公路桥梁路基路面沉降原因及控制措施研究.pdf
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1、交通世界TRANSPOWORLD收稿日期:2023-04-11作者简介:董世豪(1993),男,工程师,研究方向为公路桥梁施工。公路桥梁路基路面沉降原因及控制措施研究董世豪(石家庄市公路桥梁建设集团有限公司,河北 石家庄 050000)摘要:为解决路桥过渡段差异沉降问题,在分析过渡段沉降及其产生原因的基础上,提出了不同过渡段沉降处理方案,包括刚性过渡方案、柔性过渡方案、刚柔结合过渡方案,并对不同沉降处理方案进行综合对比,明确不同处理方案的经济性,以保证路桥过渡段沉降控制的有效性。关键词:路桥过渡段;沉降;控制措施中图分类号:U418.6文献标识码:B0 引言路桥过渡段因路基和桥台存在明显的沉降
2、差而存在差异沉降,影响行车舒适性,严重时还会威胁到行车安全,导致桥台破坏。因此在实际工程中应根据桥台及路基实际情况,确定适宜的沉降控制方案,并在施工中加以严格执行。1 过渡段沉降成因桥梁基础多为桩基础,且以嵌岩桩为主,其持力层采用中风化或微风化岩层,而摩擦桩的持力层一般采用全风化与强风化岩层,这样能减小基底的沉降,同时桩身不会产生明显压缩变形,施工完成后桥梁沉降不大,通常不超过1 cm。但对路基而言,如果一味提高变形控制标准,会使成本大幅增加。基于此,现行规范允许路基在施工完成后产生 1020 cm 的沉降。这就会使桥梁和路基之间存在差异沉降,需采用衔接段加以过渡,防止桥头跳车,否则必然会对行
3、车安全及舒适性造成影响。现阶段常用复合地基,不仅施工简单,而且质量可靠,有良好的经济性,但其处理深度有限,通常为2025 m。当存在深厚软基时,若采用以上处理方法,则桩尖将很难进入指定的持力层中,受路堤自身重量及汽车荷载综合作用后,可能导致桩体无法承受载荷,导致桥头处路基产生明显工后沉降,引起桥头跳车现象。目前针对过渡段差异沉降问题,主要有以下三种处理方案:刚性过渡、柔性过渡、刚性与柔性过渡相结合1。2 过渡段沉降控制措施2.1 刚性过渡该方案指的是借助刚性桩竖向增强过渡段,常用刚性桩包括筒桩、钻孔灌注桩与预应力管桩。对于钻孔灌注桩,其桩径大于筒桩,成本高,是专用的桥梁桩基类型;在复合地基处理
4、过程中,大多采用桩径相对较小但强度足够的预应力管桩。刚性桩主要具有以下特点:强度与处理深度均较大,但施工成本也较高,主要在地基上部荷载相对较大和对变形控制要求十分严格的情况中使用。某公路路段总长约为3.0 km,其红线宽度为42 m,桥头段路堤总高约4.0 m,坡率为11.5,基底宽度为54 m。该路段软土层厚度很大,桥梁基础为钻孔灌注桩,普通路段借助预应力管桩进行地基处理,过渡段同样借助预应力管桩进行处理,按照正方向进行布置,管桩之间的距离按2.5 m控制。管桩的桩径为400 mm,壁厚为95 mm,采用A型桩,C80混凝土,其弹性模量可达38 000 MPa。为最大限度发挥管桩自身承载力,
5、防止刺入式破坏,需在桩顶部采用C30混凝土浇筑托板,并在上部铺设一层厚度为60 cm的碎石作为垫层,最后在托板的顶部增设双向土工格栅。过渡段管桩的长度为渐变值,与桥台和搭板下部临近的管桩,其进入持力层中的深度相对较大,可提供较大承载力,能显著减小沉降变形,而与路基段临近的管桩,其进入持力层中的深度则相对较小,容易产生沉降变形2。采用刚性桩处理后形成的复合地基,其总沉降由以下三部分组成:桩帽刺入量、桩底刺入量与下卧层65总662期2023年第32期(11月 中)沉降,其中,前两者根据相关技术规定进行计算,而后者一般采用分层总和法进行计算。具体计算结果如表1所示。表1 刚性过渡方案地基沉降计算结果
6、指标桩帽刺入量/mm桩底刺入量/mm下卧层沉降/mm地基总沉降/mm桩长/m3210.1012.3363.0085.433410.1012.3348.0070.433610.1012.3334.0056.433810.1012.3320.0042.434010.104.938.0023.03从表1计算结果可以看出,当桩长增加时,下卧层沉降减小,尤其是在桩进入强风化岩层以后,除下卧层沉降减小以外,桩底刺入量也开始减小,且都比桩帽刺入量小。另外,当桩长从桥头部位的40 m减小至普通路基段的32 m后,施工完成后的沉降从23.03 mm增加至85.43 mm。管桩施工结束后开展单桩承载力试验与地基承
7、载力试验,同时对地表的实际沉降进行实时监测,根据观测资料可知,在路基填筑施工结束后,地基最大沉降约为50 mm,总沉降约为58 mm,在施工完成后预压6个月的时间后,产生18 mm左右的沉降,之后的沉降保持稳定,总沉降与计算得出的沉降相当。目前该路段已经通车近一年的时间,过渡段的通行状况良好。2.2 柔性过渡该方案指的是借助柔性桩对过渡段予以竖向增强,或对地基进行预压处理,或对以上两种方法进行结合,目前常用的柔性桩包括高压旋喷桩与水泥搅拌桩。该方案通常与轻质填料一同采用。由于能大幅降低附加荷载,所以如果在地表的下部可以形成厚度足够的硬壳,则可省去软基处理过程,主要在填土厚度与附加荷载均较小,以
8、及需要大幅减小路堤自身重量的段落中使用。如果桥头处硬壳层厚度较小,无法提供足够的承载力,则应先加固处理表层的软土,然后再采用轻质填料进行填筑3。某路段路基顶部宽度为30 m,普通路基段的填筑厚度在12 m,桥头段路堤的高度为3.0 m,该路段软土厚度较大,而路堤填土层层厚较小,如果采用刚性过渡方案,将导致凸起。对于普通路段,其处理方法为真空和堆载预压相结合的方法,对桥头进行真空预压处理后,采用轻质填料进行填筑。该方法能充分利用真空预压具有的优势,如加固效果显著和处理成本较低,同时还能发挥轻质填料的作用,如重度与附加应力均较小等。在填筑轻质填料之前,先在底层铺设一层厚度为10 cm的砂垫层,然后
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