若不對(duì)整個(gè)臺(tái)背填方作加固處理，則不能徹底解決橋頭跳車問題，因此，對(duì)整個(gè)臺(tái)背填筑從地基開始應(yīng)采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧?，采用砂性土、砂礫、碎石土填筑，必要時(shí)用石灰或水泥進(jìn)行穩(wěn)定處理，也可采用半剛性材料填筑，以此減少路基工后沉降，同時(shí)相應(yīng)提高壓實(shí)度要求。
土工合成材料加固臺(tái)背路基可以有效地控制填土荷載作用下的變形和自然沉降，尤其是不均勻沉降。這是由于土工合成材料可以增強(qiáng)土體本身顆粒間以及土顆粒與土工合成材料
接觸面間的磨擦咬合作用，使土體部分應(yīng)力得到擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移，從而使土體的垂直應(yīng)力和水平拉應(yīng)力明顯降低，土體剪應(yīng)力明顯提高，土體承載能力和抗變形能力、抗裂能力因此而得到明顯的提高。但地基為軟基時(shí)，應(yīng)先預(yù)以加固處理。
臺(tái)背回填的壓實(shí)質(zhì)量是影響臺(tái)背路基沉降與跳車的一個(gè)重要因素，臺(tái)背回填因位于臺(tái)背這個(gè)特殊位置成為碾壓的一個(gè)薄弱部位，壓路機(jī)難以碾壓，且機(jī)械振動(dòng)力太大時(shí)，對(duì)臺(tái)墻有影響。因此，臺(tái)背回填處的壓實(shí)宜選用小型壓實(shí)機(jī)具，分層壓實(shí)厚度宜薄，一般應(yīng)在10~15cm范圍內(nèi)。在材料選擇上，應(yīng)選用易于壓實(shí)的材料。實(shí)踐證明，在達(dá)到同一壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的條件下，臺(tái)背回填處粘性土的壓實(shí)功要比砂礫料或二灰碎石的壓實(shí)功多一倍以上。要臺(tái)背回填粘性土壓實(shí)度達(dá)到95%以上，使用小型壓實(shí)機(jī)具是相當(dāng)困難的。
在路橋過渡段，若單純依靠橋頭搭板，由于路基壓實(shí)度沒有得到保證，路基下沉，將造成搭板下地基的非均勻甚至脫空，而這對(duì)搭板的受力是極為不利的，因此，配合設(shè)置橋頭搭板，對(duì)路基的壓實(shí)必須進(jìn)行有效的控制。在壓實(shí)時(shí)，距路基頂面1m左右范圍內(nèi)最好用振動(dòng)式壓路機(jī)，或其它小型壓實(shí)機(jī)械，每層填筑厚度視壓路機(jī)械的振壓作用深度而定，按分層填筑、分層碾壓、分層檢測(cè)法施工。為了使壓路機(jī)盡量靠近構(gòu)造物，可將路基縱向填筑成10~15o的斜坡，使與構(gòu)造物(如翼墻)成鈍角，以便壓路機(jī)碾輪盡量接近。此角度不宜過大，便于碾壓機(jī)械作業(yè)穩(wěn)定安全。該段坡長(zhǎng)不小于5m。
2.3地基處理必須徹底
處理好橋背軟弱地基是控制橋頭跳車的重要措施。對(duì)軟基處理目前國(guó)內(nèi)已有換土法、超載預(yù)壓法、減少附加應(yīng)力法、排水固結(jié)法、深層攪拌法和高壓噴射注漿法、振動(dòng)碎石樁法等處理方法，可以根據(jù)實(shí)際情況應(yīng)用，以改善地基性能，提高承載力，減少沉降，縮小橋臺(tái)與路堤的沉降差，避免錯(cuò)臺(tái)。
修建在軟土地基上的橋臺(tái)通常采用樁基礎(chǔ)。如果在相當(dāng)厚的軟土層修筑高路堤，則軟土?xí)蚧靥畈牧系馁|(zhì)量而向側(cè)向擠動(dòng)并對(duì)基樁施加很大的力。其后果是使橋臺(tái)產(chǎn)生水平位移或轉(zhuǎn)動(dòng)。這將損壞支座、伸縮縫，有時(shí)還會(huì)損壞橋面和橋臺(tái)。
為了避免不正常的位移的出現(xiàn)，必須減輕回填材料，或者增強(qiáng)地基土或用基樁，達(dá)到抵抗側(cè)向流動(dòng)的強(qiáng)度。
此外在橋頭采用樁板法、輕質(zhì)填料、連接箱式橋臺(tái)、支撐連續(xù)板等措施可有效地減少路基的沉降。
2.4做好臺(tái)背排水是維護(hù)日后沉降的關(guān)鍵
在路橋過渡段如果排水處理不當(dāng)，會(huì)使水沿橋臺(tái)路基連接處下滲，降低路面結(jié)構(gòu)層的穩(wěn)定性，路基和地基的穩(wěn)定性，加劇錯(cuò)臺(tái)和跳車。因此應(yīng)根據(jù)臺(tái)背填料類型、降雨資料及滲水量等選擇適宜的排水方式，以疏干臺(tái)后填料的水分。
臺(tái)背路基填筑前，在原地基土拱上亦設(shè)置泄水管或盲溝。在基底上，先作必要的處理。然后填筑橫坡為3~4%的夯實(shí)粘土形成土拱，再在土拱上挖成雙向坡的地溝(地溝尺寸一般寬為40~60cm，深為30~50cm)。在臺(tái)背后全寬范圍內(nèi)滿鋪一層隔水材料(可用油氈或下墊尼龍薄膜上蓋油氈)。在地溝內(nèi)四周鋪設(shè)有小孔的硬塑料管(塑管直徑一般不小于10cm。其上小孔孔徑為5mm，布成梅花形，間距控制在10cm以內(nèi))。塑料泄水管的出口應(yīng)伸出路基外或橋頭錐坡外。在硬塑料管四周填筑透水性好、粒徑較大的砂石材料。再分層填筑臺(tái)后透水性材料，直到路基頂面。
橫向盲溝的設(shè)置與上相同，取消泄水管，以滲透系數(shù)較大的透水性材料填筑地溝(加大粒徑碎石)。用土工布包裹盲溝出口處，并對(duì)其作必要的處理。有時(shí)視需要可在臺(tái)后填方中設(shè)排水墊層。排水墊層的作用:
?。?）促使地基和其下軟弱層能在施工期內(nèi)基本上完成滲透固結(jié)，減少后期下沉量；
?。?）排走上部填方因降雨等原因下滲的多余水分；
（3）孔隙壓力增大時(shí)有滲透出路，不會(huì)由于地下水和潛水在底層的積聚，而降低土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。
墊層的厚度為1~2m，并要高過原地面不少于0.5m，使地基沉陷后，原地面和地下水位不高過墊層。
橋臺(tái)背面應(yīng)設(shè)置防水涂層以避免滲水對(duì)結(jié)構(gòu)物的侵蝕。對(duì)于回填區(qū)頂面與底面排水，回填表面應(yīng)夯實(shí)并設(shè)置截、排水設(shè)施，必要時(shí)表面予以封閉，以減少地面水下滲。當(dāng)回填范圍較大且表面滲水較多時(shí)，應(yīng)沿回填區(qū)底部原地面設(shè)置橫向水平滲溝或透水管，滲溝或透水管水平間距一般為1~2m，排水管管徑10~15cm。
2.5橋頭換填
在以往的橋頭回填施工中，因換填石灰土多處于素土包圍之中，施工場(chǎng)地狹窄只能用小型機(jī)具進(jìn)行處理，而且由于與素土接頭處施工不便，往往出現(xiàn)問題，所以在公路施工中，應(yīng)當(dāng)把臺(tái)背處的路基全部挖開，統(tǒng)一填筑石灰土，不再保留周圍的素土。這樣重型壓路機(jī)就可以開進(jìn)臺(tái)背處進(jìn)行碾壓。雖然素土變更為石灰土提高了一部分造價(jià)，但這樣既保證了臺(tái)背回填質(zhì)量，又減少了人工與小型機(jī)具費(fèi)用，同時(shí)有利于縮短工期，平衡全線路基施工，總體看來，利大于弊。在臺(tái)背回填施工中我們統(tǒng)一規(guī)定臺(tái)背高于2m的，從原地面填起；不足2m的，從原地面下挖至距臺(tái)背頂2m處開始施工，保證臺(tái)背換填石灰土的高度。同時(shí)嚴(yán)格規(guī)定臺(tái)背回填的施工程序，首先按每層20cm計(jì)算出臺(tái)背回填的用土量與用灰量，現(xiàn)場(chǎng)撒灰、攪拌，至少要倒翻3次(有條件的進(jìn)行場(chǎng)拌)，石灰土拌和必須均勻，顏色一致，現(xiàn)場(chǎng)鋪平，壓路機(jī)跟蹤碾壓至密實(shí)。對(duì)于壓路機(jī)未能壓到的靠近結(jié)構(gòu)物翼墻及側(cè)墻的邊角處，用氣錘、電夯等小型機(jī)具夯實(shí)。現(xiàn)場(chǎng)抽檢壓實(shí)度及石灰劑量合格后，方可進(jìn)入下一層施工。每往上
填筑一層加長(zhǎng)至少10cm臺(tái)階，從而保證各層回填石灰土與路基連接密實(shí)、連續(xù)。
2.6橋臺(tái)混凝土搭板及其頂層施工
在混凝土搭板施工中，嚴(yán)格按規(guī)范規(guī)定要求立模，并保證混凝土表面坡度與平整度。因搭板靠近橋頭處混凝土頂面距基層頂面距離較小、基層較薄，當(dāng)壓路機(jī)通過時(shí)，容易被壓碎或形成薄餅。為了解決這個(gè)問題，規(guī)定凡搭板混凝土頂面距基層頂面不足10cm的，在鋪筑下面層時(shí)一律將鋪好的水泥碎石基層鑿除，統(tǒng)一用下面層瀝青混凝土填筑、找平，從而保證了整個(gè)臺(tái)背回填的整體強(qiáng)度。
2.7預(yù)防路橋過渡段沉降不均的防治措施
防治措施主要是針對(duì)路基與橋臺(tái)剛度的差異，通過加強(qiáng)路基強(qiáng)度、剛度來減少路基沉降，進(jìn)而達(dá)到路橋間平順的目的。具體處理方法如下：
?。?）粗粒級(jí)配材料填筑法。這種方法是使用強(qiáng)度高、變形小的優(yōu)質(zhì)材料(如碎石、砂礫石、低標(biāo)號(hào)混凝土等)進(jìn)行過渡段填筑。該方法設(shè)計(jì)意圖明確，材料的性質(zhì)可靠、易控制，其剛度與變形能均勻過渡。
?。?）“水撼砂”法。即選擇強(qiáng)度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、透水性好的低壓縮性材料-天然砂礫做為后臺(tái)填筑材料，分層填筑，分層注水，分層壓實(shí)。為保證“水撼砂”密實(shí)，須采用插入式振搗器梅花式振搗，并設(shè)置水孔排除滲水。
?。?）注漿法。注漿法是以滲透注漿為主，利用注漿泵將配置好的水泥漿液通過注漿管注入臺(tái)背填料，漿液在壓力作用下滲入填土孔隙，與土粒骨架產(chǎn)生固化反應(yīng)，提高臺(tái)背填土密實(shí)度。此種方法通常在臺(tái)背填土和搭板完成一段時(shí)間后進(jìn)行。注漿加固范圍一般為搭板長(zhǎng)度加2m。
?。?）緩膨脹材料填筑法。緩膨脹材料一般選用生石灰砂袋。將燒透的膨脹量大的生石灰粉碎成一定粒徑的自然級(jí)配的顆粒，摻入一定比例的砂、石屑等礦料并混合均勻，裝入用一定密度的編織布縫制的袋中搗實(shí)扎牢，制成砂袋。砂袋在臺(tái)后橫路基方向分層擺放，擺放數(shù)量自下層至上層、自近臺(tái)端至遠(yuǎn)臺(tái)端逐漸減少，各層間分層填土并夯實(shí)。
?。?）加筋土法。在過渡段路堤填土(必要時(shí)也可包括地基）中埋設(shè)一定數(shù)量的拉筋形成加筋土路基結(jié)構(gòu)。加筋土既能增加路基強(qiáng)度，也能大幅度提高路基剛度，從而達(dá)到減小路基變形的目的。施工時(shí)可根據(jù)設(shè)計(jì)確定的過渡段長(zhǎng)度與路堤和橋臺(tái)剛度的差值來調(diào)整拉筋材料的布置間距和位置，使路橋過渡段結(jié)構(gòu)的剛度變化平緩，達(dá)到提高路橋間平順的目的。
?。?）土工格柵法。即在臺(tái)背沿路基方向分層布設(shè)土工格柵并錨固于臺(tái)背。格柵長(zhǎng)度自下而上由短變長(zhǎng)，間距由寬變窄。各層土工格柵間分層填土并夯實(shí)。
３、結(jié)束語
根據(jù)路橋過渡段路基路面病害的存在問題，對(duì)如何防治的探導(dǎo)，只要我們?cè)谑┕ぶ?，措施得?dāng)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求，注重工藝質(zhì)量，是可以進(jìn)行預(yù)防的。文中通過分析公路路橋過渡段路基路面常見病害發(fā)生的主要原因，對(duì)施工中如何防治的問題，提出一些相對(duì)應(yīng)的預(yù)防措施。
