路橋工程橋頭路段的沉降機(jī)理和施工技術(shù)要點

2023-01-01 00:00:00李東方盛杰陳旭明

工程機(jī)械與維修 2023年4期

摘要：在簡述了某道路橋梁工程概況和施工過程中發(fā)生的各種不利因素的基礎(chǔ)上，分析了橋頭路段在路堤、臺背基礎(chǔ)、橋頭搭板等部位發(fā)生沉降的機(jī)理，詳細(xì)闡述了橋頭路段在路基排水、軟土基礎(chǔ)加固、路堤填充、橋頭搭板等方面實施的施工技術(shù)要點，達(dá)到了橋頭路段不發(fā)生沉降、提高質(zhì)量、保證工期的目的。

關(guān)鍵詞：路橋工程；橋頭施工；沉降機(jī)理；技術(shù)要點

0 " 引言

道路橋梁工程線路長、地質(zhì)條件復(fù)雜多變，南方地區(qū)受降雨和地下水豐富的影響，施工難度大、技術(shù)要求高。道路橋梁工程在投入運行后，路基路面沉降問題時有發(fā)生，尤其是橋頭路段沉降問題比較常見。橋頭路段發(fā)生沉降，不但影響行車安全和行車舒適度，還會對道路橋梁自身結(jié)構(gòu)造成損害，甚至威脅車輛運行安全。為此，需要對橋頭路段沉降機(jī)理進(jìn)行深入分析，提出橋頭路段施工技術(shù)要點，以期提升道路橋梁工程質(zhì)量，創(chuàng)造安全行車條件。

1 " 工程概況

我國南方某道路橋梁改造工程全長1200m，路面紅線寬度為28m，橫斷面的機(jī)動車道寬度為20m，機(jī)動車道兩側(cè)的人行道寬度各為4m。該工程含有1座設(shè)計為2跨、總長度為42m的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡支梁跨河橋。該橋中部2根橋墩的底部采取鋼筋混凝土灌注樁加承臺結(jié)構(gòu)，橋兩側(cè)的2座鋼筋混凝土橋臺底部亦采取鋼筋混凝土灌注樁加承臺結(jié)構(gòu)。與2座橋臺相連接的2個橋頭路段的鋼筋混凝土橋頭搭板長度均為9m，采取鋼筋混凝土枕梁防沉降技術(shù)。

該路橋改造工程在施工過程中，不斷發(fā)生各種不利因素，給路基路面施工、特別是橋頭路段的路堤施工帶來不利影響。例如南方7、8月份頻繁受到臺風(fēng)、降雨的干擾；換填土方均為黏性土，受降雨影響處理難度加大；施工區(qū)域面臨河流，也給橋頭路段土方換填施工帶來難度。這些不利因素，都給橋頭路段發(fā)生沉降埋下了隱患。

2 " 橋頭路段沉降機(jī)理

道路橋梁工程橋頭路段發(fā)生沉降的機(jī)理，可以分為路堤沉降、臺背基礎(chǔ)沉降、橋頭搭板沉降等3種類型。現(xiàn)對這3種類型的沉降機(jī)理，逐一進(jìn)行分析。

2.1 " 路堤沉降

2.1.1 " 回填土黏性較大

路堤是指路基頂面高于原地面的填方路基。該道路橋梁工程在施工過程中，多采用黏性土作土方回填材料。采用黏性土作回填材料，因為其粘性較大，在回填土壓實過程中容易造成土體的密實度不足，從而導(dǎo)致路堤發(fā)生沉降。粘性土體受到施工過程中降雨等自然條件的影響，很容易增加粘性土體的含水量，此時如果施工工藝和技術(shù)措施不到位，就會造成粘性土體碾壓的密實度不足，從而導(dǎo)致路堤發(fā)生沉降。

2.1.2 " 回填土施工不規(guī)范

未按設(shè)計要求將回填土分層攤鋪、找平和碾壓，每層邊緣沒有設(shè)置臺階，分層過厚和壓實遍數(shù)不夠，回填土含水量偏多未經(jīng)處理，回填土粒徑不符合設(shè)計要求，回填土中含有雜質(zhì)等，都會導(dǎo)致路堤發(fā)生沉降。

2.2 " 臺背基礎(chǔ)沉降

2.2.1 " 回填土碾壓不到位

臺背基礎(chǔ)路段是沉降多發(fā)路段。臺背與橋臺銜接路段的基礎(chǔ)，與橋臺的臺身和道路基礎(chǔ)相連接。由于壓路機(jī)對臺背路段的回填土碾壓，容易產(chǎn)生碾壓不到位現(xiàn)象，可造成臺背路段回填土碾壓的密實度欠缺，回填土土體與橋臺混凝土銜接部位就會產(chǎn)生縫隙，容易滲水，從而導(dǎo)致臺背基礎(chǔ)發(fā)生沉降。

2.2.2 " 臺背基礎(chǔ)土體指標(biāo)不合格

若是臺背路段回填土方碾壓的密實度不足，會造成土體留有較大的壓縮性；如果臺背路段土體含水量超標(biāo)、會造成土體孔隙率加大、壓縮性增加。在這些問題存在的條件下，臺背路段的路基路面經(jīng)過土體自身質(zhì)量和車輛載荷的長期作用，會導(dǎo)致臺背路段的基礎(chǔ)產(chǎn)生沉降。

2.2.3 " 橋臺與臺背剛性差異

橋臺位于橋梁兩端，支承橋梁上部結(jié)構(gòu)并和路堤連接。其功能除了傳遞橋梁上部結(jié)構(gòu)的荷載到基礎(chǔ)外，還具有抵擋臺背后面的填土壓力、穩(wěn)定橋頭路基、使橋頭線路和橋上線路可靠而平穩(wěn)連接的作用。臺背指橋梁兩側(cè)橋臺與主體路基銜接的一段路基，由土方分層回填、分層碾壓而成，起到橋梁與道路承上啟下的作用。

臺背回填土完成養(yǎng)生后，與橋臺相比其剛性小、柔性大。橋臺是鋼筋混凝土澆筑而成，完成養(yǎng)生、混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度之后，就形成了剛性體。因此，在臺背和橋臺長期承受相同載荷的情況下，會造成臺背和橋臺發(fā)生差異性沉降，即臺背路段的路堤會發(fā)生較多沉降。

2.3 " 橋頭搭板沉降

2.3.1 " 枕梁發(fā)生沉降

本工程的橋頭搭板是指一端搭在橋臺上、另一端置于枕梁上的鋼筋混凝土板，其作用是調(diào)節(jié)因橋臺與路堤的剛度差異較大而引起的沉降差。

橋頭搭板沉降一般是在路堤上的枕梁發(fā)生沉降的情況下產(chǎn)生的。在此情況下，路堤會出現(xiàn)彈性支撐，而周圍的土體則會承受相應(yīng)的彈性應(yīng)力，其中離橋臺較近的土體承受彈性應(yīng)力較小，由此造成橋臺周圍路堤受力不均衡，從而導(dǎo)致橋頭搭板產(chǎn)生沉降。

2.3.2 " 動載荷不斷作用

道路橋梁在運行過程中，路面行車的動載荷不斷作用，動載荷峰值大都作用于橋頭搭板支撐的路基端部。當(dāng)汽車行駛至橋頭搭板的末端位置時，對應(yīng)路段路基所受到的縱向應(yīng)力恰好為最大值，因此這一路段路基的塑性變形尤為顯著，極易導(dǎo)致橋頭搭板出現(xiàn)較多沉降。

3 " 橋頭路段施工技術(shù)要點

橋頭路段發(fā)生沉降，會加速橋梁伸縮縫的損壞，進(jìn)而造成伸縮縫附近路面結(jié)構(gòu)的損壞，甚至造成橋臺和臺背路段結(jié)構(gòu)的損壞，最終導(dǎo)致橋梁和道路使用壽命大幅度降低。為了解決橋頭路段發(fā)生沉降問題，需要掌握橋頭路段的施工技術(shù)要點，以此為指導(dǎo)做好橋頭路段防沉降施工工作。

3.1 " 路基排水施工

3.1.1 " 制定應(yīng)急預(yù)案

我國南方地區(qū)每年7、8月份降雨量充沛，是本工程重點關(guān)注和解決的問題之一。因此，要制定防水應(yīng)急預(yù)案，以保證突發(fā)暴雨、大水情況下，有組織、有準(zhǔn)備地進(jìn)行應(yīng)對，做到責(zé)任到人，達(dá)到消除水患的目的。

3.1.2 " 修建排水設(shè)施

在工程施工的同時，修建配套的排水設(shè)施，諸如排水管、盲溝、急流槽、截水溝等，這些排水實施可以提高路基沉降段特別是橋頭路段的排水效果。此外，還需重點檢查和加固橋臺下部和臺背路堤周圍的溝渠等排水設(shè)施。

3.2 " 軟土基礎(chǔ)加固施工

3.2.1 " 選用適宜的加固技術(shù)

修筑軟土基礎(chǔ)，是道路橋梁的重要施工階段。軟土基礎(chǔ)是沉降頻發(fā)區(qū)域，在進(jìn)行軟土基礎(chǔ)施工時，需采用加固技術(shù)。軟土基礎(chǔ)常用的加固技術(shù)主要有水泥粉噴樁法、超載預(yù)壓法、排水固結(jié)法、高壓噴射注漿法等。經(jīng)分析可知，水泥粉噴樁法在軟土基礎(chǔ)施工中的應(yīng)用效果最好。應(yīng)用水泥粉噴樁法施工，能提升軟土基礎(chǔ)的加固效果、縮短道路橋梁施工工期。

然而，應(yīng)用水泥粉噴樁法這一加固技術(shù)，存在造價高的缺陷，因此應(yīng)結(jié)合軟土基礎(chǔ)施工的具體情況，選用適宜的軟土基礎(chǔ)加固技術(shù)。

3.2.2 " 鋪設(shè)土工格柵

可使用土工格柵技術(shù)進(jìn)行軟土基礎(chǔ)加固。土工格柵可以分擔(dān)軟土基礎(chǔ)其所承受的車輛載荷，有效提升軟土基礎(chǔ)的抗剪切強(qiáng)度和穩(wěn)定性。土工格柵在水平鋪設(shè)時的彈性較好，當(dāng)路基承受較大的車輛載荷時，能起到緩解軟土基礎(chǔ)變形的作用。

3.2.3 " 換填土方

橋臺和臺背處于河流、溝壑地段，其軟土基礎(chǔ)土體中含水量較高。為了滿足橋臺軟土基礎(chǔ)施工要求，通常需要換填土方。土方換填深度的確定是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這是因為換土深度與填土高度密切相關(guān)。例如填土高度低于4m時，對應(yīng)的換土開挖深度可確定為0.6m。這2個數(shù)值需要在換填土方施工中，結(jié)合現(xiàn)場具體情況最終確定。當(dāng)土方換填在雨季施工時，需要使用石灰土進(jìn)行土方回填，以避免粘性土層無法曬干而發(fā)生的沉降。

3.3 " 路堤填充施工

3.3.1 " 路堤沉降類別和填充方法

在路堤土方填充之前，需要對路堤沉降段的沉降現(xiàn)象進(jìn)行類別劃分。路堤沉降現(xiàn)象可分為瞬時沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降，其中后2種沉降對路堤沉降的影響較為顯著。路堤土方填充可采取縱向分段、水平分層的填筑方法，在每段填土施工中，按照橫斷面全寬分出水平層次，逐層向上填筑，每層厚度為25～30cm，每側(cè)加寬30cm，放出邊線，全幅填筑。

3.3.2 " 路堤沉降填充材料選擇

為了有效減少路堤沉降現(xiàn)象，須重點從填充材料出發(fā)進(jìn)行調(diào)控。例如選用輕型填充材料，可以起到緩解路基沉降的作用，同時可以在一定程度上緩解重復(fù)載荷累積所造成的變形。

在路堤填充施工時，對選取填充材料的要求很嚴(yán)格。例如選擇路與橋過渡路段的填充材料時，主要考慮填充材料的剛度。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，須將填充材料的剛度保持在路基材料與橋臺材料的剛度之間。

在臺背路段填充施工時，除了關(guān)注填充材料的剛度外，對其密實度有著更高的要求。因此，在選擇臺背路段的填充材料時，應(yīng)選用壓實性能好的路堤填充材料。此外需要結(jié)合對填充材料的檢驗結(jié)果，選取合適的填充材料，要保證填充材料具有優(yōu)良的水分蒸發(fā)性能。

總之，路堤填充材料要結(jié)合施工現(xiàn)場實際情況進(jìn)行分析，選擇最為合適的填充材料，提升路堤施工質(zhì)量和效果，有效防止或減輕路堤發(fā)生沉降的問題。

3.4 " 橋頭搭板施工

3.4.1 " 合理配置橋頭搭板

在車輛通過道路橋梁時，會受到車輛載荷的作用，此時路基路面厚度、剛度等均會產(chǎn)生變化。設(shè)置橋頭搭板，可有效避免因道路負(fù)載變化造成路堤發(fā)生沉降的問題。根據(jù)交通部規(guī)劃設(shè)計院對橋頭搭板的推薦值，該橋選擇長度為9m、厚度為30cm、寬度為行車道寬度與硬路肩寬度之和的橋頭搭板。

橋頭搭板采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其鋼筋籠包括底板鋼筋、頂板鋼筋、橫向配筋和錨筋。為避免橋頭搭板出現(xiàn)滑移，橋臺預(yù)留的與橋頭搭板錨筋連接的接頭，通過焊接予以固定。該橋橋頭搭板的錨筋選擇22#鋼筋制作。

3.4.2 " 枕梁的配置

橋頭路段施工時，將枕梁與橋頭搭板合并為一項。枕梁布置在橋頭搭板靠近路基一側(cè)的端部路基中，枕梁上表面與路面底基層上表面在同一水平面。枕梁的主要作用是支撐橋頭搭板，可理解為是橋頭搭板的基礎(chǔ)。枕梁將橋頭搭板傳遞過來的載荷均布給枕梁下部的路基，可減小橋頭搭板豎向位移，調(diào)整橋頭搭板的縱向力，增加橋頭搭板的橫向抗彎剛度，減小橋頭搭板的橫向彎曲變形。

枕梁的長度等于橋頭搭板的寬度，其橫截面外形尺寸為40cm×40cm。枕梁采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其鋼筋籠包括底板鋼筋、頂部鋼筋、橫向配筋等。

3.4.3 " 橋頭搭板和枕梁施工要點

橋頭搭板和枕梁的鋼筋在加工場加工成圖紙規(guī)定的尺寸，在現(xiàn)場綁扎成鋼筋籠。鋼筋焊接時，單面焊的焊縫長度不得小于10d，雙面焊的焊縫長度不得小于5d，且隨焊隨敲打藥皮，使焊接后的焊縫成魚鱗狀，不咬邊，不夾渣，無氣泡。嚴(yán)格按照設(shè)計高程支搭模板，模板的內(nèi)、外邊線必須順直、支撐必須牢固。

橋頭搭板和枕梁采用就地澆筑的方法進(jìn)行混凝土澆筑施工。澆筑混凝土?xí)r，嚴(yán)格控制混凝土保護(hù)層厚度，不得出現(xiàn)漏筋或者保護(hù)層過厚現(xiàn)象。振搗混凝土?xí)r，堅持“快插慢拔”的振搗原則。混凝土初凝后，及時用塑料布覆蓋并適時澆水養(yǎng)護(hù)，使混凝土表面始終保持濕潤，養(yǎng)護(hù)時間不少于7d。

4 " 結(jié)束語

該道路橋梁改造工程的橋頭路段按照上述施工要點進(jìn)行施工后，經(jīng)過一年多時間的運行，沒有發(fā)生沉降現(xiàn)象。以點帶面，將橋頭路段施工技術(shù)要點靈活運用于該工程整體路基路面施工，同樣沒有發(fā)生路基路面沉降現(xiàn)象，取得了質(zhì)量、效益雙豐收的預(yù)期效果，為今后開展同類型工程施工積累了有益的經(jīng)驗。

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