加筋土柔性橋臺(tái)在公路橋梁中的應(yīng)用

于 博

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

橋梁墩臺(tái)一般采用剛性基礎(chǔ)，而相接的路基往往采用填方技術(shù)建造而成，基礎(chǔ)形式的不同使橋梁和道路之間產(chǎn)生了較為明顯的差異沉降，從而引起了“橋頭跳車(chē)”。在工程實(shí)踐中，盡管采用搭板過(guò)渡、輕質(zhì)路堤、橋頭特殊路基處理等技術(shù)措施，但實(shí)施的效果并不理想，而中小型橋梁由于受到經(jīng)費(fèi)的限制，這種問(wèn)題更為普遍。

近年來(lái)，基于土工合成材料加筋土擋墻衍生出了一項(xiàng)新工程技術(shù)：土工合成材料加筋土橋臺(tái)，即采用加筋土擋墻作為橋臺(tái)，直接支承橋梁上部結(jié)構(gòu)[1]，具有施工簡(jiǎn)便快捷、造價(jià)低廉、性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)。這項(xiàng)技術(shù)與傳統(tǒng)樁承式橋臺(tái)相比，橋梁與路堤間差異沉降較小，可有效緩解“橋頭跳車(chē)”問(wèn)題。據(jù)研究表明，加筋土橋臺(tái)對(duì)于壓實(shí)度高的砂土地基和堅(jiān)硬的黏土地基效果明顯，橋臺(tái)沉降和差異沉降量小，適用范圍主要以低等級(jí)公路橋梁為主。

1 工程概況

本項(xiàng)目為太行一號(hào)國(guó)家風(fēng)景道（陵川段）公路，項(xiàng)目區(qū)位于太行山南端絕頂，太行山脈蜿蜒起伏于陵川縣境內(nèi)，構(gòu)成東北高、西南低的天然地形，有明顯的垂直差異，項(xiàng)目起點(diǎn)高程1 209 m，終點(diǎn)1 284 m，區(qū)域內(nèi)最高點(diǎn)1 365 m，最低點(diǎn)1 050 m，最大相對(duì)高差315 m。

本座公路橋梁中心樁號(hào)為K43+175，前右角為90°，上部結(jié)構(gòu)采用一孔8 m裝配式混凝土簡(jiǎn)支空心板梁，橋臺(tái)采用GRS臺(tái)（見(jiàn)圖1）。

圖1 橋臺(tái)布置圖（單位：cm）

2 技術(shù)要求

a）主要技術(shù)指標(biāo) 公路等級(jí)：三級(jí)公路；設(shè)計(jì)速度：30 km/h；路基寬度：整體式路基7.5 m；設(shè)計(jì)荷載：公路-Ⅰ級(jí)。

b）主要材料 預(yù)制空心板、橋臺(tái)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(jiǎn)支空心板結(jié)構(gòu)。

b）設(shè)計(jì)按常規(guī)方法計(jì)算和校核。

c）本工程設(shè)計(jì)采用HDPE單向整體拉伸格柵筋材，筋材應(yīng)滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范的要求。

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

圖2 橋臺(tái)結(jié)構(gòu)圖（單位：cm）

3 橋梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)

e）擋墻采用現(xiàn)澆C30混凝土條形基礎(chǔ)，澆筑時(shí)應(yīng)預(yù)留凹槽，以便安放面板模塊；擋墻上部1 m范圍內(nèi)及帽石采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土。

f）擋墻面板采用C30現(xiàn)澆混凝土，面板內(nèi)側(cè)鋪設(shè)鋼架網(wǎng)，筋材與鋼架連接從而保證整個(gè)體系完整性。

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

h）GRS橋臺(tái)施工工序?yàn)椋合冗M(jìn)行基礎(chǔ)土處理，再施工加筋土擋墻基礎(chǔ)，然后逐層進(jìn)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(guān)橋梁的施工工藝、材料要求及質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)，除應(yīng)滿(mǎn)足有關(guān)規(guī)范、條文外，還應(yīng)特別注意以下事項(xiàng)。

4.1 空心板預(yù)制

a）空心板梁的附屬設(shè)施預(yù)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(yīng)嚴(yán)格檢查是否齊全。混凝土澆筑按照施工手冊(cè)和管理辦法嚴(yán)格執(zhí)行。

b）空心板預(yù)制時(shí)，除注意預(yù)埋鋼筋和預(yù)埋件外，橋面系、伸縮縫、護(hù)欄及其他相關(guān)附屬構(gòu)造，均應(yīng)參照有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)施工，護(hù)欄預(yù)埋鋼筋必須預(yù)埋在預(yù)制空心板內(nèi)。

4.2 預(yù)制板安裝

a）架設(shè)前應(yīng)先檢查支座墊石頂面標(biāo)高及平整度。用水準(zhǔn)儀檢查墊石頂面中心位置標(biāo)高誤差不大于1 mm，否則應(yīng)進(jìn)行處理并用砂漿抹平。

b）預(yù)制板采用兜底吊裝方法[3]。

c）橋梁架設(shè)采用架橋機(jī)吊裝，須經(jīng)過(guò)驗(yàn)算方可進(jìn)行。

d）橋面鋪裝混凝土澆筑前不容許汽車(chē)、壓路機(jī)等重型機(jī)具通過(guò)。

4.3 GRS橋臺(tái)施工要點(diǎn)

作為一項(xiàng)新技術(shù)，土工合成材料加筋土橋臺(tái)復(fù)合結(jié)構(gòu)在施工前，需要進(jìn)行詳細(xì)施工交底，承擔(dān)單位應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和施工說(shuō)明進(jìn)行施工。主要施工步驟和要求如下。

4.3.1 基槽開(kāi)挖

按設(shè)計(jì)坡率，并在保證坡體穩(wěn)定前提下，開(kāi)挖至基底設(shè)計(jì)深度，清除基槽內(nèi)的軟弱土體和其他障礙物。保持基槽干燥，及時(shí)進(jìn)行后續(xù)的加筋土基礎(chǔ)施工，必要時(shí)對(duì)地基土進(jìn)行夯實(shí)（見(jiàn)圖3）。

圖3 場(chǎng)地平整、基槽開(kāi)挖

4.3.2 加筋土基礎(chǔ)施工

先在開(kāi)挖的基槽內(nèi)鋪設(shè)土工織物（見(jiàn)圖4），當(dāng)基礎(chǔ)位于水流沖刷線(xiàn)以下時(shí)應(yīng)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(shí)系數(shù)應(yīng)達(dá)到95%以上。達(dá)到基礎(chǔ)高度后，用土工織物回折，包裹加筋碎石體，形成加筋土基礎(chǔ)。

圖4 加筋基礎(chǔ)施工

4.3.3 GRS橋臺(tái)施工

采用砌塊作為面板，GRS橋臺(tái)施工按“鋪放一層砌塊→攤鋪一層碎石填料→施工碾壓至規(guī)定壓實(shí)度→鋪設(shè)一層加筋材料”的工藝順序重復(fù)進(jìn)行，直到橋臺(tái)設(shè)計(jì)高度。

GRS橋臺(tái)施工應(yīng)嚴(yán)格控制填料壓實(shí)度。每鋪設(shè)一層（20 cm厚）填料，即進(jìn)行碾壓密實(shí)，壓實(shí)系數(shù)應(yīng)達(dá)到95%以上（頂部承載區(qū)宜達(dá)到100%）。在距離面板1.0 m范圍內(nèi)，應(yīng)采用輕型振動(dòng)平板夯進(jìn)行夯實(shí)（壓實(shí)過(guò)程中對(duì)砌塊頂面臨時(shí)施加豎向壓力），其他區(qū)域則應(yīng)采用20 t振動(dòng)碾壓設(shè)備壓實(shí)。在攤鋪碎石過(guò)程中，應(yīng)避免機(jī)械在加筋材料上直接碾壓。

加筋材料鋪設(shè)應(yīng)沿道路縱向整幅鋪設(shè)，不得拼接；沿道路橫向可進(jìn)行拼接，但上、下層筋材的拼接縫應(yīng)錯(cuò)開(kāi)。先將筋材嵌入面板，筋材與砌塊之間的摩擦接觸面積應(yīng)超過(guò)砌塊面積的85%；然后從面板處開(kāi)始，向墻內(nèi)鋪設(shè)；鋪設(shè)完成后，應(yīng)對(duì)筋材進(jìn)行張拉，筋材應(yīng)繃緊、平整、無(wú)褶皺；然后在張拉情況下及時(shí)攤鋪填料。橋梁基座（基礎(chǔ)）下1 m范圍內(nèi)采用短筋材加密，加筋間距為10 cm。

砌塊面板應(yīng)分層錯(cuò)縫碼放，碼砌過(guò)程中應(yīng)注意每一層的調(diào)平。同層砌塊之間應(yīng)無(wú)明顯的縫隙，不得夾有顆粒碎屑物質(zhì)。上下砌塊之間的筋材鋪設(shè)厚度應(yīng)一致，當(dāng)出現(xiàn)筋材搭接時(shí)，應(yīng)修剪使其無(wú)搭接。每碼放一層，均應(yīng)檢驗(yàn)面板的垂直度，控制偏移量在0.01 m之內(nèi)。每一層砌塊的內(nèi)邊緣需對(duì)齊（見(jiàn)圖5）。最上面3層砌塊應(yīng)插鋼筋進(jìn)行澆筑，并設(shè)置頂蓋（見(jiàn)圖6）。

圖5 砌塊內(nèi)邊緣對(duì)齊

圖6 頂部3層砌塊的連接

4.3.4 橋梁基座施工

當(dāng)不設(shè)置橋梁基礎(chǔ)時(shí)，可采用加筋土基座。橋梁基座位于承載區(qū)（短加筋加強(qiáng)區(qū)）之上，由兩層厚10 cm的加筋材料包裹碎石形成GRS復(fù)合體疊置構(gòu)成，總厚度20 cm。橋跨結(jié)構(gòu)直接安置在基座上。

4.3.5 橋跨結(jié)構(gòu)安置

當(dāng)橋臺(tái)及基座施工完成，先在墻頂鋪設(shè)一層加筋材料（見(jiàn)圖7），然后吊裝安置橋跨結(jié)構(gòu)。橋跨結(jié)構(gòu)放置應(yīng)施壓均勻，避免脫空區(qū)產(chǎn)生。起重機(jī)的位置應(yīng)在距離面板一定范圍之外。

圖7 橋跨結(jié)構(gòu)安置

4.3.6 翼墻施工

橋跨結(jié)構(gòu)安置完成后，再修建翼墻。應(yīng)保證GRS橋臺(tái)與翼墻之間的墻面結(jié)構(gòu)合縫嚴(yán)密（見(jiàn)圖8），以防止填料漏失而影響局部穩(wěn)定性。

圖8 翼墻施工

4.3.7 路面施工

路面鋪設(shè)前宜先進(jìn)行預(yù)加載，以盡量減少GRS填土結(jié)構(gòu)的工后沉降。鋪設(shè)路面前，應(yīng)在路基返包筋材之上鋪設(shè)一層集料覆蓋層，以保護(hù)筋材免受熱拌瀝青的腐蝕。

4.3.8 材料要求

加筋土橋臺(tái)復(fù)合結(jié)構(gòu)的核心部分——GRS橋臺(tái)，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(yù)制的空心砌塊或?qū)嶓w砌塊。標(biāo)準(zhǔn)砌塊的技術(shù)規(guī)格為40 cm×20 cm×20 cm，抗壓強(qiáng)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(yīng)首選有紡?fù)凉た椢铮部梢钥紤]延伸率低的雙向土工格柵[4]。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，GRS技術(shù)在國(guó)外的應(yīng)用正在迅速發(fā)展，相關(guān)工程實(shí)例表明GRS橋臺(tái)結(jié)構(gòu)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(tái)施工工藝簡(jiǎn)單、建設(shè)成本低、后期維護(hù)方便且較好地適應(yīng)山西省的地質(zhì)條件，該技術(shù)主要適用于低等級(jí)公路橋梁，在減輕“橋頭跳車(chē)”問(wèn)題上的優(yōu)異表現(xiàn)具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是一個(gè)較為理想的解決方案。