路桥过渡段路基沉降控制对策分析

2022-09-11

随着我国经济的飞速发展, 公路建设事业也取得了巨大的进步, 然而一些公路病害仍未得到很好的解决。路桥过渡段路基沉降就是一种常见的公路病害, 它会引起桥头跳车, 影响行车舒适度和行车安全, 还会增加路桥的养护费用。因此, 解决路桥过渡段路基沉降问题的意义重大。

1 路基沉降机理分析

1.1 台背地基变形机理分析

通常桥涵结构多位于沟壑地段, 地基含水量较高、孔隙比大、压缩性大、强度低, 在其上填筑路基肯定会产生较大变形。而且桥头段路堤比一般路段填筑高度要高5m~10m左右, 会产生较大基底附加应力, 也会引起地基沉降。并且在填土容重相同时, 地基沉降变形会随着填土高度的增加而增大。

土体压缩变形主要是由压力使土体孔隙间的水分排出, 导致土颗粒相互靠拢所造成的, 土体压缩变形的速度是由孔隙水分的排出速度决定的, 这导致了台背地基土的沉降变形是一个逐渐发展的过程, 而不会立即完成。

1.2 路堤变形机理分析

一般在公路工程中, 台背大多数采用普通粘性土回填, 通常由于施工条件的限制, 给台背土方压实工作带来很大的困难, 压实度小, 密实程度很难达到质量要求, 再加上土方往往达不到最佳含水量, 在路堤自重和车辆垂直荷载作用下, 路基逐渐密实, 从而在一定期限内产生路堤填土的沉降。由于土体具有弹塑性特征, 使得台背填土具有较强的柔性特征, 与采用混凝土浇筑的桥台的刚性相比, 二者存在较大的刚度差异, 车辆荷载作用下导致二者产生塑性累积变形的差异。

1.3 设置桥头搭板引起的沉降分析

桥头搭板弹性支承于路基上时, 由于搭板简支于牛腿上, 靠近桥台处的路基土所受应力较小。路基竖向应力会随着汽车荷载的移动而出现两个峰值, 一是搭板支承路基端;二是汽车荷载作用处。当汽车荷载作用于搭板末端时, 便会在该处路基产生最大竖向应力集中, 从而产生较大的塑性变形, 引起搭板末端过量沉降。此外, 由于不能完全准确的估计出路基的沉降量, 在路基沉降较大时搭板与板后路基间还会产生较大的纵向坡差。

2 桥头过渡段路基沉降的防治对策

2.1 地基处治对策

地基处治是防治桥头过渡段地基沉降的最基本的方法, 其目的是改善过渡段地基性能, 提高承载力, 增强地基稳定性, 从而减少或消除不均匀沉降。下面将简要介绍几种地基处置方法。

(1) 静压注浆法。静压注浆法是用气压, 液压或电化学原理, 将水泥浆等浆液注入各种介质的裂缝或孔隙, 使其固化后改善地基的力学性能。这种方法适用于杂填土地基、软粘土地基、淤泥以及湿陷性黄土地基等, 具有价格便宜、设备简单、施工方便、操作不受时间限制等优点, 目前已在路桥过渡段地基处治中得到广泛的应用。静压注浆方法按其依据的理论可分为渗透注浆法、压密注浆法、劈裂注浆法和电动化学注浆法四种。

(2) 旋喷桩法。旋喷桩法是利用旋喷钻机, 通过注浆管道将水泥浆液从高压喷嘴中高速喷射, 使液流获得巨大能量切削土体, 同时钻杆边旋转边缓慢提升, 使浆液与土体充分搅拌混合, 胶结硬化后便形成一个个柱状固结体, 并与桩间土一起形成复合地基, 以改善土的变形性质、提高地基的承载力和抗剪强度, 减少地基的沉降变形。此法具有机械化程度高、施工速度快、成本低等特点。

(3) 树根桩托换法。此法是在套管导向下用旋转方法钻进, 进入地基土中至设计标高, 钻孔直径100mm~300mm, 清孔后下放钢筋, 再用压力灌注水泥砂浆或细石混凝土, 最后成桩。此法能最大限度地保持原有的地基与结构物之间的平衡状态, 在不破坏地基土对结构物的支撑作用的情况下对地基进行加固。

(4) 换填法。该法是挖去路基底面以下一定范围内的软弱土层, 并填上质地坚硬、强度较高、性能稳定的砂、石、灰土、煤渣、矿渣等材料, 经分层填筑和压实后成为良好的人工地基。此法工程量大, 处理效果一般, 目前已不常用。

(5) 混凝土挤密桩法。此法是用钻机钻孔至不良地基中, 再将干混凝土分层压实, 干混凝土在压力作用下对周围的不良土体起挤密作用, 并吸收挤出的水分, 固结后与周围土体形成改良后的复合桩基础。

2.2 路堤处治对策

路堤在上部结构、汽车荷载的作用下, 也易发生沉降和变形。下面将简要介绍几种路堤处置方法。

(1) 注浆法。注浆法不仅可以用来处理软土地基, 而且还可用于加固路堤, 其基本原理在前面已经论述, 但由于路堤经过碾压和换填处理后压实度高, 含水量低, 故常用压密注浆法、渗透注浆法和劈裂注浆法。

(2) 托换法。路堤处治中也常用树根桩托换法, 与路基处理不同的是, 在处理过渡段路堤时多于搭板相结合。

(3) 换填法。在路堤填筑过程中, 换填主要是对由于环境变化 (如路面破坏后路面水入渗、地表水浸泡等) 和在施工中选用不当的填料而引起路基沉降的部分土体进行换填处治。

(4) 土工织物。土工格室和土工格栅等土工织物也常用于路堤工程中, 其作用原理是:通过在填土中分层平铺土工格栅 (室) , 并将其一端固定于桥台, 另一端与台背连接, 由于土工格栅 (室) 具有高强度、高弹性、大变形特性, 可将其上部土体自重荷载和车辆荷载部分地传递到桥台, 可在一定程度上分层阻止填料沿台背沉降。

2.3 路面处治对策

路面是道路的重要组成部分, 对桥头过渡段的路面采取一定的处治措施, 也可在一定程度上减少路基沉降。下面是几种常用的路面处治措施。

(1) 桥头搭板。桥头搭板实际上是一种简支梁, 其厚度一般大于30cm, 长度根据路堤与桥台预期沉降量、道路等级和车辆荷载而定。它的作用机理是通过设置桥头搭扳, 使柔性路堤的沉降逐渐过渡至刚性桥台上, 并将集中的不均匀沉降量分散在搭板长度内。采用桥头搭板时应先将已发生破坏的路基和路面清除, 并换填性能良好的土体并压实后, 再设置桥头搭板, 以便使路基的过量沉降或可能发生的不均匀沉降在搭板范围内实现平稳过渡。

(2) 设置变刚度路面结构。此法是先在桥头路面铺设一种特殊的梯形搭板, 但为实现路面结构的刚度变化, 还要在其上铺设柔性路面材料。这样能有效减少桥头过渡段路基的不均匀沉降。

(3) 采用过渡性路面。当台背填土已发生并可能继续发生大量沉降的时候, 可采用设置过渡性路面, 即在沉降处补充铺设预制水泥混凝土六棱块、半刚性过渡层或沥青过渡层等, 便能确保行车畅顺, 有效避免跳车现象。