基于路橋過渡段軟土地基的施工技術研究

周建惠

(平潭綜合實驗區交通投資集團有限公司,福建 平潭 350400)

0 引 言

近年來,隨著經濟的快速發展,我國基礎建設也突飛猛進,特別是交通(路橋)建設方面已取得了十分喜人的成績。[1,2]但是,避免或降低“橋頭跳車”現象依然是路橋建設的技術難點與路橋綜合質量評價的重要指標,這是由于路橋過渡段是交通路橋建設的重要組成部分,為保證路橋工程正常使用的關鍵[3],同時也是車輛行駛的安全性(交通事故)和舒適性(顛簸)的直接影響因素[4,5]。因此,引起軟土地基路橋過渡段發生沉降差異的原因及其防控措施(建筑結構的設計與施工技術)顯得非常重要。本文以軟土地基路橋過渡段為研究對象,對其沉降原因進行分析,并對其質量防控措施進行了探討。研究結果可為有效控制路橋過渡段沉降問題的發生提供技術參考與借鑒。

1 軟土地基路橋過渡段不均勻沉降的原因分析

1.1 橋頭搭板設計與選材不合理

現階段,路橋過渡段主要采用搭板來搭建,因搭板長度設計存在問題,導致橋頭順接效果不太理想;同時,搭板材料質量若不符合要求,通車后車輛對路橋過渡段碾壓會導致假性軟土地基不均勻沉降,出現跳車現象。

1.2 橋頭軟土地基處理不當

軟土地基具有含水量大、容重小、壓縮性高、穩定性差的特點。若對軟土地處理方法不當或處理不符合要求,如地質鉆探深度不足、布孔較少等,可引起路橋過渡段出現沉降,為軟土地基下沉的主要原因。[6]

1.3 橋頭路堤臺背處理存在問題

橋頭路堤對路基具有一定的保護作用,一般使用質土作為臺背的填土,具有較強的滲水性;但是,在橋頭背臺地基夯實的過程中,橋臺結構會受到側向土體的抑制作用(源于橋臺剛度的不同導致的),從而使地基夯實程度未能達到理想的狀態。若盲目追求工程進度或者節省材料、減少成本投入等非理性因素的處理不當,在自然或車輛荷載(超載)與緊急剎車等不良因素連續性作用下,極容易導致路基護堤填土流失或土基塑性發生形變,造成路基的性能發生變化,最終使路橋過渡段出現不均勻沉降,出現橋頭跳車現象[7],損害機械車輛使用壽命,嚴重時,可引發交通事故,危害人民生命財產安全。

1.4 路、橋剛度差異

道路為柔性路基與柔性路面的深度結合,而橋梁為剛性結構物,其剛度大于道路的剛度,長時間在車輛載荷作用下,不易發生變形;但是針對土基部分來說,其在外部荷載、自身重力等多重作用下,因受力傾斜而發生變形,導致路橋過渡段不均勻沉降,出現跳車現象。

1.5 施工方存在問題

此類問題可歸結為兩個方面:一方面施工方壓實機械缺乏或數量不夠,為了保證工期,加快施工進度,從而難以達到理想的壓實度;另一方面施工方施工技術不成熟或監督(如偷工減料監督等)不到位,分層壓實厚度較大,且所鋪厚度不均勻,內部存在空洞未發現,最后容易引發路橋過渡段路基沉降。

2 軟土地基路橋過渡段結構設計優化策略

因路橋承建方著急施工,對勘察設計的工期進行有意縮短,從而使勘察設計深度不到位或者設計單位內部橋梁設計與路基設計之間存在過渡性銜接問題,導致其設計圖紙存在差、錯、漏等系列問題出現(例如地基承載力大小、橋頭搭板設計的長度、防護坡填筑的建筑材料以及土工格柵等設計不合理),均會引起路橋過渡段出現跳車現象。因此,路橋過渡段結構設計優化策略如下:

第一,圖紙設計前,設計方應組織相關專業人員到選址的路線進行勘探,合理地質鉆探深度與布孔數量,對軟土地基的性質、范圍、深度等獲得準確、詳細的數據,進行施工圖紙設計。

第二,為了保證工程質量,施工方在施工前,應該組織單位資深技術人員與負責人開展路橋過渡段的圖紙二次審核,對設計圖紙中出現的遺漏、設計不當之處(如地基承載力、壓實標準等)及時進行質疑,并與圖紙設計方溝通,以獲取最優設計方案。

第三,在路橋過渡段的橋臺臺背路堤處設計土工格柵,以有效減免因通車后車輛載荷的擠壓、震蕩導致土體發生變形,發生側向位移,使路基結構的性能得到有效保障,以進一步提高路橋穩定性。

第四,在路堤處設計橫向泄水管、盲溝等設施,如果地下水位較高,導致路堤不能直接填筑,可以先用碎石鋪設盲溝,然后使用混凝土澆筑(澆筑厚度視地下水位高度情況而確定,一般厚度控制在15 cm左右)[8],然后施工填土不至于浸泡而滿足填筑壓實度的要求(為了避免大型機械碾壓時對臺身造成的損傷,因此,橋臺附近改用中小型壓路機為主,復配人工打夯機,且在耳墻有限范圍以外,特別是路堤與路基土方連接的地方,使用中重型壓路機碾壓,這樣可以加強銜接效果,提高路基壓實量),這樣可以取得良好的預防效果。

第五,設計深層攪拌樁。水泥或水泥漿是深層攪拌樁法加固軟土地基常用的固結劑,通過深層攪拌機械將地基深部的軟土與固結劑充分、強制性攪拌均勻,從而防治軟土地基沉降。[9]深層攪拌樁分為旋噴樁、粉噴樁兩種類型,其中旋噴樁適用于含水量較低的黏性土、卵石地基等,粉噴樁適宜于加固各種成因的飽和黏土。

3 施工技術要點

第一,施工單位在施工前,根據設計圖紙對軟土地基路橋過渡段地基承載力進行檢測,若不能滿足承載力設計要求,需要進行填前碾壓,使其壓實度≥90%;路橋過渡段與先填段交接部位設計臺階每級≤50 cm,臺階頂面內傾斜坡控制在2%～4%,填料為透水性碎石、礫石,最大粒徑≥10 cm;若滿足承載力設計要求,可進行下一步作業(圖1)。

圖1 路基過渡段回填

第二,對路橋過渡填土一般采用擠密復合地基的方法處理,選擇符合標準的壓路機,控制壓實厚度(約15 cm),保證填土無水分,無壓實死角,隨后在路基上鉆孔,并向孔洞內部填入相關材料,保證振動壓實組成樁柱,提升路橋過渡段地基填土的密實性、剛性和整體強度,防止路橋過渡段軟土地基填土壓實問題。

第三,橋頭設計反向坡度,然后估算車輛荷載對路面和路堤產生的壓力以及作用力,減少搭板應力;同時,依據軟土地基的承載力,合理設置搭板長度、厚度。

第四,在路橋過渡段將拉筋材料埋設到路基填土中,形成加筋土路基結構,可增強路橋過渡段剛度,有效地減小了路堤、路基的沉降。拉筋位置不同其作用也有差異,若在基床內部埋設拉筋可增加基床剛度,加強基床結構,減小因行車動荷載引發的路基變形。若在路基面以下的路堤設置拉筋,可提高基床剛度,減小因自重產生的路基變形。因此,在軟土地基路橋過渡段需要合理設置拉筋。

第五,合理選擇填筑材料,嚴控填筑厚度。填筑材料應符合強度與純度(填筑材料含雜物摻入使其壓實度、壓實效果受到影響)要求,具有滲水性,若填料含水量超標,可采用混合填料方法保證填料強度符合標準,同時對填料加強攪拌,避免出現離析現象出現,如果出現填料離析需要重新、深入攪拌,并確保攪拌到位,杜絕使用不合格的填料。[10]此外,填筑厚度和尺寸依據填料使用量來確定。

第六,合理設置地下排水設施,采用礫石在臺背豎直面修建透水層,使土體始終保持干燥狀態;同時修建臺背路堤以預防水對填土造成沖刷、浸泡,可有效降低塑性變形、地基下沉等情況的出現。[11,12]

4 工程實例

4.1 工程概況

以和平大道(高鐵中心站—蘇平路)項目第一階段為實例。該項目起點位于中樓鄉鹽田村二埠自然村樁號K6+100,與壇東大道一期項目順接,終點位于中樓鄉韓厝村樁號K7+850,線路全長1.75 km,路床寬80 m,征地紅線寬度為100～150 m,設計主行車道為雙向8車道(單側寬15.5 m),設計速度為80 km/h,輔道為雙向4車道(單側寬8 m)。該項目主要工程有路基路面、橋梁(主線上跨橋長1 152.2 m)、涵洞(4道)、擋墻(5道)等。經福建省交通規劃設計院現場勘探表明,部分路橋過渡段地基具有軟土地基特性。因此,路橋過渡段施工計劃如下:

根據圖紙設計方、路基勘探方的意見,施工時臺背回填材料主要為石灰土(8%)、碎石(粒徑5～8 cm)液態粉煤灰,橋臺高度5 m以下回填石灰土、碎石,橋5 m以上回填液態粉煤灰;按照1∶1.5坡率從下到上削坡,直至下路床底面。每次回填將石灰土、碎石拌和后,由自卸汽車運送到施工場地,經推土機+平地機聯合作業攤鋪,土層厚度控制在15 cm左右,采用12 t以上振動壓路機壓實(壓實前石灰土含水率在1%以上,若表面水分不夠,需及時灑水滿足要求),壓實度≥95%,每次液態粉煤灰的澆筑厚度≥2 m,壓實度≥96%;清理上、下路床底表面,經壓實作業后,鋪設土工格柵;外搭板的長度6 m;橋頭設計反向坡度。

4.2 靜載荷試驗

4.2.1 靜載檢測路基抗壓極限承載力

在路基靜載檢測工作開始前,準備工作按照JGJ 106-2014建筑基樁檢測技術規范附錄的相關規定準備,然后對路基的極限承載力檢測。本工程的承載力試驗反力裝置為錨樁橫梁反力裝置(承壓鋼梁、5 000 kN油壓千斤頂6臺、承壓板等),荷載的加載工作由施工單位用吊車配合完成。荷載測量由無線靜荷載試驗儀完成。單樁極限承載力檢測采用慢速維持荷載試驗法,按逐級等量加載,分級荷載為最大加荷的1/12(分級見表1)。共分12級加載,分級加載量為1 000 kN(表2),加荷至12 000 kN時為第12級。

表1 荷載試驗分級

在施工結束后的第20天進行現場靜載法試驗對路基質量檢測,結果表明本施工方案下軟土地基沉降量小于5 mm(表2),表明此工程實施方案對軟基處理效果十分顯著。

表2 靜載試驗結果匯總

5 結 論

路橋過渡段沉降會導致路橋服役期限縮短,同時容易引發交通安全事故的發生。本文針對路橋過渡段沉降的因素進行探究,并且從路橋結構設計、施工技術兩個方面對路橋過渡段沉降問題提出了具體的優化策略,同時結合實例進一步闡述本文觀點,結論如下:

(1) 精細完善地勘設計與施工前的圖紙會審能有效避免路橋過渡段沉降的質量缺陷;

(2) 充分考慮路橋過渡段在設計階段、施工階段、投入使用階段地面水及地下水的導排,能夠有效預防水對結構產生的侵蝕所造成的危害;

(3) 合理加強路橋過渡段的軟土地基承載力能夠有效消除或減輕路橋過渡段軟土地基沉降,提高工程質量,為安全運行提供切實保障。