公路桥头跳车的原因与监理防治措施

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    随着高速公路的迅速发展,在公路建设中,桥头出现的跳车现象,已成为高速公路的多发常见病害,严重影响行车的平稳性和安全性,是目前软土地区修筑高速公路的难题之一,也是公路修筑的一个急待解决的重要课题。桥头产生跳车的主要原因是桥头与路基的沉降差所致,它与地基条件、填筑材料、施工机械设备以及施工工艺等诸多因素有关。

    笔者近几年参加了外环线二期、卢浦大桥引桥、沪芦高速公路和A30东南郊环等高等级公路的监理工作,现结合工程实践,就如何控制好路基施工质量,防治桥头跳车问题谈一些体会。

    1 公路桥头跳车的起因分析

    桥头跳车是由于桥台与其后路基沉降不均匀造成了桥台和路基顶面的沉降差而产生的。当沉降差超过2cm以上时,将使此处的路面断裂,从而使行车产生明显的颠簸和不适。分析形成沉降断裂的原因,主要是由于高等级公路桥台基础一般采用桩基础,桩尖落到持力层,其沉降量甚小,设计控制工后的沉降量一般为 2cm~3cm,而其后的台背回填因地基沉降和台后填料本身的压缩变形,从而使桥台和路基产生不均匀沉降,造成路面和桥台的高程突变,形成桥头跳车。

    由此可见,桥头跳车的原因主要是路桥的沉降差所致;而引起路桥沉降差的主要原因,是由于台后路基的沉降所产生的。而路基沉降的原因主要有以下几个方面:

    1.1地基沉降
    由于桥涵通常位于沟壑地段,地下水位较高,且多属于软弱基础,在路基营运荷载的作用下,使地基产生压缩变形,形成地基沉陷。特别是由于软弱地基一般都具有天然含水率高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、渗透系数小的特点,地基沉降更为严重,并且需要相当长的时间才能趋于稳定。同时,由于高等级公路多为全封闭、全立交,为了满足被交公路、航道等净空的要求,桥台后的路基高度一般都较高。因此,产生的地基应力相对较大,更容易引起地基沉降,从而导致桥台后的路基随地基在一定时间内逐渐下沉。

    1.2台后填料的压实问题
    高等级公路台背回填的压实,虽然采用了重型击实标准,压实度要求在95%以上,但是有些工程的台后填料采用的是砂类土或透水性材料,这些材料孔隙率大,所含的水分多,尤其在自重及车辆荷载的作用下,孔隙率逐渐降低,台后填料在一定期限内产生压缩变形,根据试验及相关研究资料表明,路基填料本身的压缩变形为路基填筑高度的1%。大家知道,高等级公路台后回填高度一般都较高,因而台后填料的压缩变形也就相应较大。更何况在台后回填施工时,由于一些施工单位的质量意识淡薄,往往达不到规定的压实遍数,这样压实度就很难保证在95%以上,从而为以后的压实变形留下了很大的空间,这也是工后填料压实变形很大而导致台后沉降的主要原因。

    加上受工期、动拆迁等一些客观因素的影响,有些工程中的台后回填要等到桥台施工完成后,才能进行填筑。因此,压路机要受到桥台的限制,碾压困难,对紧靠台后的填土难以碾压到位,尤其是对于肋式桥台、U型桥台等受尺寸的限制,有的压实机械根本进不去,导致漏压、压不实等现象,使台后填土的压实度严重不足,尽管使用小型夯实设备补夯,也难以达到规定要求,因而增加了台后填料的压缩变形。

    2 减少桥头跳车的措施

    2.1地基预压处理
    预压处理就是在拟建桥台处,先填土预压,待地基强度提高到一定程度后,挖去填土,再建造结构物。有时为了加速地基固结下沉,在填筑路堤时,还可预先把土填得比设计高度高一些,或加宽土宽度,待沉降稳定后再挖除超填部分。这种预压或超载预压的方法,可以说是处理软弱地基最有效、最经济的方法,它不仅可以解决桥头的跳车问题,而且可以解决台后填土的不均匀沉降问题。

    以沪芦高速公路10标为例,该工程于2003年3月开工,路基填土于2003年9月基本完成,经过一年的预压周期,路基压实度和路基工后沉降均满足设计要求。在地基预压处理中,监理建议采取了以下预防措施,从而确保了工程质量。

    (1)分级加载控制标准。路堤中心线地面沉降速率不大于1.0cm/昼夜,坡脚水平位移速率不大于0.4cm/昼夜。若超过这一数值则立即停止填筑,直到沉降及位移速率小于控制标准方可继续施工。
    (2)超载卸载控制标准及路槽开挖时间的确定。超载填土路堤的预压期大于设计规定时间且路堤中心线地面连续3个月沉降速率小于

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    (3)在预压期内不应在路堤上做任何工程,只允许添加由于沉降而引起的附加填土。当路堤中心点沉降大于20cm后,必须及时补偿填土至设计所要求的超载预压高程。
    (4)路堤堆载施工前应做好排水沟、集水井等施工排水措施,保证基底干燥,并设置永久性平面和高程控制基点。
    (5)路堤填土前须清除地表杂草、树根、农作物等。如遇水田挖沟疏干,挖除表层淤泥、腐植土等。挖除原地面20cm耕植土后按4.0%~5.0%的坡度构筑路拱,路拱采用符合规范要求的粘性土,压实度大于90%。
    (6)超载土方顶面应保持4.0%的横坡以利于排水;设计路面为单向横坡的超高路堤路段,超载土方顶面应保持与设计路面同样坡度的单向横坡。
    (7)路堤与桥台衔接部位,路堤与桥台前预压填土应同步填筑与碾压,分层碾压厚度控制在15cm,压实度满足规范要求。
    (8)基底放宽和施工坡度。为保证堆载预压结束后路堤削坡成型,路堤正常填筑时要求施工单位应根据工:程经验及规范要求确定适当的边坡坡底加宽量和相应的施工坡度。

    2.2地基加固处理
    地基加固处理是最有效的防治桥台跳车的方法之一,尤其是软弱地基。由于地基加固的费用占总投资的比重很大(约三分之一以上),所以,要认真选取经济、有效的加固方案。

    根据笔者多年监理经验,对正常压实的软粘土而言,首先应考虑采用排水固结措施,如插塑料排水板等方法,通过设置来改善地基的排水条件,缩短排水途径,使地基承受附加荷载后,排水固结过程大大加快,进而使地基强度得以提高。这种方法既经济又有效。如果属于软弱地基,除了常规的排水固结措施外,更多的是采用搅拌桩、挤密桩等深层复合地基法来提高土的强度与稳定性,使桥头路基尽量连续平稳过渡。

    现仍以沪芦高速公路工程为例对塑料排水板法地基加固的监理控制作一下介绍。

    (1)对产品质量的控制。要求塑料排水板须符合设计要求和质量标准,产品须有资质的厂家提供,并有出厂检查合格证,运至工地后,须按规定频率抽取样品进行检验,合格后方可使用。设计要求型号为SPB—1B,厚度不小于4.0mm.
    (2)施工工艺需按以下程序进行:整平原地面一一构筑土拱层一一机具就位——塑料排水板穿靴一一攒入套管一一拔出套管一一割断塑料排水板一一机具移位一一摊铺砂垫层。路基拱层采用级配碎石构筑时,应在拱层构筑前先打设排水板。
    (3)为防止排水通道堵塞,要求塑料排水板滤管材料具有一定隔离土颗料和渗透功能,应等效于0.025mm孔隙,渗透系数应不小于5X0.1cm/s.施工现场堆放的塑料排水板盘带应适当覆盖,以防暴露在空气中老化。施工中要防止泥土等杂物进入套管内,一旦发现须及时清除。
    (4) 为防止塑料排水板固定不牢,要求其穿靴时,须将其端部穿过预制靴头固定架,对折带子长约10cm,固定联结牢固。塑料排水板搭接应采用滤管内平接的方法,芯板对扣,凹凸对齐,搭接长度不少于20cm,滤管包裹,用可靠措施固定。靴头制作时,不论是铁质的还是混凝土的,其固定架一定要埋设牢固,发现固定架自身不牢时,不得使用。
    (5)为防止塑料排水板埋入砂垫层长度不足,要求套管拔出地面后,精心丈量板体留出孔口长度,保证不小于50cm,再予以切割。如果留出孔口长度不足,可采用芯体平接的方法,芯板对口,凹凸对齐,搭接长度不小于20cm.

    2.3合理使用填筑材料
    由于土的内摩擦角较小,加之压实质量的影响,所填路基的压缩沉降—般较大。因此,桥台后的回填应选用摩擦角大、强度高、透水性好的填料,如砂砾、砾石、连续级配碎、石灰稳定土等,并且压实速度快,加载后能在短期内完成变形。在笔者所参与的高等级公路工程的监理过程中,后台填土多采用轻质填料,常用的材料为粉煤灰,其目的就是减少填方容重,减轻填方土体对地基的压力,从而达到减少地表以下土层排水固结产生的沉降。对粉煤灰的原材料质量,监理应从以下两个方面加以控制。

    (1)粉煤灰的级配要符合要求。细粒过多,材料的摩擦角会减少,影响压实度;反之细粒过少,粗颗粒易压碎,压实成型困难。根据实践经验,笔者认为粉煤灰的粒径含量宜大于45%,粉煤灰的烧失量宜小于12%.
    (2)控制好粉煤灰的含水量。一般常用的是湿排灰和调湿灰,其含水量较大,直接上路摊铺压实,无法达到规定的压实度。因此,到运至工地的粉煤灰一定要求在场地上堆高沥水,以降低含水量,然后再上路摊铺压实。

    2.4提高填筑材料的压实度
    影响路基压实效果的主要因素有含水量、碾压层的厚度、压实机械的类型和功能、

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    首先要调整填筑材料的含水量,由击实试验所得的击实曲线图有一峰值,此处的干容重为最大,称为最干容重,与之对应的含水量则称为最佳含水量。只有在最佳含水量的情况下压实效果最好。同时其压实的土水稳定性最好。所以对含水量过大的土,可采用翻松晾晒或均匀掺入石灰来降低含水量;对含水量过小的土,则洒水湿润后再进行压实。

    其次,压实机械对一定含水量填筑材料的压实状态有很大影响。填土分层的压实厚度、压实遍数和压实机械类型、土的种类和压实度要求有关,应通过试验来确定。一般20—30t的中型振动压路机应碾压3~4遍,每层压实厚度不超过20cm.

    此外,压路机行驶速度也大有讲究,既不过慢也不过快,各种压路机械的最大速度不宜超过4km/h.碾压开始宜且慢速,随着土层的逐步密实,速度逐步提高。压实时的单位压力不应超过土的强度级限,否则土体将会遭到破坏。开始时土体较疏松,强度低,故宜先轻压,随着土体密实度的增加,再逐步提高压强。

    另外,路堤施工时边缘往往压实不到,仍处于松散状态,雨后容易滑坍,故两侧可采取多填适当宽度,压实工作完成后再按设计宽度和坡度予以刷齐整平。

    2.5正确设置土工合成材料
    由于土工格栅具有抗拉强度的特点,而无纺针刺类土工布具有排水效果较好的特点。因此,在沪芦10标工程范围内,每座桥接坡都普遍使用了土工布和土工格栅。合理设置土工合成材料,既可以减少路堤填筑后的地基不均匀沉降,又可以提高地基承载能力,同时也不影响排水。所以监理主要采取了以下一些控制措施:

    (1)土工布的质量控制。规范要求土工布的单位面积质量为300g/m:~500g/m,强度按用途分类为3个等级。考虑到土工布的不同材料和工艺,其力学性能存在差异较大的情况,要求土工布单位面积质量不小于400g/m2,其纵向抗拉强度不小于20km/m,满足握持强度≥1100N,撕裂强度 ≥400N,刺破强度≥400N,CBR顶破强度≥2750N的土工布,要求采用聚脂长丝针刺型。只有这样,土工布才能起到明显的隔离层作用。
    (2)考虑到土工布的排水效果与土工布的厚度有密切关系,选用的土工布太薄,透水能力就低。为此,要求选用克数较大的土工布,最好为400g/m~500g/m。
    (3)土工格栅主要起加筋作用,如果格栅强度不足,起不到调整应力分布作用;若设计荷载较大,单靠一二层土工格栅不足以达到设计强度;土工格栅要与填料紧密咬合在一起才有显着效果,若压实不足,则加筋作用不明显;如果格栅锚固长度不足,产生滑动也会出现强度降低现象。针对上述可能出现的问题,监理要求施工单位采取了针对性的措施:①选择抗拉强度大的格栅材料;②增加格栅层数,至少铺设三层;③提高格栅之间填料的压实度,确保土工格栅与填料紧密咬合;④采用反包法以增大锚固力。

    3 几点体会

    (1)通过多年公路工程的监理工作实践,笔者认为,台后回填与路基同步填筑时,压实效果最为理想。为保证路基工后沉降稳定,务必先进行路基填土施工,在保证堆载预压一定时间沉降稳定后,再开挖实施桥台结构。
    (2)严格控制后台填料的质量,要求必须符合设计要求,并经检验确定为合格的产品,若发现其它材料或材料中含石块、杂物和腐植土的用料,一律不得使用。
    (3)不同的填实和场地条件要选择不同的压实机械。一般来说,桥台接坡处对路基压实质量要求较高,故宜选用压实效果较高的碾压机械,如重型轮胎压路机和振动压路机。
    (4)为了保证台后回填质量,监理应委派专人负责,从材料进场到摊铺碾压、工序检验等进行全过程旁站监督,随时发现问题,把一切隐患消灭在萌芽状态。

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