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解决高等级公路桥头跳车的理论与施工

发布时间:2021-04-07 10:02 人气:

  摘 要:简述桥头跳车的原因及其对行车速度的影响,并从理论与施工上论述解决高等级公路桥头跳车的措施。

  关键词:公路;桥头跳车;地基;路基;路面;处理方法

  1、前 言

  目前,已投入使用的高等级公路(包括高速公路)中,普遍存在一个问题:路面在台背回填处出现不同程度的沉降断裂(沉降值一般为10~30cm,有的甚至超过60cm),使车辆通过时产生跳跃和冲击,从而对桥涵和路面造成附加的冲击荷载,使司机和乘客感到颠簸不适,甚至造成车辆大幅度减速,严重的可导致交通事故(特别是车辆机械事故)。因此,如何解决高等级公路桥头跳车问题,本文提出了一点肤浅的认识与见解,从理论与施工上进行了摸索和探讨。

  2、桥头跳车产生的原因及其对行车速度的影响

  2.1桥头跳车产生的原因

  2.1.1地基土质不良造成的沉降桥涵通常位于沟壑地段,地下水位较高,且多属软土。由于软土一般都具有天然含水量高、孔隙比大、压缩性强和抗剪强度低等特点,在软土上填筑路基,便极易产生沉降(包括瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降)。同时,桥头路基填筑高度较其它地段大,产生基底应力相对较大,更易引起地基沉降,特别是工后沉降较大。

  2.1.2台背填料压缩引起路基的沉降台背填料因含水份,存在孔隙,施工中采取任何措施也难将填料颗粒间的孔隙完全消除。在公路自重及车辆的垂直荷载与振动荷载作用下,孔隙率逐渐降低,填料逐渐压缩,密实度逐渐增大,便在一定期限内产生路基沉降。因此,压缩沉降主要取决于填料性质、施工条件及台前台背的防护排水工程的设置等情况。根据有关资料调查研究:当土堤压实度为95%时,每米填土工后的沉降约为1cm.

  2.1.3刚柔突变引起的沉陷跳车刚度不同的路面在跳车处所产生的振动效果不同,柔性材料对能量的吸收要比刚性材料大。由于结构物桥台一般采用刚性很大的坚石砌筑或钢筋混凝土浇注而成,具有较大的整体刚度,属刚性体;而与结构物桥台相连的道路,具有刚性较小柔性较大的特性,属弹塑性体。显然,道路与结构物桥台之间存在着较大的刚度差,这个刚度差的存在必然引起道路与结构物桥台之间产生较大的塑性变形相对差和较大的刚度突变,势必增强桥头跳车的振动效果。

  2.2桥头跳车对行车速度的影响由于桥台背沉陷、断裂而形成了台阶,使车辆的行驶速度受到不同程度的影响。车速的降低幅度与台阶高度、路面类型、道路等级、车辆类型和行驶的初速度等有关。根据实地观察和有关资料调查表明,当桥头台阶达1.5cm时,对车速就产生明显的影响,台阶每增加1cm,速度就会降低3km/h左右;而当台阶高达5cm时,车辆行驶显著减速,其减速幅度平均可达9~13km/h,对行车产生严重影响。刚性路面对车速的影响要比柔性路面大;以60~80km/h速度行驶时减速幅度要比小于60km/h和大于80km/h速度行驶时大;较高台阶对小车行驶的影响较大,而载重货车对台阶不如空车敏感。抗振性能不同的车辆以同一速度在同一路面上行驶,其振动的效果也不一样。一般来说,汽车遇到桥头台阶,要提前150~180m实行减速,驶达台阶以后还在大约相同的距离进行加速以恢复正常速度行驶。当然,司机的心理状态,对道路的熟悉程度等,对通过台阶时的速度降低也有不同程度的影响。

  3、解决桥头跳车的措施

  3.1地基处理处理好桥头软弱地基,是控制跳车的关键。目前对桥头软弱地基处理,国内已有加固土桩法、料粒桩法、竖向排水体预压法、堆载预压法和浅层处治法等措施,下面介绍几种行之有效的常用方法。

  3.1.1采用深层搅拌法加固桥头软基该法属加固土桩类型,主要适应于软弱粘性土。深层搅拌法是本世纪60年代由日本和瑞典分别开发的软土加固新技术,一般借助于压缩空气,采用专门深层搅拌机械设备,从不断回转的中心轴端向四周被搅松的土中喷出浆体或粉体固化剂(如水泥等),经叶片搅拌,并吸收周围水份,在加固的深层软土中进行一系列物理――化学反应,使软土硬结成具有整体性和一定强度的优质复合地基,从而提高桥头软土地基承载力,减少沉降量(特别是工后沉降),缩短固结期,提高边坡稳定性。其主要施工工艺程序:整平原地面→钻机定位→钻杆下沉钻进→上提喷粉(或喷浆)、强制搅拌→复拌→提杆出孔→钻机移位。施工过程中路基填土速率不受限制,且无振动、无污染,对周围环境及建筑物无不良影响,近10年来已在广深珠高速公路和佛开高速公路等高等级公路得以广泛应用。其最大优点是工后沉降小,缺点是造价较高。

  3.1.2采用砂桩加固桥头软基该法属料粒桩类型,适用于松砂地基、杂填土或软土,对地基土起置换作用、竖向排水作用和挤密作用,在本世纪30年代起源于欧洲。主要施工工艺程序:整平原地面→机具定位→桩管沉入→加料压密→拔管→机具移位。为加速地基固结,减少后期沉降,一般根据实际情况,配合堆载预压或超压施工,使地基强度显著提高,同时改善地基的整体稳定性。砂桩堆载预压法在深汕高速公路、汕头海湾大桥北引道等高速公路都应用过,其造价在深层搅拌法与堆载预压法之间。

  3.1.3塑料排水板堆载预压法。该法属竖向排水体预压类型,主要适用于透水性低的软弱粘性土。塑料排水板是由芯体和滤套组成的复合体,或是由单一材料制成的多孔管道板带,自1983年在天津塘沽新港施工试验成功以来,在全国各地高速公路软基处理都得以广泛推广应用,其主要施工工艺程序:整平原地面→摊铺下层砂垫层→机具就位→塑料排水板→穿靴→插入套管→拔出套管→割断塑料排水板→机具移位→摊铺上层砂垫层。为加速排水固结,减少后期沉降,一般都配合堆载预压或超压施工,使地基土的有效应力增大、抗剪强度和承载力及稳定性都得以提高。其特点是施工简便快捷,造价较低,但效果比上述两种类型略差,仍存在少量工后沉降。

  3.2路基处理

  3.2.1采用超轻质材料作路堤铺设轻质材料可以减轻路堤自重,有效降低地基应力,减少沉降并增大稳定安全系数,常用的轻质材料如粉煤灰等。现在广东等地开始试验推广的新型超轻质材料――泡沫聚苯乙烯块,其密度很小(约30kg/m3左右),抗压强度约为0.25MPa,且吸湿性极小,耐水性能很好。所以使用泡沫聚苯乙烯块,可大大减轻路堤体的重量,能成功地遏止桥涵连接路堤的过渡沉陷,从而避免垂直错位;另外还具有施工简便,不污染环境,能缩短工期等优点;同时还可以减少桥台等构筑物的土压力及侧向压力,从而减少构筑物的移动变位,改善结构物的稳定性。聚苯乙烯块规格一般为0.5m×1m×5m(厚×宽×长),其缺点是在汽油或柴油作用下有溶解倾向,所以有必要加以保护。一般在聚苯乙烯块上面浇注一层10cm的钢筋混凝土板,以减少路面总厚度和防止化学腐蚀,并在泡沫聚苯乙烯两侧设置包边土,减少紫外线、汽油或柴油的影响。修建泡沫聚苯乙烯路堤,在铺筑块件之前,为确保地基的平整性,应铺上一层10cm厚的砂整平层。铺设块件时,从路中线向两边铺设,各层成垂直状态,接缝注意错开,块件之间采用马钉固定,防止移动。

  3.2.2台背回填处理方式桥台后宜选用摩擦角大、强度高、压实快、透水性好的填料,如岩渣、砾石、砂砾等。同时,选用内摩擦角较大的填料也有利于从台背缝隙中渗入的雨水沿盲沟或泄水管顺利排到路基外,从而减缓雨水的危害,而且也有利于改善压实性能,使路基容易达到设计要求的密实度。填料的铺筑一般在基底处沿路堤纵向长度距桥台背不小于2m、且与路基相接处按不大于1∶1设置斜坡或台阶,回填高度视路堤高度而定,一般取2~4m.桥头回填处理的另一方式是在路基上部(约50cm范围内)设置水泥稳定料改善层次,使路堤体的刚度有所提高。一般稳定层结构是沿路堤纵向距桥台背约10m长,用一定剂量(如4%~6%)的水泥进行稳定,并且远桥台端与路基相衔接处,采用1∶1设置斜坡。上述两种处理方式均能达到减少竖向变形和刚柔突变的成效。如两种方式同时考虑,则效果更佳。

  3.2.3台背回填处的压实为减少桥涵两端路堤的工后沉降,从而使桥涵两端路堤与桥台结构物的相对沉降尽量小一些,一般可选填筑路堤预压,让路基排水固结,待路堤沉降基本完成以后再开挖涵洞或桥台位置土方,然后再施工桥涵。台背填筑前,宜在处理后的基底顶面上设置横向泄水管或盲沟。台背回填宜在完成台前防护工程及桥涵上部结构吊装之后进行,同时注意结构物两端对称填筑施工。台背回填的压实质量是影响台背回填沉降的一个主要因素。由于台背回填位于路基与桥台相衔接这个特殊位置,成为碾压的一个薄弱环节,压路机难以碾压到位,且大吨位机械振动力太大时,对桥台有影响。因此,台背回填近桥台处的压实机械宜选用小型压实机具,且严格控制每层填筑厚度(宜取10~15cm内)碾压遍数,并对每层填筑质量实施检测,力求压实度达到96%以上;对于机械夯实碾压不到之处,应及时采用人工补充夯实。

  3.3路面处理

  3.3.1设置桥台搭板搭板设置可以使在柔性路堤产生的较大沉降逐渐过渡至刚性桥台上,使车辆通过时跳跃现象大为减少。桥头搭板长度设计应根据路基的容许工后沉降值计算确定,常取3~15m(当超8m时,宜设计成两段式或三段式搭板)。搭板的近台端一般搁置在桥台前墙顶面或其牛腿上。当桥头引道为刚性路面时,搭板的纵坡可采用与路面设计纵坡平行方式(称平置式搭板);而当引道为柔性路面时,则搭板的远台端常置于路面面层与基层之间(称斜置式搭板)。为预防搭板下沉,也可在搭板上先铺设一层沥青面层,通车后搭板若下沉时,则在其上加铺沥青混凝土或沥青砂。

  3.3.2设置变厚式埋板为避免二次跳车,常在搭板的尾端加设一段浅埋的变厚式埋板,其长度一般取3~5m,对于水泥混凝土路面,也可将与搭板连接处的路面板改为变厚式板。在搭板、埋板或变厚式板的下层,为保证与桥台连接部位的刚柔层次在水平和垂直方向均能渐次变化,建议采用强度及回弹模量均高于其它路段相对应的路面结构层材料,以提高该部位的整体受荷和抗冲能力,有利于减少错台幅度,调整不均匀沉陷,改善桥头跳车或二次跳车现象。

  3.3.3采用过滤性路面根据桥涵的长度和路基的容许工后沉降值计算等情况,在桥头一定长度范围内铺设过渡性路面,待路堤沉降基本完成(一般为3~5年)后,再改铺原设计永久性路面。常用的过渡性路面类型有预制水泥混凝土六棱块(边长34.6cm、厚20cm)、条石铺砌(25cm×25cm×40cm)、半刚性过渡层或沥青表处过渡层等。其中水泥混凝土六棱块和条石铺砌仅适应于水泥混凝土路面,最大优点是翻修处理速度快;但不易铺砌平整,行车仍有抖动感觉,且其砌缝应采用防水材料,以防渗入雨水损害路基。值得推广的简便有效方法是沥青表处过渡层类型,其优点是当出现较大沉降时,及时补充铺设一层沥青混凝土或沥青砂,以能确保行车畅顺,有效避免跳车现象。

  参考文献:

  [1]JTJ017-96,公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S]。

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