基于路橋過渡段軟土地基的施工技術(shù)研究

周建惠

(平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)交通投資集團(tuán)有限公司,福建 平潭 350400)

0 引 言

近年來,隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,我國基礎(chǔ)建設(shè)也突飛猛進(jìn),特別是交通(路橋)建設(shè)方面已取得了十分喜人的成績(jī)。[1,2]但是,避免或降低“橋頭跳車”現(xiàn)象依然是路橋建設(shè)的技術(shù)難點(diǎn)與路橋綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要指標(biāo),這是由于路橋過渡段是交通路橋建設(shè)的重要組成部分,為保證路橋工程正常使用的關(guān)鍵[3],同時(shí)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(fā)生沉降差異的原因及其防控措施(建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工技術(shù))顯得非常重要。本文以軟土地基路橋過渡段為研究對(duì)象,對(duì)其沉降原因進(jìn)行分析,并對(duì)其質(zhì)量防控措施進(jìn)行了探討。研究結(jié)果可為有效控制路橋過渡段沉降問題的發(fā)生提供技術(shù)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(shè)計(jì)與選材不合理

現(xiàn)階段,路橋過渡段主要采用搭板來搭建,因搭板長度設(shè)計(jì)存在問題,導(dǎo)致橋頭順接效果不太理想;同時(shí),搭板材料質(zhì)量若不符合要求,通車后車輛對(duì)路橋過渡段碾壓會(huì)導(dǎo)致假性軟土地基不均勻沉降,出現(xiàn)跳車現(xiàn)象。

1.2 橋頭軟土地基處理不當(dāng)

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

1.3 橋頭路堤臺(tái)背處理存在問題

橋頭路堤對(duì)路基具有一定的保護(hù)作用,一般使用質(zhì)土作為臺(tái)背的填土,具有較強(qiáng)的滲水性;但是,在橋頭背臺(tái)地基夯實(shí)的過程中,橋臺(tái)結(jié)構(gòu)會(huì)受到側(cè)向土體的抑制作用(源于橋臺(tái)剛度的不同導(dǎo)致的),從而使地基夯實(shí)程度未能達(dá)到理想的狀態(tài)。若盲目追求工程進(jìn)度或者節(jié)省材料、減少成本投入等非理性因素的處理不當(dāng),在自然或車輛荷載(超載)與緊急剎車等不良因素連續(xù)性作用下,極容易導(dǎo)致路基護(hù)堤填土流失或土基塑性發(fā)生形變,造成路基的性能發(fā)生變化,最終使路橋過渡段出現(xiàn)不均勻沉降,出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象[7],損害機(jī)械車輛使用壽命,嚴(yán)重時(shí),可引發(fā)交通事故,危害人民生命財(cái)產(chǎn)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(jié)合,而橋梁為剛性結(jié)構(gòu)物,其剛度大于道路的剛度,長時(shí)間在車輛載荷作用下,不易發(fā)生變形;但是針對(duì)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(fā)生變形,導(dǎo)致路橋過渡段不均勻沉降,出現(xiàn)跳車現(xiàn)象。

1.5 施工方存在問題

此類問題可歸結(jié)為兩個(gè)方面:一方面施工方壓實(shí)機(jī)械缺乏或數(shù)量不夠,為了保證工期,加快施工進(jìn)度,從而難以達(dá)到理想的壓實(shí)度;另一方面施工方施工技術(shù)不成熟或監(jiān)督(如偷工減料監(jiān)督等)不到位,分層壓實(shí)厚度較大,且所鋪厚度不均勻,內(nèi)部存在空洞未發(fā)現(xiàn),最后容易引發(fā)路橋過渡段路基沉降。

2 軟土地基路橋過渡段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

因路橋承建方著急施工,對(duì)勘察設(shè)計(jì)的工期進(jìn)行有意縮短,從而使勘察設(shè)計(jì)深度不到位或者設(shè)計(jì)單位內(nèi)部橋梁設(shè)計(jì)與路基設(shè)計(jì)之間存在過渡性銜接問題,導(dǎo)致其設(shè)計(jì)圖紙存在差、錯(cuò)、漏等系列問題出現(xiàn)(例如地基承載力大小、橋頭搭板設(shè)計(jì)的長度、防護(hù)坡填筑的建筑材料以及土工格柵等設(shè)計(jì)不合理),均會(huì)引起路橋過渡段出現(xiàn)跳車現(xiàn)象。因此,路橋過渡段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略如下:

第一,圖紙?jiān)O(shè)計(jì)前,設(shè)計(jì)方應(yīng)組織相關(guān)專業(yè)人員到選址的路線進(jìn)行勘探,合理地質(zhì)鉆探深度與布孔數(shù)量,對(duì)軟土地基的性質(zhì)、范圍、深度等獲得準(zhǔn)確、詳細(xì)的數(shù)據(jù),進(jìn)行施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。

第二,為了保證工程質(zhì)量,施工方在施工前,應(yīng)該組織單位資深技術(shù)人員與負(fù)責(zé)人開展路橋過渡段的圖紙二次審核,對(duì)設(shè)計(jì)圖紙中出現(xiàn)的遺漏、設(shè)計(jì)不當(dāng)之處(如地基承載力、壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)等)及時(shí)進(jìn)行質(zhì)疑,并與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方溝通,以獲取最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

第三,在路橋過渡段的橋臺(tái)臺(tái)背路堤處設(shè)計(jì)土工格柵,以有效減免因通車后車輛載荷的擠壓、震蕩導(dǎo)致土體發(fā)生變形,發(fā)生側(cè)向位移,使路基結(jié)構(gòu)的性能得到有效保障,以進(jìn)一步提高路橋穩(wěn)定性。

第四,在路堤處設(shè)計(jì)橫向泄水管、盲溝等設(shè)施,如果地下水位較高,導(dǎo)致路堤不能直接填筑,可以先用碎石鋪設(shè)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(shí)度的要求(為了避免大型機(jī)械碾壓時(shí)對(duì)臺(tái)身造成的損傷,因此,橋臺(tái)附近改用中小型壓路機(jī)為主,復(fù)配人工打夯機(jī),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(jī)碾壓,這樣可以加強(qiáng)銜接效果,提高路基壓實(shí)量),這樣可以取得良好的預(yù)防效果。

第五,設(shè)計(jì)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(jié)劑,通過深層攪拌機(jī)械將地基深部的軟土與固結(jié)劑充分、強(qiáng)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(shù)要點(diǎn)

第一,施工單位在施工前,根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對(duì)軟土地基路橋過渡段地基承載力進(jìn)行檢測(cè),若不能滿足承載力設(shè)計(jì)要求,需要進(jìn)行填前碾壓,使其壓實(shí)度≥90%;路橋過渡段與先填段交接部位設(shè)計(jì)臺(tái)階每級(jí)≤50 cm,臺(tái)階頂面內(nèi)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(shè)計(jì)要求,可進(jìn)行下一步作業(yè)(圖1)。

圖1 路基過渡段回填

第二,對(duì)路橋過渡填土一般采用擠密復(fù)合地基的方法處理,選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的壓路機(jī),控制壓實(shí)厚度(約15 cm),保證填土無水分,無壓實(shí)死角,隨后在路基上鉆孔,并向孔洞內(nèi)部填入相關(guān)材料,保證振動(dòng)壓實(shí)組成樁柱,提升路橋過渡段地基填土的密實(shí)性、剛性和整體強(qiáng)度,防止路橋過渡段軟土地基填土壓實(shí)問題。

第三,橋頭設(shè)計(jì)反向坡度,然后估算車輛荷載對(duì)路面和路堤產(chǎn)生的壓力以及作用力,減少搭板應(yīng)力;同時(shí),依據(jù)軟土地基的承載力,合理設(shè)置搭板長度、厚度。

第四,在路橋過渡段將拉筋材料埋設(shè)到路基填土中,形成加筋土路基結(jié)構(gòu),可增強(qiáng)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(nèi)部埋設(shè)拉筋可增加基床剛度,加強(qiáng)基床結(jié)構(gòu),減小因行車動(dòng)荷載引發(fā)的路基變形。若在路基面以下的路堤設(shè)置拉筋,可提高基床剛度,減小因自重產(chǎn)生的路基變形。因此,在軟土地基路橋過渡段需要合理設(shè)置拉筋。

第五,合理選擇填筑材料,嚴(yán)控填筑厚度。填筑材料應(yīng)符合強(qiáng)度與純度(填筑材料含雜物摻入使其壓實(shí)度、壓實(shí)效果受到影響)要求,具有滲水性,若填料含水量超標(biāo),可采用混合填料方法保證填料強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)對(duì)填料加強(qiáng)攪拌,避免出現(xiàn)離析現(xiàn)象出現(xiàn),如果出現(xiàn)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(jù)填料使用量來確定。

第六,合理設(shè)置地下排水設(shè)施,采用礫石在臺(tái)背豎直面修建透水層,使土體始終保持干燥狀態(tài);同時(shí)修建臺(tái)背路堤以預(yù)防水對(duì)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(xiàn)。[11,12]

4 工程實(shí)例

4.1 工程概況

以和平大道(高鐵中心站—蘇平路)項(xiàng)目第一階段為實(shí)例。該項(xiàng)目起點(diǎn)位于中樓鄉(xiāng)鹽田村二埠自然村樁號(hào)K6+100,與壇東大道一期項(xiàng)目順接,終點(diǎn)位于中樓鄉(xiāng)韓厝村樁號(hào)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(shè)計(jì)主行車道為雙向8車道(單側(cè)寬15.5 m),設(shè)計(jì)速度為80 km/h,輔道為雙向4車道(單側(cè)寬8 m)。該項(xiàng)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(jīng)福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院現(xiàn)場(chǎng)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(jì)劃如下:

根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方、路基勘探方的意見,施工時(shí)臺(tái)背回填材料主要為石灰土(8%)、碎石(粒徑5～8 cm)液態(tài)粉煤灰,橋臺(tái)高度5 m以下回填石灰土、碎石,橋5 m以上回填液態(tài)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(yùn)送到施工場(chǎng)地,經(jīng)推土機(jī)+平地機(jī)聯(lián)合作業(yè)攤鋪,土層厚度控制在15 cm左右,采用12 t以上振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)(壓實(shí)前石灰土含水率在1%以上,若表面水分不夠,需及時(shí)灑水滿足要求),壓實(shí)度≥95%,每次液態(tài)粉煤灰的澆筑厚度≥2 m,壓實(shí)度≥96%;清理上、下路床底表面,經(jīng)壓實(shí)作業(yè)后,鋪設(shè)土工格柵;外搭板的長度6 m;橋頭設(shè)計(jì)反向坡度。

4.2 靜載荷試驗(yàn)

4.2.1 靜載檢測(cè)路基抗壓極限承載力

在路基靜載檢測(cè)工作開始前,準(zhǔn)備工作按照J(rèn)GJ 106-2014建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范附錄的相關(guān)規(guī)定準(zhǔn)備,然后對(duì)路基的極限承載力檢測(cè)。本工程的承載力試驗(yàn)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(tái)、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(cè)量由無線靜荷載試驗(yàn)儀完成。單樁極限承載力檢測(cè)采用慢速維持荷載試驗(yàn)法,按逐級(jí)等量加載,分級(jí)荷載為最大加荷的1/12(分級(jí)見表1)。共分12級(jí)加載,分級(jí)加載量為1 000 kN(表2),加荷至12 000 kN時(shí)為第12級(jí)。

表1 荷載試驗(yàn)分級(jí)

在施工結(jié)束后的第20天進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)靜載法試驗(yàn)對(duì)路基質(zhì)量檢測(cè),結(jié)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(shí)施方案對(duì)軟基處理效果十分顯著。

表2 靜載試驗(yàn)結(jié)果匯總

5 結(jié) 論

路橋過渡段沉降會(huì)導(dǎo)致路橋服役期限縮短,同時(shí)容易引發(fā)交通安全事故的發(fā)生。本文針對(duì)路橋過渡段沉降的因素進(jìn)行探究,并且從路橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工技術(shù)兩個(gè)方面對(duì)路橋過渡段沉降問題提出了具體的優(yōu)化策略,同時(shí)結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步闡述本文觀點(diǎn),結(jié)論如下:

(1) 精細(xì)完善地勘設(shè)計(jì)與施工前的圖紙會(huì)審能有效避免路橋過渡段沉降的質(zhì)量缺陷;

(2) 充分考慮路橋過渡段在設(shè)計(jì)階段、施工階段、投入使用階段地面水及地下水的導(dǎo)排,能夠有效預(yù)防水對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的侵蝕所造成的危害;

(3) 合理加強(qiáng)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(zhì)量,為安全運(yùn)行提供切實(shí)保障。