加筋土柔性橋臺在公路橋梁中的應用

于 博

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

橋梁墩臺一般采用剛性基礎，而相接的路基往往采用填方技術建造而成，基礎形式的不同使橋梁和道路之間產生了較為明顯的差異沉降，從而引起了“橋頭跳車”。在工程實踐中，盡管采用搭板過渡、輕質路堤、橋頭特殊路基處理等技術措施，但實施的效果并不理想，而中小型橋梁由于受到經費的限制，這種問題更為普遍。

近年來，基于土工合成材料加筋土擋墻衍生出了一項新工程技術：土工合成材料加筋土橋臺，即采用加筋土擋墻作為橋臺，直接支承橋梁上部結構[1]，具有施工簡便快捷、造價低廉、性能優越等優點。這項技術與傳統樁承式橋臺相比，橋梁與路堤間差異沉降較小，可有效緩解“橋頭跳車”問題。據研究表明，加筋土橋臺對于壓實度高的砂土地基和堅硬的黏土地基效果明顯，橋臺沉降和差異沉降量小，適用范圍主要以低等級公路橋梁為主。

1 工程概況

本項目為太行一號國家風景道（陵川段）公路，項目區位于太行山南端絕頂，太行山脈蜿蜒起伏于陵川縣境內，構成東北高、西南低的天然地形，有明顯的垂直差異，項目起點高程1 209 m，終點1 284 m，區域內最高點1 365 m，最低點1 050 m，最大相對高差315 m。

本座公路橋梁中心樁號為K43+175，前右角為90°，上部結構采用一孔8 m裝配式混凝土簡支空心板梁，橋臺采用GRS臺（見圖1）。

圖1 橋臺布置圖（單位：cm）

2 技術要求

a）主要技術指標 公路等級：三級公路；設計速度：30 km/h；路基寬度：整體式路基7.5 m；設計荷載：公路-Ⅰ級。

b）主要材料 預制空心板、橋臺擋墻模塊采用C30混凝土，普通鋼筋采用HPB300和HRB400鋼筋。

a）本橋上部采用簡支空心板結構。

b）設計按常規方法計算和校核。

c）本工程設計采用HDPE單向整體拉伸格柵筋材，筋材應滿足相關規范的要求。

d）加筋土擋墻一共3面，垂直方向鋪設格柵時接觸部分格柵應在中間填一定厚度的填料，防止格柵打滑（見圖2）。

圖2 橋臺結構圖（單位：cm）

3 橋梁設計要點

e）擋墻采用現澆C30混凝土條形基礎，澆筑時應預留凹槽，以便安放面板模塊；擋墻上部1 m范圍內及帽石采用現澆鋼筋混凝土。

f）擋墻面板采用C30現澆混凝土，面板內側鋪設鋼架網，筋材與鋼架連接從而保證整個體系完整性。

g）筋材應水平鋪設，填料應分層壓實，分層厚度和筋材間距一致，采用光面壓路機碾壓，每層土不少于3遍。

h）GRS橋臺施工工序為：先進行基礎土處理，再施工加筋土擋墻基礎，然后逐層進行加筋土擋墻施工，最后澆筑頂部帽石[2]。

4 施工工藝與施工要求

有關橋梁的施工工藝、材料要求及質量檢查標準，除應滿足有關規范、條文外，還應特別注意以下事項。

4.1 空心板預制

a）空心板梁的附屬設施預埋件是提前同梁板鋼筋一起綁扎連接的，因此在澆筑空心板混凝土前應嚴格檢查是否齊全。混凝土澆筑按照施工手冊和管理辦法嚴格執行。

b）空心板預制時，除注意預埋鋼筋和預埋件外，橋面系、伸縮縫、護欄及其他相關附屬構造，均應參照有關規范標準施工，護欄預埋鋼筋必須預埋在預制空心板內。

4.2 預制板安裝

a）架設前應先檢查支座墊石頂面標高及平整度。用水準儀檢查墊石頂面中心位置標高誤差不大于1 mm，否則應進行處理并用砂漿抹平。

b）預制板采用兜底吊裝方法[3]。

c）橋梁架設采用架橋機吊裝，須經過驗算方可進行。

d）橋面鋪裝混凝土澆筑前不容許汽車、壓路機等重型機具通過。

4.3 GRS橋臺施工要點

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，承擔單位應嚴格按照設計要求和施工說明進行施工。主要施工步驟和要求如下。

4.3.1 基槽開挖

按設計坡率，并在保證坡體穩定前提下，開挖至基底設計深度，清除基槽內的軟弱土體和其他障礙物。保持基槽干燥，及時進行后續的加筋土基礎施工，必要時對地基土進行夯實（見圖3）。

圖3 場地平整、基槽開挖

4.3.2 加筋土基礎施工

先在開挖的基槽內鋪設土工織物（見圖4），當基礎位于水流沖刷線以下時應做好防滲措施。然后攤鋪碎石層并分層碾壓，分層厚度15 cm，加筋間距一般為30 cm，壓實系數應達到95%以上。達到基礎高度后，用土工織物回折，包裹加筋碎石體，形成加筋土基礎。

圖4 加筋基礎施工

4.3.3 GRS橋臺施工

采用砌塊作為面板，GRS橋臺施工按“鋪放一層砌塊→攤鋪一層碎石填料→施工碾壓至規定壓實度→鋪設一層加筋材料”的工藝順序重復進行，直到橋臺設計高度。

GRS橋臺施工應嚴格控制填料壓實度。每鋪設一層（20 cm厚）填料，即進行碾壓密實，壓實系數應達到95%以上（頂部承載區宜達到100%）。在距離面板1.0 m范圍內，應采用輕型振動平板夯進行夯實（壓實過程中對砌塊頂面臨時施加豎向壓力），其他區域則應采用20 t振動碾壓設備壓實。在攤鋪碎石過程中，應避免機械在加筋材料上直接碾壓。

加筋材料鋪設應沿道路縱向整幅鋪設，不得拼接；沿道路橫向可進行拼接，但上、下層筋材的拼接縫應錯開。先將筋材嵌入面板，筋材與砌塊之間的摩擦接觸面積應超過砌塊面積的85%；然后從面板處開始，向墻內鋪設；鋪設完成后，應對筋材進行張拉，筋材應繃緊、平整、無褶皺；然后在張拉情況下及時攤鋪填料。橋梁基座（基礎）下1 m范圍內采用短筋材加密，加筋間距為10 cm。

砌塊面板應分層錯縫碼放，碼砌過程中應注意每一層的調平。同層砌塊之間應無明顯的縫隙，不得夾有顆粒碎屑物質。上下砌塊之間的筋材鋪設厚度應一致，當出現筋材搭接時，應修剪使其無搭接。每碼放一層，均應檢驗面板的垂直度，控制偏移量在0.01 m之內。每一層砌塊的內邊緣需對齊（見圖5）。最上面3層砌塊應插鋼筋進行澆筑，并設置頂蓋（見圖6）。

圖5 砌塊內邊緣對齊

圖6 頂部3層砌塊的連接

4.3.4 橋梁基座施工

當不設置橋梁基礎時，可采用加筋土基座。橋梁基座位于承載區（短加筋加強區）之上，由兩層厚10 cm的加筋材料包裹碎石形成GRS復合體疊置構成，總厚度20 cm。橋跨結構直接安置在基座上。

4.3.5 橋跨結構安置

當橋臺及基座施工完成，先在墻頂鋪設一層加筋材料（見圖7），然后吊裝安置橋跨結構。橋跨結構放置應施壓均勻，避免脫空區產生。起重機的位置應在距離面板一定范圍之外。

圖7 橋跨結構安置

4.3.6 翼墻施工

橋跨結構安置完成后，再修建翼墻。應保證GRS橋臺與翼墻之間的墻面結構合縫嚴密（見圖8），以防止填料漏失而影響局部穩定性。

圖8 翼墻施工

4.3.7 路面施工

路面鋪設前宜先進行預加載，以盡量減少GRS填土結構的工后沉降。鋪設路面前，應在路基返包筋材之上鋪設一層集料覆蓋層，以保護筋材免受熱拌瀝青的腐蝕。

4.3.8 材料要求

加筋土橋臺復合結構的核心部分——GRS橋臺，由面板（面板有多種形式和尺寸，這里以常用的砌塊面板為例）、加筋材料和碎石填料組成，各種材料的要求如下：

a）砌塊面板 采用預制的空心砌塊或實體砌塊。標準砌塊的技術規格為40 cm×20 cm×20 cm，抗壓強度大于等于28 MPa，吸水率小于等于5%。

b）加筋材料 加筋材料應首選有紡土工織物，也可以考慮延伸率低的雙向土工格柵[4]。

5 結語

目前，GRS技術在國外的應用正在迅速發展，相關工程實例表明GRS橋臺結構的工后墻面位移和橋頭沉降均較小，具有良好的服役性能。加筋土柔性橋臺施工工藝簡單、建設成本低、后期維護方便且較好地適應山西省的地質條件，該技術主要適用于低等級公路橋梁，在減輕“橋頭跳車”問題上的優異表現具有顯著的技術優勢，是一個較為理想的解決方案。