高速公路橋涵臺背回填施工工藝與差異沉降分析

摘 要：公路是區域經濟發展的命脈，由于靈活性使其在交通運輸中發揮了重要作用。高速公路“八大”通病之一的橋頭跳車，主要是由于構造物與臺背路堤差異沉降所引起的，如何減輕或者消除橋頭跳車，己成為高速公路建設中必須解決的課題。而處理差異沉降的手段主要有：處理臺背地基、使用性質好的回填材料及采用更恰當的施工工藝。

關鍵詞：高速公路；臺背回填；橋頭跳車；差異沉降；施工工藝

引言

公路建設是國家基礎產業中最主要的一部分，公路交通事業的迅速發展，為持續發展的經濟注入了強大的活力，而橋梁、通涵等結構形式成為一條高速公路建設中的主旋律。

臺背不均勻沉降主要是由回填不利造成的，而不均勻沉降會導致道路壽命與舒適性的降低。其產生的危害有：嚴重破壞回填區路面；橋頭與搭板連接處路面出現車轍與開裂；搭板上覆路面面層產生車轍；路基與搭板末端交界處路面產生差異沉降與橫向裂縫；回填區末端路面產生橫向開裂；涵頂上覆路面下沉；橋頭跳車等病害。

文章結合京石高速公路改擴建工程對高速公路橋涵臺背差異沉降和回填施工工藝進行簡單的探討。

1 臺背差異沉降產生原因

引起臺背差異沉降的主要原因是地基基礎在路面、路基的恒載與汽車動載的作用下引起的地基下沉。其次，在長期車輛荷載作用下及路基填土自重的共同作用下，路基產生壓縮下沉；在車輛荷載的作用下，路面結構層密實度增加、厚度減薄而產生的下沉，都是引起臺背差異沉降的重要原因。此外，界面剛柔突變產生的沉陷、設計不合理、施工質量控制不足等因素也是產生橋頭跳車部分原因。

2 臺背回填施工工藝

臺背回填質量控制的關鍵在于路基填筑、界面控制和臺背填料的壓實度三方面。

2.1 臺背回填施工應遵循的原則

2.1.1 臺背回填壓實度要求

京石高速公路改擴建工程臺背回填采用分層填筑，每層填筑壓實厚度應不大于15cm。壓實度應控制為97%，在每層填料壓實完成后，都應遵循規范要求的頻率進行壓實度檢測，只有檢測合格后才能進行下一層的施工。回填施工之前，應人工將臺背基坑中的松土清除干凈，已填筑的路基進行挖臺階處理，底部距基礎外緣3m，與新填路基銜接處按1：1.5的比例放坡開挖臺階，臺階寬度1.5m，高1m。[1]

2.1.2 臺背回填所用填料要求

京石高速公路改擴建工程臺背回填，施工設計圖紙所采用的回填材料主要有兩種：即石灰土和液態粉煤灰。

石灰土的優點有水穩性好、回彈模量大，是防治流水掏蝕臺后填料的有效措施；液態粉煤灰具有自重輕、壓縮性小、密實性好的特點，可以大大降低臺背填料的附加應力，從而減少路基與橋臺的不均勻沉降，降低橋頭跳車的產生[2]。液態粉煤灰應采用拌和站集中拌和，以減小其對環境產生的污染。

2.1.3 臺背回填施工要求

（1）臺背回填應與錐坡填土同步進行。

（2）根據現場施工情況，當結構物已完成且路基土方未填筑或填筑進度較慢時，采用7%石灰土與路基同步填筑；當路基填筑較快或已完成，結構物施工較慢時，采用液態粉煤灰填筑。嚴禁使用砂礫或山皮土作為填料進行填筑。

（3）臺背回填時，臺（涵）身水泥砂漿的強度與混凝土強度應達到設計強度的90%以上，在施工過程中應采取完善的保障措施，以確保結構物基底不被水浸泡。

（4）臺背回填施工應符合設計圖紙的尺寸要求，根據圖紙設計本項目分U型橋臺、肋式、扶壁式橋臺、暗板涵、明板涵、箱涵、管涵，施工時認真審核圖紙，按橋頭路基處理設計圖進行施工。

（5）臺背回填的順序應滿足設計圖紙要求，若圖紙未進行具體要求則應確保：對于梁式橋應在梁板安裝以后，再兩側對稱的進行輕型橋臺的填土；對于有支撐梁的輕型橋臺，必須在支撐梁澆筑或安裝完畢之后才能進行回填；對于整體式箱涵應在兩側對稱進行回填；柱（肋板）式橋臺宜先完成臺背回填，再進行蓋梁澆筑，可充分發揮機械作用，做到臺背回填不沉降，其回填應兩側對稱、平行進行，回填施工的順序應確保構件不產生附加水平推力[3]。對于已完成蓋梁澆筑的橋臺，若填至蓋梁下方，由于凈空較小導致小型機械不能作業時，可用M7.5砂漿漿砌片石，分層鋪砌蓋梁底。

3 臺背回填數值計算模型的建立

對于暗涵臺背回填土而言，沉降變形在填土的豎向總變形中占具了絕大部分。路面下部2m范圍之內是交通荷載的主要影響范圍。數值模擬過程中，由于上部結構層和車輛荷載對橋臺及臺后填土的影響很小，臺后土體主要考慮承受的荷載影響有土體的自重應力與上部路面結構層及車輛荷載的影響。

模型參數為混凝土容重24.0KN/m3，彈性模量25GPa，泊松比0.17；填筑粘土容重17.1KN/m3，彈性模量23MPa，泊松比0.35，粘聚力87KPa，內摩擦角23.8°[4]。

通過豎向沉降分布圖可以看出能夠得到：填料產生最大的沉降值為4.217mm，出現在距離涵洞約5m外的區域，由于回填邊界呈倒梯形，故沉降在回填體內部呈凹形分布。填土部分分布為壓應力，而由于剛性——柔性面之間的相互作用，在涵臺墻背的兩側分布著一定的拉應力。

圖1 豎向沉降分布圖

試驗段沉降觀測與數值模擬趨勢一致，但也存在一些差異，主要是由于在實際工程施工中，填料壓實度不可能完全達到100%。而在模擬計算中，參數代入時考慮的是填料完全壓實的情況，而且數值模擬未考慮產生在地基中的沉降，而實際施工中地基肯定存在著一定沉降。因此，觀測得到的沉降值大于數值模擬的沉降值是合理的。

4 結束語

作為工程質量通病的橋頭跳車，雖然暫時還無法徹底消除，但只要不斷改進臺背回填的施工工藝，加強施工質量監控，就能大大提高臺背填土的質量，減少病害的產生和危害。

液態粉煤灰和石灰土作為兩種臺背回填材料，能夠有效的控制沉降，提高高速公路臺背回填質量，降低填料不均勻沉降，在工程應用方面具有較好的價值。

參考文獻

[1]中華人民共和國交通部.公路工程技術標準（JTGB01-2003）[S].人民交通出版社，2004.

[2]徐培華，王安玲.公路工程混合料配合比設計與試驗技術手冊[M].人民交通出版社，2001.

[3]龔軍平.高速鐵路路基改良土工程性質試驗及施工技術研究[D].西南交通大學碩士論文，2006.

[4]馮蕾.橋臺背回填受力及變形性能的有限元分析[D].內蒙古工業碩士論文，2005.