道路與橋頭過度段路基病害特征及應對方法分析
2015-03-25
引言
隨著我國經(jīng)濟持續(xù)增長，公路交通運輸有了很大進展，同時，對公路行駛質(zhì)量提出了較高的要求。我國地質(zhì)、地形復雜多變，公路工程在施工、運營及維護各個環(huán)節(jié)都存在許多影響公路行駛質(zhì)量的因素，其中路橋過渡段的橋頭跳車問題尤其突出。
橋頭跳車是指在引道路堤與橋臺構筑物銜接處產(chǎn)生了顯著的差異沉降，路面縱向出現(xiàn)錯臺，從而導致行駛車輛在這一區(qū)段產(chǎn)生顛簸現(xiàn)象。由于該病害在國內(nèi)外公路中普遍存在，因此許多國家、地區(qū)及獨立研究機構從不同角度對其進行了探討和研究。我國也對其開展了大量的研究工作，且總結了不少經(jīng)驗，取得了顯著的成果。本文將針對路橋過渡段路基的病害特征及處理方法展開討論。
一、 橋頭跳車的危害
1、 降低行車速度
車輛行駛到橋頭病害處會產(chǎn)生減速和行車驅(qū)動力降低，甚至顛簸及跳動的現(xiàn)象，導致其行駛速度受到影響。
2 、影響行車安全
橋頭跳車產(chǎn)生跳動和沖擊，不僅會使駕乘人員感到不適，而且會使駕駛員心理受到負面影響，嚴重時甚至會影響駕駛員的正常駕駛，致使車輛失控，甚至出現(xiàn)行車事故。
3 、增加車輛運營成本
橋頭處產(chǎn)生顛簸不僅會加速車輛的磨損，而且為防止過度顛簸，車輛會頻繁減速、加速，從而加大了燃料消耗，增加了車輛行駛時間，加重了運營成本。
4、 增加道路維修及養(yǎng)護成本
據(jù)統(tǒng)計，中國約有 1/4 的橋梁出現(xiàn)了橋頭跳車病害，全國每年為此花費的修理費用預計高達 8 億元人民幣以上，且在我國一些經(jīng)濟發(fā)展較快的大中城市，其公路和城市道路中也存在同樣問題。
二、 橋頭過渡段病害特征
1 、路基滑移
當路堤填土較高或邊坡較陡、整體性較差，或路基邊坡部分或整體受到破壞時容易發(fā)生路基滑移現(xiàn)象，具體表現(xiàn)在以下 2 方面。
1）路基向橋臺方向產(chǎn)生順橋向滑移。對于樁柱式橋臺，臺前填土處于無側限受壓狀態(tài)，若錐坡發(fā)生破壞，則在自重和車輛荷載作用下，土體會產(chǎn)生向橋內(nèi)移動的趨勢，形成橫向裂縫甚至整體下滑，致使橋頭部位的路基、路面產(chǎn)生顯著的豎向位移。
2) 路基橫橋向滑移。由于路堤邊坡較陡或受到破壞，在荷載作用下形成縱向裂縫或沿坡裂面整體下滑，從而路基產(chǎn)生整體側向滑移。
2、 橋臺與路基間的錯臺
由于橋臺臺背填土產(chǎn)生均勻或者不均勻沉降，致導橋臺臺后路基局部或整體下沉，使橋臺與路基間形成錯臺。
3、 搭板斷裂
橋頭搭板設置過程中，若路基局部產(chǎn)生不均勻沉降，則搭板局部會產(chǎn)生底部脫空。這時若搭板設置過薄，不能單獨承受荷載時，則搭板在脫空區(qū)域會因受力較大而發(fā)生斷裂。
4、 搭板與路堤形成相對縱坡
橋頭搭板設置過程中，若橋臺臺背填土沉降較大或搭板長度不足，則搭板與路堤會形成顯著的相對縱坡，就會在搭板與路堤的銜接處產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)角，車輛駛經(jīng)該處時同樣會產(chǎn)生類似橋頭跳車的感覺.
5、 搭板末端產(chǎn)生差異沉降
由于路橋過渡段橋頭跳車問題突出，通常設計和施工時都采取了一定的措施，但如果設置了搭板而忽略了對搭板以外路基的處理與壓實，則經(jīng)過一段時間運營后，該部位會產(chǎn)生新的跳車現(xiàn)象。
三、 路橋過渡段的處治方法
路橋過渡段的處治方法大致有 3 種: 一是減小路基的壓縮變形，二是實現(xiàn)沉降漸變過渡，三是減小地基沉降。下面將具體闡述這 3 種處治方法。
1、 減小路基壓縮變形
1) 提高路基填土壓實度。合理使用壓實機具，嚴格控制壓實厚度，填土通過檢測控制，含水量不留壓實死角，確保壓實充分。
2) 因地制宜選擇合適的填料。在橋臺臺背回填范圍內(nèi)宜選用內(nèi)摩擦角大、強度高、壓實快、透水性好的填料，如巖渣、礫石、砂礫等。同時，選用內(nèi)摩擦角較大的填料也有利于排水，可減緩雨水的危害，且也有利于改善壓實性能，使路基的密實度易于達到設計要求。
3) 采用擠密復合地基方法來處理路基填土。該方法是: 路基填筑完畢后，在路基上成孔，然后在孔內(nèi)填入材料并振動壓實成樁。由于樁的擠密和置換作用，使得路堤填土密實度提高，且路堤整體剛度顯著增大，從而減小路堤的壓縮變形。砂樁、土和灰土樁及二灰土樁等都是常用的擠密樁。
4) 采用土工格柵進行加筋處治。該方法利用土工格柵加固層的立體結構使土顆粒受到約束，土體顆粒間的摩擦及土顆粒與土工格柵接觸面間的摩擦咬合作用增強，形成整體性好、剛度較大的柔性結構層。采用模量漸變原理在路橋過渡段形成加固區(qū)，柔性加固層一端固定于橋臺，另一端與路基相連，實現(xiàn)剛性橋臺與柔性路基的過渡，以消除過大的差異沉降。
5) 采用注漿法處理路基填土。該法不但可以用于地基處理，而且路堤病害處治也應用較多，其利用氣壓、液壓或電化學原理，把某些能固化的漿液注入填土的孔隙內(nèi)，從而改善地基的物理力學性質(zhì)。通常選用的是滲透注漿法( 塊石填料) 、壓密注漿法和劈裂注漿法。這些方法已廣泛應用于路基中砂及砂礫石地基、軟粘土地基、雜填土地基、淤泥以及濕陷性黃土地基等，在路堤修筑過程中，經(jīng)過碾壓和換填處理后填料壓實度高，含水量較小。
2、 沉降漸變過渡
1) 設置橋頭搭板。該方法是治理橋頭跳車應用較早，使用最廣泛的一種方法。搭板設計的基本思路主要是基于過渡橋臺與路堤突變性的縱向差異沉降，將縱向坡度變化控制在容許范圍內(nèi)。搭板與橋臺通過錨筋相連，厚度不宜小于 0． 25 m，長度不宜小于 5 m。為了避免 2 次跳車，可在搭板尾端加設一段淺埋變厚式埋板。通常是將搭板分區(qū)段設計。對于搭板的計算，日本高等級公路《設計要領》中，規(guī)定取搭板順橋向長度 0． 7 倍板長作為簡支梁計算。在我國也有將設置枕梁的單段式板按 0． 9 倍板長作為簡支板計算的情況。
2) 設置柔性橋臺。為了降低橋臺自身剛度，縮小橋臺和路堤的剛度差，使路橋過渡段的土體固結和荷載壓縮變形沉降均勻過渡，達到緩和過渡路面縱坡，防止橋頭跳車的目的，可采用柔性橋臺結構;但柔性橋臺僅適用于個別橋梁結構形式，且施工難度較大。
3) 設置漸變樁。采用擠密樁加固地基時可用漸變方式來處理，以達到縱向沉降緩和漸變的目的。在路橋過渡段一定范圍內(nèi)，從路基向橋臺的方向，可通過增加樁長或減小樁間距的方式，使路橋過渡段剛度實現(xiàn)過渡，從而減小搭板路兩端的沉降差，有效實現(xiàn)沉降過渡。
3、 減小地基沉降
1) 采用輕質(zhì)填料。采用粉煤灰填筑路堤，因其具有自重輕( 相對一般土質(zhì)填料其容重少 20% 以上) 、壓縮性小、強度高、透水性能良好等特點，可有效減小橋頭路堤的總沉降。粉煤灰壓實后基本呈無塑性狀態(tài)，需在一定含水量下才能成型，干后又會消散成粉末狀; 且粉煤灰的毛細水作用影響相對較大，在雨水或內(nèi)部滲流作用下易流失，需在一定工藝條件下才能形成達到設計需要強度的整體性材料。因此，必須在設計中采取相應措施，如添加一定量的石灰或水泥，才能避免其不利影響。在輕質(zhì)填料中，泡沫聚苯乙烯( EPS) 材料是一種重量極輕的材料，其一般容重約 0． 3 kN/m3，為一般填土的 1% ～ 2%。另外，該材料還具有穩(wěn)定性好、變形模量較大的優(yōu)點。利用 EPS 材料超輕質(zhì)的突出優(yōu)點，可以顯著降低路堤及汽車荷載對地基產(chǎn)生的附加應力，減小地基沉降和橋臺臺背差異沉降，減小對橋臺產(chǎn)生的側壓力，實現(xiàn)從橋頭到路基的剛柔過渡，進而有效解決橋頭跳車問題。
2) 針對橋頭軟弱地基進行處理。橋頭軟基在荷載作用下產(chǎn)生較大工后沉降是導致橋臺與路堤沉降差的主要因素，目前軟基處理的方法主要有換土墊層、拋石擠淤、排水固結及復合地基加固等。換土墊層、拋石擠淤屬于軟基淺層處理方法，處理深度一般不超過 3 m。排水固結法適用于飽和軟粘土、有機粘土的地基處理，其包括袋裝砂井、塑料排水板、超載預壓、真空堆載預壓等方法。復合地基加固法是利用機械在軟土地基局部范圍，通過使用一定直徑與深度的軟土固化材料予以加固、改良，形成加固樁體的方法，其包括碎石樁、砂樁、水泥攪拌樁、粉噴樁和旋噴樁等。
路橋過渡段作為一個復雜體系，其處治應突出“綜合處治”的思想，工程項目需因地制宜，根據(jù)實際情況采取措施提高路基、地基剛度以減小過渡沉降，最終避免橋頭跳車現(xiàn)象的產(chǎn)生。
四、結語
我國地域廣闊，地質(zhì)條件復雜，筑路材料各異，施工技術和工藝不同，這就導致路橋過渡段路基病害產(chǎn)生的原因多種多樣。橋頭跳車是公路工程中的突出問題之一，設計施工中必須根據(jù)實際工程情況，進行充分設計構思，加強施工各環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，盡量減少過渡段的顯著差異沉降，從而減輕甚至避免出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象，以提高行車過程中的安全性與舒適性，增加社會經(jīng)濟效益。
隨著我國經(jīng)濟持續(xù)增長，公路交通運輸有了很大進展，同時，對公路行駛質(zhì)量提出了較高的要求。我國地質(zhì)、地形復雜多變，公路工程在施工、運營及維護各個環(huán)節(jié)都存在許多影響公路行駛質(zhì)量的因素，其中路橋過渡段的橋頭跳車問題尤其突出。
橋頭跳車是指在引道路堤與橋臺構筑物銜接處產(chǎn)生了顯著的差異沉降，路面縱向出現(xiàn)錯臺，從而導致行駛車輛在這一區(qū)段產(chǎn)生顛簸現(xiàn)象。由于該病害在國內(nèi)外公路中普遍存在，因此許多國家、地區(qū)及獨立研究機構從不同角度對其進行了探討和研究。我國也對其開展了大量的研究工作，且總結了不少經(jīng)驗，取得了顯著的成果。本文將針對路橋過渡段路基的病害特征及處理方法展開討論。
