论路桥过渡段的结构设计

2022-09-29

1 路桥过渡段概述

目前国内外研究人员已有了一些解决桥头跳车问题的思路和方法。从理论上讲, 实现台背回填的“刚柔过渡”有两种方法:第一种方法是台背回填范围内, 使用能从路基土刚度渐变到台墙刚度的变刚度材料, 实际上这种可能性不大;第二种方法是使用介于路基土与台墙材料之间的某种材料, 但沿长度方向变化其厚度, 也即使得台背回填远薄近厚, 从而实现台背回填的“刚柔过渡”。

为消除和减少结构突变的影响, 使两种性质不同的体系在抗垂直变形能力上平滑过渡, 在结构设计上使路面面层下的结构由间断的对接形式变为过渡性的局部搭接形式, 如设置搭板, 从而增加邻近桥台处的路面结构强度, 提高路面抗变形能力。

2 结构组合设计原则

桥头路基路面一般由土基、垫层、基层、底基层、搭板、面层等部分组成。

2.1 土基

桥头过渡段土基必须密实、稳定和均质。影响土基强度和稳定的地面水和地下水, 必须采取拦截或排出路基以外的措施。一般要求填土处于干燥或中湿状态, 过湿状态或强度与稳定性不符合要求的潮湿状态的填土, 必须经过处理。填土必须有足够的压实度, 其压实标准应符合现行规范的规定, 考虑台背回填的重要性, 建议填土压实标准与基层压实标准相同, 应均为95%。

2.2 垫层

当桥头路基路面处于地下水位高, 排水不良, 路基经常处于潮湿、过湿状态或中湿、潮湿的季节性冰冻地区, 应设置垫层, 以排除路面、路基中滞留的自由水, 确保路面结构处于干燥或中湿状态。垫层材料, 一般可选用粗砂、砂砾、碎石、煤渣、矿渣等粒料以及水泥或石灰煤渣稳定粗粒土、石灰粉煤灰稳定粗粒土等。为防止软弱路基污染粒料底基层、垫层或为隔断地下水的影响, 可在路基顶面铺设土工合成材料隔离层。垫层最小厚度为15cm。其宽度应比基层每侧至少宽出25cm, 或与路基同宽。

2.3 基层和底基层

基层、底基层应具有足够的强度和稳定性, 在冰冻地区还应具有一定的抗冻性, 半刚性基层应具有较小的收缩变形和较强的抗冲刷能力。基层、底基层材料原则上应与正常路段所用材料相同, 以方便设计和施工。基层材料一般可选用水泥稳定集料、水泥稳定级配碎石、水泥稳定砂砾、二灰稳定集料、二灰稳定碎石、二灰稳定砂砾、水泥粉煤灰等综合稳定集料。底基层材料一般可选用石灰稳定集料、水泥土、二灰土、石灰土、水泥石灰土、级配碎石、砂砾等。

2.4 搭板

路面与桥梁相接处, 可根据公路等级、使用要求和经验, 选用设置搭板或不设置搭板。桥头设置搭板时, 搭板的埋置深度、坡度、厚度与长度, 搭板与桥台的连接方式, 搭板的配筋, 是否设置枕梁等均应根据工程具体情况进行设计。

搭板下加强层的厚度一般不小于2m, 长度一般超过搭板1m, 加强层材料同底基层, 对高填方路堤应适当提高。实践证明, 对整个台背填方作加固处理是防止桥头路基沉降的有效措施之一, 建议从土基到基层的压实度均按95%要求。

如果不设置搭板, 桥头可铺筑过渡性的混凝土预制块或沥青路面。同时, 对台后填筑作周密设计和认真施工, 对填料和压实应有更高的要求。

2.5 面层

沥青层只起平顺路表及磨耗层的作用, 因此, 面层与正常路段结构及厚度相同。

3 路桥过渡段的结构设计

3.1 路桥过渡段的变形控制

从路桥过渡段的路基路面工程实践分析可知, 路桥过渡段的变形控制必须解决两个问题:即严格控制过渡段内路基的工后沉降量;将路桥交界处的错落式沉降变成连续的斜坡式沉降。因此, 其变形控制主要是控制路基工后沉降和路桥间差异沉降。

3.2 合理设置缓和过渡段

由于不同的结构型式, 从桥台刚度大的混凝土结构逐步过渡到柔性的填土路基结构和沥青混凝土路面结构, 其强度不一致。因此, 软土地基处治时, 各段不同强度之间需设置强度过渡段。同样地面上的路堤亦需要设置强度过渡段。世界银行贷款项目要求在刚性桥台和柔性路堤之间设置50m的强度渐变段, 使用不同的级配填料, 确保路堤强度过渡。如果设置50m渐变段有困难, 建议渐变段长度不得小于30m。如果桥头引道不存在软土地基, 若路桥过渡段的差异沉降控制标准为5cm, 沉降坡差按0.4%控制, 则强度渐变段长度应大于13m。

3.3 路桥过渡段的地基条件与路基条件

在桥头引道路堤填筑过程中, 采用土工合成材料加筋路堤并不能提高地基承载力, 也不能有效阻止地基沉降。只有当地基具有足够的承载力, 在路堤填土自重荷载与车辆荷载的联合作用下不致破坏而产生较大的沉降时, 土工合成材料的加筋才会产生明显效果。因此, 高等级公路路桥过渡段的地基条件应保证路基的工后沉降≤10cm, 沉降差小于5cm, 沉降坡差≤0.4%的控制标准, 路基条件应满足文件要求。

3.4 路桥过渡段的结构型式

3.4.1 桥台台背路堤加铺土工格栅

在路桥过渡段路基施工设计中, 必须采用土工格栅技术。当土工格栅与土一起承受车辆荷载和土体自身荷载的同时, 土工格栅能使土体的抗剪强度得到充分发挥, 约束土体的侧向变形, 控制路基填土的侧向位移, 增强路基的整体稳定性, 从而增大了路基的变形模量;由于土工格栅与路基填土的摩擦作用, 使上部荷载可以在路基中重新分配, 降低了桥台台背局部范围土中的垂直应力, 使路基土体承载力得到提高, 从而减少沉降;由于水平摊铺的土工格栅具有弹性, 在车辆荷载的反复作用下, 会减少或不会产生变形的累积。由于在路桥过渡段铺设土工格栅具有明显的工程效果, 因此在路桥过渡段高填方路堤可采用桥台台背回填加铺土工格栅的结构型式。土工格栅的设置间距和长度应满足文件的要求, 通过计算确定。

3.4.2 合理确定搭板长度和搭板强度

到目前为止, 搭板的设计未有统一模式, 一般按照下述原则确定其长度: (1) 路面设计使用年限内, 由于道路下沉引起路面纵坡变化, 要求搭板随路堤沉降后倾角在1/200~1/300范围内变化; (2) 搭板的长度能跨越桥台台背难以压实的土体, 或跨越按计划在台背预留的土方缺口长度; (3) 根据搭板的受力状态, 用弹性地基或简支梁计算搭板长度。根据规范要求, 按上述方法计算的搭板长度为30m~20m。可参考此计算方法, 结合工程具体情况, 合理确定搭板长度。搭板强度的设计, 应根据搭板与台背填土可能脱空的最不利状态处理, 同时考虑搭板节段的划分以及枕梁位置对搭板强度的设计影响。对于路桥过渡段结构, 只要对上述设计注意的若干问题引起高度注意, 精心设计, 精心施工, 严格管理, 就可保证路桥过渡段的设计质量和施工质量达到规范的设计要求, 减少或避免路桥过渡段出现不均匀沉降, 确保和提高软土地基路基路面的使用性能和使用寿命。

摘要：路桥过渡段在工程交付使用后经常出现问题, 通过资料收集并结合工程实践及室内实验和理论研究, 探讨路桥过渡段的设计方法与施工质量控制。

关键词：路桥过渡段,结构,设计