談粉煤灰路基安全性計算

程 飛 張亞彩

(1.山西省交通科學研究院，山西太原 030006;2.中交遠洲交通科技集團有限公司，河北石家莊 050051)

1 工程概述

平贊高速公路通過京昆高速公路石太北線與西柏坡高速、西阜高速相銜接，形成一條連接西部太行山眾多旅游資源的快速通道，對于帶動西部山區沿線資源開發、促進假日旅游經濟發展具有重要作用;平贊高速公路向南延伸與邢臺、邯鄲以及河南省規劃路網聯結，形成一條貫穿河北省中南部、連接河南省北部地區的又一條省際快速通道，項目的實施將進一步完善區域高速公路網布局結構、增強路網功能;對于加快冀中南經濟區發展、推動沿線地市資源整合具有重要作用。本文所述橋梁位于此高速公路蒼巖山互通式立交內，為互通內匝道橋，橋梁中心樁號AK0+080，起點樁號AK0+027，終點樁號AK0+133，橋梁全長106.0 m。本橋平面位于R=180 m的左偏圓曲線上，橋面橫坡為單向－4%，縱斷面縱坡0.32%。全橋共1聯:4×25;上部結構采用預應力混凝土(后張)現澆連續箱梁，單箱三室;下部結構橋臺采用柱式臺，橋墩采用柱式墩，墩臺采用樁基礎。

2 存在問題

如圖1所示，橋址處為一大型壩體，壩體厚度約1.5 m～2.0 m，此壩體里面為當地一大型發電廠排放的粉煤灰，蒼巖山互通匝道橋橋頭正好位于此壩體邊緣，于此經過，由于項目特殊地理位置需要，路線無繞避方案。

圖1 橋址地理位置

粉煤灰是一種質輕、多孔隙、吸水量大，具有很強壓縮性的材料，近年來由于路基填筑土的缺乏，不少高速運用先進技術利用粉煤灰進行路堤填筑都取得了良好效果，但如果在路基施工的過程中不能有效的進行控制，反而適得其反，可能引起路基的塌陷。

對于此項目，粉煤灰的堆積數量龐大，路線方向長度約400 m，深度達35 m，如果進行開挖再回填，就會增加橋臺的施工難度，路基施工的難度也會增加，還會增加施工成本，鑒于此處粉煤灰堆積時間較長，若經過計算，采取適當措施，可保證安全，則可直接進行橋臺路基填筑。

3 安全性分析計算

3.1 橋頭跳車

橋頭跳車產生的根本原因是構造物與其兩端接線路堤間的沉降差，沉降差產生的具體原因主要有以下幾個方面:1)橋頭路堤位于天然地基上，如果在填土前不做處理或處理不徹底，在路堤土的重力作力下其將產生極大變形，而橋梁構造物采用樁基礎，其沉降量很小，若橋頭路堤土重力產生的變形不能在橋頭路面鋪筑時基本完成，將產生橋不沉而路沉的現象，造成跳車。2)壓實度達不到標準，由于橋頭施工壓路機碾壓時工作面小，這就導致橋頭路基及錐坡的填土壓實度達不到標準，造成這部分填土下沉，引起跳車。

3.2 橋頭路基段的安全性

由于粉煤灰的大空隙率以及易吸水，較大壓縮性，使得地基在附加應力以及車輛荷載的共同作用下必然會產生壓縮變形(主要是豎向變形)，從而引起沉降。綜上所述，安全性問題主要是地基沉降，只要橋頭的工后沉降滿足規范要求，其他方面可以通過在施工階段嚴格控制工藝即可達到要求。

3.3 地基沉降計算

根據《公路路基設計規范》對于路基容許工后沉降的規定:一般路段為30 cm，路堤與大、中橋毗鄰處為10 cm［1］。所以只要計算滿足要求，即可滿足安全性要求。地基沉降量計算采用分層總和法，壓縮試驗資料采用e—p曲線，計算總沉降。沉降計算的壓縮層厚度按計算層底面的附加應力與有效自重應力之比等于0.2控制。

實驗數據如表1所示，橋頭路基填筑最大高度為0.82 m，路基段最大填筑高度為3.45 m，多層土的沉降計算公式為:

其中，S為沉降總和，cm;ai為壓縮系數，MPa－1;ei為空隙比;pi為平均附加應力，MPa;hi為層厚，m。

計算結果見表2，表3。通過以上結果可見2.197＜10，18.964＜30，工后沉降均滿足規范要求，故可直接填筑路基。

3.4 加強觀測

1)路基縱向，每50.0 m設一個觀測斷面，在路堤中心及兩側路肩布設3個觀測點。

a.觀測頻率。路堤填高達到設計高度之前，每天需觀測一次，因故停止施工，每3 d觀測一次。b.臨時水準點的設置。臨時水準點應設在不受垂直向和水平向變形影響的堅固的地基上或永久建筑物上，其位置應盡量滿足觀測時不轉點的要求，每三個月用路線測設中設置的水準點作為基準點，對設置的臨時水準點校核一次。

2)側向位移(穩定)觀測。

a.側向位移點及其基樁的布設。側向位移點布設在軟土層厚度大于3.0 m，路堤高度超過極限填土高度的路堤兩側的坡腳處，基樁必須布設在坡腳外路堤沉降影響范圍以外。側向位移點縱向間距每50.0 m路基兩側各設置一處。b.觀測及其頻率。側向位移樁和基樁設置好以后，采用鋼尺量測位移樁與基樁之間的距離，量測鋼尺的拉力為5 kg(或由量測人自定)，有條件時也可用紅外測距儀量測。觀測工作在路堤填高超過3 m時開始，其頻率為每天觀測一次，直至路堤達到設計的施工標高。

3)路面鋪筑時間的確定。路面鋪筑必須待沉降穩定后進行，采用雙標準控制，即要求推算的工后沉降量小于設計容許值，同時要求連續沉降觀測不少于3個月，且連續2個月平均沉降量不超過5 mm，方可開始路面鋪筑。

表1 鉆孔實驗數據

表2 橋頭處沉降量計算結果

表3 橋頭路基段沉降量計算結果

4 結語

本項目在設計的過程中，通過研究、實驗、計算與分析，對原來的地基進行安全性評價，在保證地基沉降滿足規范要求的前提下，最終對路基進行直接填筑，并采用觀測等動態手段進一步保證施工過程控制，不僅確保工程安全可靠，而且有效的減少工程浪費，達到了降低造價的目的。

［1］JTG D30-2004，公路路基設計規范［S］.

［2］李峻利，姚代祿.路基設計原理與計算［M］.北京:人民交通出版社，2001.