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软土地基区桥头跳车原因分析及防治措施研究
admin在2020-01-10发布 频道:行业资讯 标签:
     
摘要:本文详细分析了修建于软土地基上的桥梁形成桥头跳车的原因,并以永金河桥为工程依托,提出了采用预制混凝土灌注、土工格栅碎石垫层和粉煤灰回填等加固方式。通过这些方式,可以有效提高地基承载力,减少地基沉降,消除桥头跳车的发生,该方法对其他高速公路改扩建中治理桥头跳车具有一定的借鉴意义。

1  引言
     在桥梁的病害调查中,桥头跳车是一个普遍存在的问题。桥头跳车会给公路造成很大危害,不仅影响行车的舒适性和安全性,还会在经济上造成很大损失。某高速建于软土地基上,自2000建成通车后,陆续出现了桥头跳车现象,虽然经过多次治理,但是却始终不能彻底解决跳车问题。随着交通量的不断增加,2009年启动了该高速改扩建工程。由于新旧桥梁的桥头地基沉积时间不一样,势必会造成地基沉降不均匀,出现桥头跳车现象也更加普遍。如何能进一步的减小桥头跳车现象的发生,成为一个重要的研究课题。

2  原因分析
    永金河桥为该高速上的重要桥梁,该桥在运营过程中,出现了明显的桥头跳车现象,严重的影响了该桥的安全运营。针对该桥出现的问题,经过认真分析后认为,造成该桥出现桥头跳车的原因有以下几个:
2.1 设计考虑不周
    设计作为建设工程中的重要环节,对于保证工程质量,减小工程费用和维修费用起关键作用。该桥在设计初期,由于对软土地基没有足够重视,基底处理不到位。大量研究成果表明,软土地基处理不到位是造成桥头跳车的主要成因之一
[1]。该桥设计时所选择的路基填料为二灰土,灰土的含灰量偏低,且设计要求的压实度也较低,导致后期运营过程中地基下沉过大;此外,桥头防护工程的设计强度偏低,路堤填料的水平土压力过大,导致防护工程产生水平位移,引起桥头路基沉陷,进一步加剧了桥头跳车现象的发生。
2.2 施工质量
    施工质量的好坏直接影响到结构物的寿命和使用年限,由于施工工期紧,工程量大等原因造成施工质量很难控制,致使结构物的使用年限缩短,该桥在施工过程中存在的问题主要包括以下方面:
    (1)台背填土速度过快,在台背填土没有充分固结的情况下,就开始铺装路面面层,造成桥梁运营过程中台背填土沉降加快,沉降时会对台背挡土墙等构造物产生挤压。若台前护坡、挡墙等结构物砌筑不及时,则可引起土体滑移,影响压实效果,甚至危及桥基[2]
    (2)台背、尤其是台墙后侧及翼墙内侧填土,因受施工作业面限制,不易使用大型压实机械,造成该桥的台背难以规定压实要求。
    (3)台背填筑材料把关不严,施工时没有严格按分层填筑、分层碾压、分层检测的“三 分法”施工,没有选择合适的气候条件进行施工等。
2.3 台背填料压缩引起路基的沉降
    压缩沉降主要决定于填料性质、施工条件及桥头防护工程的设置情况[3]。一般透水性好的土、级配较好的砂石料,其压缩沉降小;施工符合程序、压实符合要求时,压缩沉降小。该桥台背填料为二灰土,土质较差。存在着较大的孔隙,施工中的任何措施都不可能将填料颗粒间的孔隙完全消除,只能在其自重及车辆荷载不断作用下,孔隙率逐渐降低,填料逐渐压缩,便在一定期限内产生沉降。
2.4 刚度差值引起的沉陷跳车
    桥台的沉降只随地基的沉降而产生,沉降量很小;而桥头路基的沉降则由路面沉降、路基沉降和地基沉降三部分组成。路面沉降可忽略不计,若等深度地基沉降视为相同,则主要区别是桥头引道路基的变形。由于受自然因素影响和车辆自重荷载作用,引道路基将产生一定的压缩变形;同时,桥头路基填筑向度较一般地段局,产生基底应力相对较大,可能易引起路基基底的沉降。
    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H彳度,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。
2.5 地基土质不良造成的沉降
    该桥处于软土地基,且地下水位较高。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。

3  防治措施
    津滨高速改扩建过程中,以永金河桥为工程实例,为了减少桥头跳车的现象的发生,在结合了国内其他地区先进经验的基础上,采取了如下措施:
3.1 预应力混凝土管桩
    虽然高压旋喷桩和CFG桩具有成桩速度快、造价较低的特点,但是成桩后桩体强度增长较慢,且成桩质量不稳定,另外,津滨高速改扩建工期较紧,且对桥头沉降量要求严格。与高压旋喷桩和CFG桩相比,预制桩钢筋混凝土桩具有坚固耐久,不受地下水和潮湿变化的影响,可以做出各种需要的断面和长度,而且能承受较大的荷载,施工速度快,成桩质量有保证等特点,综合对比后选择预应力混凝土管桩进行地基加固。
    经过计算,确定从距离承台1.2m处开始,桥台后纵向30m,路基坡脚内侧1.0m范围内为加固区。该工程所采用的预应力混凝土管桩型号为400A95-10。桩间距为1.5m,呈梅花形布置。压桩时由桥台开始逐排后退,跳跃间隔式的压入。桩的垂直度偏差不应大于0.5%,压桩时应连续进行,不允许中间停歇。桩深设计为穿透上覆淤泥质粉土,持力于粉质粘土层。压桩过程中如遇桩身变形过大或下沉速度突然减小等现象,应立即停止压桩,通过钎探或其他方式检查是否有大石块或其他异物,找出原因后再继续压桩。
3.2 土工格栅碎石垫层
    桩顶上层铺设50cm厚级配碎石垫层。级配碎石采用退铺法,首先铺设30cm厚底层,然后用振动压路机碾压,采用前进振动,后退不振动的方式碾压,碾压第一遍时不振动。等压实度达到95%时铺设土工格栅,土工格栅纵向搭接长度应大约20cm,横向搭接长度应大于30cm。最后按相同方式铺设上层碎石,并碾压密实。
    桥头加固区与原有路基、新铺路基采用挖台阶的方式进行搭接,台阶宽度不小于lm,台阶设置2%~4%的内倾斜横向坡度,土工格栅应伸入搭接台阶50cm。
3.3 粉煤灰回填
    采用粉煤灰、石灰和水泥组成的三灰进行台背回填,经过试验确定三灰的配合比为粉煤灰:石灰:水泥=86:12:2。该配合比下,在90%的压实度条件下,7天强度可以达到0.85Mpa,28天强度可达到3.22Mpa,弹性模量可以达到283Mpa;在95%的压实度条件下,7天强度可以达到1.18Mpa,28天强度可达到4.26Mpa,弹性模量可以达到458Mpa;承载力和刚度满足设计要求。
    三灰混合料采用拌和机场拌,以利于准确控制水泥和石灰剂量,并保证混合料的均匀性,分层压实,每层压实厚度控制在20cm左右,施工时随时测试压实度。采用振动压路机碾压,碾压顺序为先静压一遍,然后起振碾压,直到压实度达到设计要求为止。台背后1.2m范围内采用小型平板振动器振实,振动时间以试验确定。

4  加固效果
    (1)社会效益
    采用该加固方式,一方面大大缩短地基自然沉降所需时间,施工速度快,可以快速恢复交通。另一方面施工质量有保证,可以减少由于超载预压时间不足造成的地基沉降量过大的问题。另外,由于三灰的压实度容易保证,可以适当降低施工难度。
    施工过程中,为了检验加固效果,在加固段埋设了2根测斜管,路基回填完三灰土后,与非加固段进行对比,对比发现,经过加固的地基,桥台后路基稳定,土体水平位移小,非加固段路面沉降是加固段路面沉降量的3.0倍。且经过加固的路基,沉降差小,沉降均匀。道路运行2年后检测发现,桥头处接线平顺,无跳车现象。
    (2)经济效益
    采用该方法,可以减少土方开挖和换填施工,可以缩短工期。由于路基所用的三灰容易压实,可以减少大型机械设备的投入,减少事故机械费用。三灰中的粉煤灰为工业废料,粉煤灰的大量使用,可以将工业废料变废为宝,降低工程造价,具有广泛的经济效益和环保效益。

 
5  结论
    通过采用预应力混凝土管桩、土工格栅碎石垫层和粉煤灰回填,可以有效提高地基承载力,减少路基沉降,提高稳定性,消除桥头跳车现象的发生。
    预应力混凝土灌注具有施工速度快,施工质量有保证等特点。粉煤灰回填具有自重轻,宜压实,施工方便等特点,对于压路机难以正常正常作业的台背特别有利,在靠近台身和耳背墙处的死角,可采用小型平板振动器即可达到足够的密实度。该方法可以应用于其他高速公路改扩建工程中桥头跳车的防止工作。
参考文献
[1] 边平涛,沈晓海,张汉斐,等.软土地基桥头跳车产生的机理与工程对策[J].公路,2005,(8):91〜93.
[2] 王明怀.高等级公路桥头跳车病害的成因与防治研究[J].华东公路,1996,(1):31〜33.
[3] 刘迎秋.液态粉煤灰在桥涵台背回填施工中的应用[J].公路工程与运输,2008.6.
[4] 李翠英.衡德高速公路桥头跳车的防治措施[J].国防交通工程与技术,2006.2.57〜59.
作者:李茂奇 张昊   
信息来源:混凝土视频网
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