高速公路橋頭跳車防治關(guān)鍵技術(shù)的研究

陸定平

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

地基沉降和路基填土沉降是導(dǎo)致高速公路不均勻沉降的主要原因，也是誘發(fā)高速公路橋頭跳車的關(guān)鍵因素[1]。實(shí)踐過程中，在橋頭跳車防治領(lǐng)域的傳統(tǒng)理念基礎(chǔ)上不斷進(jìn)行技術(shù)工藝創(chuàng)新，該文對該領(lǐng)域新型防治技術(shù)應(yīng)用加以闡述。

1 地基處理防治橋頭跳車技術(shù)

軟土區(qū)域作為路橋過渡連接段時，地基加固是項(xiàng)目工程建設(shè)的重要技術(shù)手段，也是高速公路跳車現(xiàn)象處置的有效措施。提高軟土地基承載力的常見加固措施包括換填法、排水固結(jié)法、水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）復(fù)合地基法等[2]。

1.1 換填法

充分碾壓地基，使其緊實(shí)致密為路堤施工做好準(zhǔn)備。臺背填筑高度小，可淺層換填地基，換填材料多以中粗砂或砂礫為主，特殊情況下也可以碎石片或石渣代替。

（1）換填材料應(yīng)均勻且符合標(biāo)準(zhǔn)，換填時應(yīng)保持材料高于地基。

（2）分層碾壓地基，確保橋臺附近地基緊密且符合質(zhì)量要求，提前做好管道鋪設(shè)工作，做好排水工序。

（3）保持換填層高度合理，多0.5～3 m之間，換填層高度過低無法保障其承載力，過高不符合施工要求。

1.2 排水固結(jié)法

淺層地基處理中可直接進(jìn)行換填，存在特殊要求、需深層處理，則以排水固結(jié)法進(jìn)行地基處理。

1.2.1 排水固結(jié)法的原理

臺背地基多以排水固結(jié)法處治，其原理為排水通道設(shè)施提前垂直打入地基，隨后于地面填充砂墊層并使其高出路堤設(shè)計高度，再進(jìn)行臺背路基回填工序。排水固結(jié)法以填土的自身重力壓實(shí)地基土，使其緊實(shí)并符合承載力要求，檢測施工質(zhì)量符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)后，進(jìn)行臺背開挖和構(gòu)造物施工。

1.2.2 砂墊層施工

根據(jù)實(shí)地勘測情況結(jié)合地基承截力，進(jìn)行運(yùn)輸機(jī)械和攤鋪設(shè)備的合理選擇。選擇質(zhì)量合格的砂墊層材料，多以砂礫、中粗砂、碎卵石等為填充物，盡量保持填料粒徑均勻且最大粒徑符合設(shè)計規(guī)范與施工要求，含泥量不得高出規(guī)定值[3]。

1.2.3 砂井施工

砂井施工工藝為排水固結(jié)法的關(guān)鍵，施工應(yīng)杜絕縮頸現(xiàn)象，確保連續(xù)性、密實(shí)性，對砂井周圍土質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測，并采取有效措施避免對周邊地基產(chǎn)生干擾。

施工中嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對砂井長度、間距、高度、直徑等指標(biāo)嚴(yán)格控制和重點(diǎn)檢測。

1.3 水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)

排水固結(jié)法處置軟土地基需要長時間等待地基的固結(jié)沉降，特殊工況或工期緊張情況下，可以CFG樁復(fù)合地基作為替代，進(jìn)行地基處理。CFG樁是一種黏結(jié)強(qiáng)度高的復(fù)合樁，由水泥、粉煤灰、碎石、石屑等按照特定比例混合、制備而成，并與褥墊層、樁間土共同構(gòu)成復(fù)合地基[4]。

1.3.1 CFG樁的加固機(jī)理

為改善路橋不均勻沉降現(xiàn)象使其平穩(wěn)過渡，臺背過渡段地基處置過程中應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性，可采取遞減漸變方式進(jìn)行過渡段沉降量的控制，從而實(shí)現(xiàn)橋臺與路堤的平穩(wěn)過渡，提高行駛穩(wěn)定性，詳見圖1所示。CFG樁處置臺背地基的主要作用方式包括擠密作用、褥墊層作用和置換作用。

圖1 CFG樁處治臺背地基示意

1.3.2 CFG樁的施工技術(shù)

CFG樁直徑不同，選擇的施工工藝有所差異，直徑小于400 mm時采用振動沉管法施工，直徑大于400 mm時，可應(yīng)用鉆孔灌注樁。

（1）振動沉管機(jī)定位、沉管：就位前，進(jìn)行振動沉管機(jī)機(jī)身調(diào)整，保持其穩(wěn)定性并調(diào)整垂直度，確保CFG樁角度偏差小于1%。

（2）投料：嚴(yán)格遵循投料比例進(jìn)行配置，準(zhǔn)確把握投料時間，沉管達(dá)標(biāo)后快速投料。

（3）拔管：控制拔管速率，勻速進(jìn)行，一般控制拔管速度1.2～1.5 m/min，振管與拔管同步進(jìn)行。

（4）鋪設(shè)褥墊層：CFG樁施工中進(jìn)行強(qiáng)度檢測，達(dá)標(biāo)后進(jìn)行土工格柵鋪設(shè)，隨后鋪設(shè)碎石墊層，根據(jù)工程要求確定層厚。

2 路堤防治技術(shù)要點(diǎn)

臺背路堤與其他構(gòu)造施工相比，固結(jié)時間相對較短，且后期易變性，施工過程中應(yīng)嚴(yán)密檢測各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)[5]。

2.1 合理安排施工工序

施工工序設(shè)置中應(yīng)將橋臺施工工序優(yōu)先于橋墩施工，為臺背填土施工提供足夠的時間，確保臺背路堤有足夠的時間固結(jié)沉降，合理的工序安排是提高項(xiàng)目質(zhì)量的關(guān)鍵。

臺背填土至蓋梁底部標(biāo)高后，方可進(jìn)行蓋梁澆筑施工，避免出現(xiàn)橋臺蓋梁下填土壓實(shí)度不足現(xiàn)象。

2.2 液壓夯處治臺背路堤

近些年來，隨著科技發(fā)展，高速液壓夯實(shí)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，有效解決了狹小區(qū)域路段夯實(shí)機(jī)械設(shè)備不足的困境。高速液壓夯實(shí)機(jī)技術(shù)為機(jī)電一體化產(chǎn)品，以強(qiáng)夯為基礎(chǔ)結(jié)合液壓一體化實(shí)現(xiàn)整體壓實(shí)，精簡施工工序，改變傳統(tǒng)分層夯壓格局，縮短施工時間且壓實(shí)密度可觀，有效壓實(shí)度可達(dá)95%。

結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，高速液壓夯實(shí)機(jī)補(bǔ)強(qiáng)臺背填土路堤時，土體應(yīng)力在高速液壓機(jī)的作用下向深度擴(kuò)散，水平方向土體應(yīng)力相對較低；為提高施工安全性，應(yīng)保持橋臺與夯點(diǎn)間距大于50 cm，可有效解決橋臺附近路堤夯實(shí)度不足問題，避免橋頭跳車現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2.3 回填材料研究

臺背路堤填料選擇合理與否直接決定工程質(zhì)量，由于臺背路堤位置特殊，需在材料回填時突出透水性，避免雨水滲入，影響路基質(zhì)量并導(dǎo)致路堤損壞。

實(shí)踐中多以粉煤灰作為回填材料以控制項(xiàng)目成本，該回填材料具備較強(qiáng)的透水性且密度小，可起到良好的疏水效果，能有效降低土體自重。項(xiàng)目施工過程中，材料回填多將石灰、粉煤灰、水泥等按照特定比例混合配置，其疏水性、板體性、強(qiáng)度等指標(biāo)均符合要求。

2.4 施工工藝要點(diǎn)

（1）以施工圖數(shù)據(jù)為技術(shù)參考標(biāo)準(zhǔn)，用白灰標(biāo)識出施工區(qū)域，并于橋臺背部將填筑高度標(biāo)注。

飼料廠的各種原料的水分含量通常在入廠入庫時都應(yīng)有批檢測結(jié)果。在入庫后由于儲存環(huán)境條件和儲存時間等的不同會有所變化。所以要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)配置和加工，需要檢測投入生產(chǎn)線時原料的水分含量并作為計算值才行。通常比例在0.5%以下的添加劑的水分含量可以忽略不計。

（2）臺背填筑材料為10%灰土，使用小型夯實(shí)機(jī)對橋臺邊緣50 cm范圍內(nèi)土基夯實(shí)，保持合理回填高度，結(jié)合工程情況若回填土高度超過1 m，可以液態(tài)粉煤灰代替灰土進(jìn)行澆筑。

（3）拌和：回填材料為液態(tài)粉煤灰時，可于施工現(xiàn)場攪拌均勻后直接填筑，操作中控制攪拌時間，一般拌和時間應(yīng)大于3 min，以確保充分?jǐn)嚢琛?/p>

（4）澆筑：混合均勻后，將回填材料按照50 cm每層的比例進(jìn)行澆筑，必要情況下引用導(dǎo)流槽進(jìn)行澆筑，若澆筑過程中阻力較大，可使用工具人工疏導(dǎo)。

（5）灑水養(yǎng)生：澆筑完成后，及時進(jìn)行灑水養(yǎng)生。根據(jù)實(shí)際情況覆蓋塑料膜養(yǎng)護(hù)，一般覆蓋14天以上，養(yǎng)護(hù)期間封閉道路，出現(xiàn)裂縫的以純水泥進(jìn)行灌縫涂抹均勻。

3 路面防治技術(shù)要點(diǎn)

3.1 設(shè)置橋頭搭板

現(xiàn)階段公路項(xiàng)目建設(shè)中，預(yù)防橋頭跳車的最常用措施為橋頭搭板技術(shù)，該技術(shù)的核心是如何控制搭板長度在合理區(qū)間內(nèi)，從而起到減小或消除搭板末端沉降導(dǎo)致的縱坡引發(fā)橋頭跳車現(xiàn)象[6]。

（1）臺背回填區(qū)工作面狹窄，故其壓實(shí)度難以達(dá)標(biāo)，相比于其他區(qū)域臺背回填區(qū)被稱為欠壓實(shí)區(qū)，而其他正常路段的壓實(shí)程度高，被稱為壓實(shí)區(qū)，詳見圖2所示。

圖2 臺背回填區(qū)域劃分及搭板長度設(shè)計

（2）采用橋頭搭板技術(shù)解決縱坡變化導(dǎo)致的橋頭跳車現(xiàn)象，關(guān)鍵是將搭板末端置于壓實(shí)區(qū)內(nèi)[7]。將壓實(shí)區(qū)與欠壓實(shí)區(qū)臨界位置作為搭板末端搭載的節(jié)點(diǎn)，基于此計算出搭板長度，公式如下：

式中，L——塔板長度；H——臺背高度；i——壓實(shí)區(qū)與欠壓實(shí)區(qū)界面坡度，兩者比例多為1∶1；b——回填區(qū)基底長度，所有數(shù)據(jù)單位均為m。

3.2 預(yù)設(shè)反向坡度

項(xiàng)目工程所在地地質(zhì)條件特殊時，可根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)、參考相鄰路段路堤沉降量數(shù)據(jù)，或結(jié)合有關(guān)項(xiàng)目沉降規(guī)律，參考橋梁工程設(shè)置預(yù)拱度方案進(jìn)行反向坡度設(shè)置，為工程順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)[8]。

（1）依據(jù)縱斷面類型，反向坡度類型可分為屋頂形和坡面形兩種，詳見圖3和圖4所示。

圖3 屋頂形預(yù)拋高縱斷面示意

圖4 坡面形預(yù)拋高縱斷面示意

由圖3與圖4可知，預(yù)拋高區(qū)長度L(L′)可由下列公式計算：

式中，L與L′分別為屋頂形預(yù)拋高區(qū)與坡面形預(yù)拋高區(qū)長度；Δhmax與Δi分別表示最大預(yù)拋高量與坡面縱坡增量。

（2）屋頂形預(yù)拋高頂點(diǎn)需符合設(shè)計規(guī)范，并與實(shí)際工程需求相吻合，實(shí)踐中多選用豎曲線，切線長度為5 m，不同級別公路預(yù)拋高參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 各級公路的橋頭預(yù)拋高設(shè)計參數(shù)建議值

（3）誘發(fā)橋頭跳車的因素眾多，因此實(shí)踐過程中需結(jié)合具體情況采取差異化的防治措施，單一措施的防治效果有限，要在經(jīng)濟(jì)可承受的基礎(chǔ)上盡量優(yōu)化方案，應(yīng)用多重防治措施提高預(yù)防效果，杜絕橋頭跳車現(xiàn)象[9-10]。

4 結(jié)論

路基與橋臺搭接段的沉降不均勻是誘發(fā)高速公路橋頭跳車的關(guān)鍵因素，如何才能將不均勻沉降控制在合理區(qū)間內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)軟性路基與剛性橋梁的平穩(wěn)過渡，是解決橋頭跳車問題的關(guān)鍵。綜上分析，提出如下建議：

（1）防治高速公路橋頭跳車，應(yīng)從地基、路堤和路面三個關(guān)鍵因素出發(fā)，采取最適宜的技術(shù)方案，應(yīng)用對應(yīng)的防治措施。

（2）地基外負(fù)荷主要來源于回填材料自重，而降低回填材料自重，可有效減小臺背路堤豎向位移，從而達(dá)到控制路橋過渡段沉降的目的。

（3）工程實(shí)踐論證回填材料應(yīng)用粉煤灰效果可觀，能有效降低臺背填土路堤沉降，結(jié)合碎石樁復(fù)合地基處置方案，能有效控制橋頭跳車現(xiàn)象。