小間距加筋復合體橋臺結構優勢及施工技術要點分析

申鐵軍

(山西路橋建設集團有限公司，山西 太原 030006)

1 加筋土橋臺結構組成

1.1 加筋土地基結構分析

加筋土地基是指由土工織物包裹的人工壓實填土，填料一般為級配良好的粗顆粒土；主要用來提高原有地基對橋臺的承載能力，以減少加筋橋臺在應用過程中受場地條件的限制性。同時，土工織物包裹的地基土在一定程度上起到反濾層的作用，可以防止細顆粒土從基礎底部滲入加筋土基礎，保證基礎的整體性。

1.2 加筋土橋臺結構分析

加筋土橋臺是該復合體結構的核心，由壓實填料和小間距布置的土工合成材料分層交互構成，橋梁結構可以直接安放在加筋土橋臺頂部。從本質上講，加筋土橋臺是小間距加筋土擋墻作為橋臺結構的應用，因此主要由加筋材料、回填土和面板三部分組成。

(1)與一般加筋土擋墻不同，加筋材料按小間距布置的土工合成材料加筋土支擋結構(以下簡稱“小間距加筋土結構”)。具體要求如下。

①加筋材料

從理論上講，只要能夠滿足橋臺穩定性驗算和變形控制要求，各種類型的土工合成材料均可用作加筋材料。實際工程中，目前所用的加筋材料以有紡土工織物為主，也可以材料延伸率低的土工格柵。由于加筋橋臺是嚴格控制變形要求的土工結構物，選用的加筋材料除了極限抗拉強度應符合穩定性設計要求以外，還需以2%應變時的筋材強度作為設計強度控制指標，以保證使用功能的長期性和可靠性。

②外立面板

小間距加筋土擋墻的自約束性能好，通常不需要面板也能自穩定。因此，面板在GRS-IBS中的作用，只是相當于一個外立面，封閉填土以免遭受侵蝕；同時起到美化外觀的效果。正因如此，該類加筋橋臺的面板可在混凝土、噴射混凝土或格賓、木材、天然石材、金屬材料甚至汽車輪胎等不同材料類型中任意選用，且可以建構成不同形式的面板。目前在GRS-IBS中應用最普遍的是砌塊式面板，標準砌塊的技術規格為40 cm×20 cm×20 cm(長×寬×高)，抗壓強度≥28 MPa，吸水率5%；寒冷地區尚需進行凍融試驗以評價其耐久性。每一層砌塊與加筋材料之間為摩擦連接，因此適用于各類筋材。常用砌塊類型有預制的實體砌塊、空心砌塊和三角木砌塊三種。

(2)粒料填筑

在加筋土結構中，填土質量和壓實度是保證結構物施工質量的關鍵性控制因素。對于變形控制要求嚴格的GRS-IBS尤為重要，通常需要滿足壓實系數≥0.95。

①粒料要求以破碎、堅硬、耐用的粗顆粒料或碎石、礫石為主，不含有機物或有害物質，頁巖或其它耐用性差的軟顆粒禁止使用，并滿足如下要求。

a具有良好的顆粒級配與排水性能(細粒含量≤15%)。

b易于鋪設、整平、壓實，最大粒徑不宜超過53 mm，塑性指數IP≤5.0；

c優選次棱角狀顆粒骨料，內摩擦角不大于38°，填料與筋材摩擦系數較大，施工完成后加筋土才能具有良好的側向約束能力；

d能夠保證填料與砌塊接觸帶之間填料的密實度。

②加筋土地基和橋頭引道所用的填料應為級配良好的填土，以保證更好的壓實度。

1.3 橋頭引道

橋頭引道是橋梁與主道之間的過渡段。在常規處理措施中，由于剛性橋臺與填土路基之間的差異沉降過大，出現“橋頭跳車”問題。GRS-IBS中，橋梁結構與橋頭引道一樣，均直接位于加筋土橋臺之上，且橋梁結構下方加筋土采用增強措施，因此可以減輕或消除差異沉降及“橋頭跳車”現象。引道采用土工織物反包粗顆粒壓實填土，與橋梁的接縫處結合嚴密，瀝青路面不在接縫位置設置伸縮縫，實現連續、完整的過渡。

2 加筋土結構優勢

2.1 性能優勢

工后沉降小，可消除橋頭錯臺；由于橋臺主體為加筋土柔性結構，結構抗震性能良好；側向約束能力強，穩定性高，力學性能及服役性能好。

2.2 經濟優勢

相比于“標準深基礎樁承+2∶1放坡處理”橋臺方案，要節省造價約25%～35%；相比于標準公路橋處理方案，要節省造價約45%～65%。

2.3 其它優勢

施工快捷，可突擊進度，不影響工程質量。由于無需考慮混凝土凝固時間，因此能夠很快投入下道工序；適用性強，后期維護成本低，加筋土整體式橋臺可廣泛應用于二級及以下公路中小橋梁工程；節能降耗，施工過程中對自然環境的影響很小；加筋土橋臺結構無大量現澆混凝土應用，有一定環保價值。

3 加筋土橋臺施工步驟及技術要點

3.1 開挖基礎

開挖至設計深度，并清除場地內的軟弱土體和其它障礙物。保持基槽干燥并及時施工回填。必要時對地基土進行夯實處理。

3.2 加筋土地基施工

加筋地基至少應被土工織物左面包裹(底面+兩側面)，應做好反濾措施。加筋間距一般為30 cm，應分層填筑并壓實，分層厚度應為15 cm，壓實系數應達到95%以上。

3.3 加筋土橋臺施工

(1)加筋土橋臺按“鋪設一排面層模塊、鋪設一層碎石混合填料、鋪設一層土工合成材料加筋筋材”的循環工藝順序重復進行，直到橋臺設計高度，加筋橋臺施工應嚴格控制填料壓實度。標準模塊的厚度為20 cm，因此一般加筋間距即為20 cm，應每鋪設一層填料即振動密實，壓實系數應達到0.95以上。

(2)為防止壓實過程中，模塊側向位移過大，近面層1.0 m范圍內應采用輕型振動平板夯進行壓實(壓實過程中對模塊頂面臨時施加豎向壓力)，其它區域則使用大型振動設備進行壓實。短加筋局部加強區使用輕型設備，以免碾壓過度而損傷筋材。筋材沿道路中心線方向鋪設時應整幅鋪設，不得拼接；垂直道路中心線方向的筋材鋪設有拼接時，拼接縫應該交錯排列，單層平面內及層與層之間也交錯排列，以避免形成連續斷裂。筋材鋪設應從面層處開始，向內鋪設。

(3)鋪設完成的筋材應繃緊、平整無褶皺，筋材與模塊之間的摩擦接觸面積應超過模塊面積的85%。為保證面層模塊堆砌平整，模塊之間的筋材鋪設厚度應均勻一致；當出現筋材搭接時，應修整使其無搭接。筋材鋪設時，應避免施工設備等直接在筋材界面上操作，在填土上操作機械時也因盡量注意對筋材的擾動與損害。

(4)面層砌塊應分層錯縫碼放，堆砌過程中應注意每一層的調平(尤其是底層)。砌塊之間應無明顯的縫隙，不得夾有顆粒碎屑物質。每碼放一層，均應檢驗面層的垂直度，控制偏移量在0.01 m之內。每一層模塊的內邊緣也需對齊。砌塊最頂上三層容易松動，應采用空心砌塊插鋼筋澆筑，并設置頂蓋。

(5)橋梁基座位于加筋體加強區之上，由兩層厚10 cm的包裹式GRS復合體疊置構成，總厚度20 cm。橋梁面板直接安置在橋梁基座上。為保證橋梁面板的荷載不至于施加在面層模塊上， 應預留一定的豎向凈空間距和水平向緩沖帶，通過填充泡沫板實現其隔離。

3.4 橋梁結構安置

當橋臺結構及橋梁基座施工完成，即可安置橋梁面板。橋梁面板與基座之間應再增設一層加筋，以減小兩者之間的摩擦阻力，減少面板在調整移動過程中對橋臺結構的擾動。面板放置應施壓均勻，避免脫空區產生。起重機的位置應在距離面層一定范圍之外。

4 結束語

工程實踐表明，該種橋臺能夠消除橋臺與連接路基之間的差異沉降，從而為避免多年來公路橋梁行業難以克服的橋臺跳車現象提供了可能，作為一項新技術，土工合成材料加筋土橋臺復合結構在施工前，需要進行詳細施工交底，嚴格按照設計要求和施工說明進行施工。