路橋過渡段施工病害原因及防治探討
2015-05-13
隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車超重運輸是公路運輸?shù)囊淮笸ú?。本文就路橋過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的剛度差異懸殊，路基填料固結(jié)程度差，強(qiáng)度相對較低，要改善二者的剛度差，使橋臺-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：
?。?）路基填土因施工壓實困難度壓實度達(dá)不到設(shè)計要求。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)致橋臺后的填料不易壓實，造成部分填土下沉
（2）填土選料不正確使填土難以壓實。
?。?）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)定的時間，導(dǎo)致運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:
?。?）從理論上講是完美的，在搭板長度范圍內(nèi)，在車輛荷載作用下，路面的彎沉逐漸變化，但這種方法給實際施工帶來很大困難。
?。?）它的特點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。
（3）采用預(yù)留反向坡度，即搭板與橋臺連接處標(biāo)高一致，而與路面連接端則高于設(shè)計標(biāo)高，形成一個預(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)，并有利于橋臺受力，因而搭板與橋臺間宜采用水平錨固。
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，應(yīng)注意修筑好路肩，以改善搭板的受力狀況。
搭板的長度確定至關(guān)重要，其長度與路堤填高成正比，并與路基狀況有關(guān)。依據(jù)實際沉降差的大小來確定搭板的總長，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，搭板長度可為5m。小橋涵搭板、中橋的搭板長為5~8m，大橋搭板長度為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算板厚，根據(jù)實際情況確定厚度，對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)對臺后填筑作周密設(shè)計和認(rèn)真施工，對填料和壓實應(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。具體做法在臺后填筑和地基處理中加以論述。
2.2嚴(yán)格掌握臺后填筑施工的工藝
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。但實踐證明，由于填料自身固結(jié)和施工要求不嚴(yán)，若不對整個臺背填方作加固處理，則不能徹底解決橋頭跳車問題，因此，對整個臺背填筑從地基開始應(yīng)采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧捎蒙靶酝?、砂礫、碎石土填筑，必要時用石灰或水泥進(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，同時相應(yīng)提高壓實度要求。
土工合成材料加固臺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，應(yīng)先預(yù)以加固處理。
臺背回填的壓實質(zhì)量是影響臺背路基沉降與跳車的一個重要因素，臺背回填因位于臺背這個特殊位置成為碾壓的一個薄弱部位，壓路機(jī)難以碾壓，且機(jī)械振動力太大時，對臺墻有影響。因此，臺背回填處的壓實宜選用小型壓實機(jī)具，分層壓實厚度宜薄，一般應(yīng)在10~15cm范圍內(nèi)。在材料選擇上，應(yīng)選用易于壓實的材料。實踐證明，在達(dá)到同一壓實標(biāo)準(zhǔn)的條件下，臺背回填處粘性土的壓實功要比砂礫料或二灰碎石的壓實功多一倍以上。要臺背回填粘性土壓實度達(dá)到95%以上，使用小型壓實機(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，而這對搭板的受力是極為不利的，因此，配合設(shè)置橋頭搭板，對路基的壓實必須進(jìn)行有效的控制。在壓實時，距路基頂面1m左右范圍內(nèi)最好用振動式壓路機(jī)，或其它小型壓實機(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。對軟基處理目前國內(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、振動碎石樁法等處理方法，可以根據(jù)實際情況應(yīng)用，以改善地基性能，提高承載力，減少沉降，縮小橋臺與路堤的沉降差，避免錯臺。
修建在軟土地基上的橋臺通常采用樁基礎(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)向擠動并對基樁施加很大的力。其后果是使橋臺產(chǎn)生水平位移或轉(zhuǎn)動。這將損壞支座、伸縮縫，有時還會損壞橋面和橋臺。
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、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)，會使水沿橋臺路基連接處下滲，降低路面結(jié)構(gòu)層的穩(wěn)定性，路基和地基的穩(wěn)定性，加劇錯臺和跳車。因此應(yīng)根據(jù)臺背填料類型、降雨資料及滲水量等選擇適宜的排水方式，以疏干臺后填料的水分。
臺背路基填筑前，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，并對其作必要的處理。有時視需要可在臺后填方中設(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；
?。?）孔隙壓力增大時有滲透出路，不會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。
橋臺背面應(yīng)設(shè)置防水涂層以避免滲水對結(jié)構(gòu)物的侵蝕。對于回填區(qū)頂面與底面排水，回填表面應(yīng)夯實并設(shè)置截、排水設(shè)施，必要時表面予以封閉，以減少地面水下滲。當(dāng)回填范圍較大且表面滲水較多時，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，但這樣既保證了臺背回填質(zhì)量，又減少了人工與小型機(jī)具費用，同時有利于縮短工期，平衡全線路基施工，總體看來，利大于弊。在臺背回填施工中我們統(tǒng)一規(guī)定臺背高于2m的，從原地面填起；不足2m的，從原地面下挖至距臺背頂2m處開始施工，保證臺背換填石灰土的高度。同時嚴(yán)格規(guī)定臺背回填的施工程序，首先按每層20cm計算出臺背回填的用土量與用灰量，現(xiàn)場撒灰、攪拌，至少要倒翻3次(有條件的進(jìn)行場拌)，石灰土拌和必須均勻，顏色一致，現(xiàn)場鋪平，壓路機(jī)跟蹤碾壓至密實。對于壓路機(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?，F(xiàn)場抽檢壓實度及石灰劑量合格后，方可進(jìn)入下一層施工。每往上
填筑一層加長至少10cm臺階，從而保證各層回填石灰土與路基連接密實、連續(xù)。
2.6橋臺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，容易被壓碎或形成薄餅。為了解決這個問題，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，從而保證了整個臺背回填的整體強(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路基與橋臺剛度的差異，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)號混凝土等)進(jìn)行過渡段填筑。該方法設(shè)計意圖明確，材料的性質(zhì)可靠、易控制，其剛度與變形能均勻過渡。
（2）“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-天然砂礫做為后臺填筑材料，分層填筑，分層注水，分層壓實。為保證“水撼砂”密實，須采用插入式振搗器梅花式振搗，并設(shè)置水孔排除滲水。
（3）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)，提高臺背填土密實度。此種方法通常在臺背填土和搭板完成一段時間后進(jìn)行。注漿加固范圍一般為搭板長度加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扎牢，制成砂袋。砂袋在臺后橫路基方向分層擺放，擺放數(shù)量自下層至上層、自近臺端至遠(yuǎn)臺端逐漸減少，各層間分層填土并夯實。
?。?）加筋土法。在過渡段路堤填土(必要時也可包括地基）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。施工時可根據(jù)設(shè)計確定的過渡段長度與路堤和橋臺剛度的差值來調(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。即在臺背沿路基方向分層布設(shè)土工格柵并錨固于臺背。格柵長度自下而上由短變長，間距由寬變窄。各層土工格柵間分層填土并夯實。
３、結(jié)束語
根據(jù)路橋過渡段路基路面病害的存在問題，對如何防治的探導(dǎo)，只要我們在施工中，措施得當(dāng)，嚴(yán)格按照設(shè)計要求，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，對施工中如何防治的問題，提出一些相對應(yīng)的預(yù)防措施。
