土工合成材料處理橋頭跳車的技術(shù)研究

李樹(shù)兵

(衡水公路工程總公司)

1 概 述

橋頭跳車問(wèn)題一直是高等級(jí)公路中常見(jiàn)的病害,它直接影響行車速度,也影響了行車的舒適與安全。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,高等級(jí)公路越來(lái)越多,橋頭跳車在高等級(jí)公路建設(shè)中已經(jīng)成為一個(gè)比較突出的問(wèn)題。

2 橋頭跳車的原因

2.1 土質(zhì)不良引起的地基沉陷

土質(zhì)不良產(chǎn)生沉陷是橋頭跳車的主要原因。橋(涵)通常位于溝壑地方,地下水位較高,此類土天然含水量大于液限,天然孔隙比大,常含有機(jī)質(zhì),壓縮性高,抗剪強(qiáng)度低,一旦受到擾動(dòng),天然結(jié)構(gòu)易受破壞,強(qiáng)度便顯著降低,橋頭路基填筑高度較大,產(chǎn)生基底應(yīng)力相對(duì)較大,在車輛荷載作用下,更容易引起地基沉陷,且變形穩(wěn)定歷時(shí)往往持續(xù)數(shù)年乃至更長(zhǎng)的時(shí)間。即便是在一些穩(wěn)定的地基,在外力荷載作用下,也無(wú)可避免出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題。

2.2 臺(tái)后填料壓縮沉降

臺(tái)后填料在汽車荷載反復(fù)作用下,產(chǎn)生包括塑性和彈性的變形,其中主要是塑性變形。這種不可能恢復(fù)的塑性變形是內(nèi)部土顆粒間的蠕變和側(cè)向變形造成的,相同作用下不同填料的塑性變形量不同,且這種塑性變形在車輛荷載反復(fù)作用下不斷積累,填料塑性變形大的,形成橋頭的沉降差就大,導(dǎo)致橋頭跳車。因臺(tái)后填土較高,隨著時(shí)間的推移,產(chǎn)生不可避免的沉降。

2.3 結(jié)構(gòu)突變橋臺(tái)路面與臺(tái)背路面在結(jié)構(gòu)上存在著差異

鋪設(shè)在橋臺(tái)臺(tái)背路堤上的路面結(jié)構(gòu)為多層路面體系,而鋪設(shè)在橋臺(tái)頂?shù)穆访娼Y(jié)構(gòu)為路面面層與剛性橋臺(tái)組成的雙層路面體系。在車輛荷載的作用下,鋪設(shè)在橋臺(tái)臺(tái)背路堤上的路面墊層、基層密實(shí)度迅速增加,結(jié)構(gòu)層壓縮,而鋪設(shè)在橋臺(tái)頂?shù)穆访嬉蚵访嫦聦佑蓸蚺_(tái)組成,沉降可視為零。這樣,不同路面結(jié)構(gòu)層兩側(cè)抗變形能力不同,出現(xiàn)相對(duì)沉降,造成跳車。

3 土工合成材料處理橋頭跳車

(1)利用土工合成材料解決橋頭跳車是一種較新的方法。由于土工格柵具有抗拉強(qiáng)度的特點(diǎn),而無(wú)紡針刺類土工布具有排水效果較好的特點(diǎn)。因此,橋接坡處都普遍使用土工布和土工格柵。合理設(shè)置土工合成材料,即可以減少路堤填筑后的地基不均勻沉降,又可以提高地基承載能力,同時(shí)也不影響排水。

(2)土工材料的應(yīng)用

①在橋頭路堤中使用土工合成材料(如設(shè)土工格柵加筋層),利用其抗拉強(qiáng)度,通過(guò)加筋與土體之間的摩擦作用約束土體的側(cè)向變形,從而達(dá)到提高土體承載力和抗剪強(qiáng)度的目的。經(jīng)試驗(yàn),證明土工格柵加筋層間距越小,則路堤沉降越小。

②橋梁臺(tái)背填筑范圍、底基層以下1.5m深范圍內(nèi)每填兩層加土工網(wǎng)格一層,土工網(wǎng)格需與臺(tái)背錨固連接,若為拄式橋臺(tái)無(wú)法錨固連接時(shí),加筋范圍應(yīng)延伸至錐坡前緣。橋臺(tái)搭板的布設(shè)及構(gòu)造物按原施工圖設(shè)計(jì)施工,但臺(tái)背加筋范圍必須超過(guò)搭板末端2m以上。

③路基填高超過(guò) 20m時(shí),應(yīng)在 93、95區(qū)范圍內(nèi)每?jī)蓪犹钔良愉佂凉ぞW(wǎng)格一層,鋪設(shè)長(zhǎng)度順路線方向應(yīng)不小于20m。

④在填挖結(jié)合部時(shí),當(dāng)自然縱向坡度陡于1∶5時(shí),路堤基底應(yīng)挖臺(tái)階,臺(tái)階寬度不得小于1m,并在 93、95區(qū)每一臺(tái)階加鋪土工網(wǎng)格一層,并用鉚釘固定,土工網(wǎng)格保證深入填方區(qū) 4m,當(dāng)縱坡為陡于1∶0.5的黃土路堤無(wú)法挖結(jié)合臺(tái)階時(shí),可采用土工釘加強(qiáng)結(jié)合。

(3)通常在橋(涵)臺(tái)后填土設(shè)計(jì)過(guò)程中只考慮由于臺(tái)后填土的壓實(shí)度不夠或該處出現(xiàn)軟土地基等原因而造成的路基下沉的加固設(shè)計(jì),對(duì)臺(tái)后易產(chǎn)生沉降的路基進(jìn)行加固,從而提高基層承載能力,減小該處路基的沉降量。而實(shí)際上,正常路基在運(yùn)營(yíng)后也將產(chǎn)生沉降,而該沉降量由于土的逐漸固結(jié)而逐漸產(chǎn)生,整個(gè)過(guò)程會(huì)延續(xù)好多年。由于橋(涵)臺(tái)的承重大,所以在設(shè)計(jì)中常采用樁等這些承載能力大的基礎(chǔ),因而其沉降量較小,如將樁打到基巖上,則其沉降量幾乎為零,這樣便造成橋(涵)臺(tái)和正常路基產(chǎn)生了較大的差異沉降,所以橋頭加固段也起到了從橋(涵)臺(tái)到正常路基的過(guò)度作用,因而在設(shè)計(jì)加固長(zhǎng)度時(shí),需考慮土工合成材料縱向鋪設(shè)的最短長(zhǎng)度。

(4)土工合成材料加筋土的作用。

①加筋土抗剪強(qiáng)度的提高使其受剪破壞的荷載增大,相應(yīng)的剪切變形較素土小。

②加筋土在承受荷載時(shí),土體的側(cè)向變形受到加筋的抑制,承載能力隨之提高,趨近于彈性范圍內(nèi)工作。

③加筋材料使土體上的作用荷載較均勻的擴(kuò)散到整個(gè)加筋土層上,單位土體積的受荷減小。

4 結(jié) 語(yǔ)

可以看出,應(yīng)用土工合成材料進(jìn)行臺(tái)背填筑能夠有效降低土體受荷壓縮變形,減少塑性變形積累,在一定程度上起到減小橋頭差異沉降的作用。采用這樣的處理措施可以達(dá)到雙重目的：利用錨固的土工網(wǎng)格一端的張拉作用,在臺(tái)背局部范圍,分層阻止填料順臺(tái)背的沉降;利用土工網(wǎng)格與填料之間良好的界面摩擦作用,改善局部荷載作用下土體內(nèi)部的受力狀態(tài),擴(kuò)大荷載沿土體深度方向的擴(kuò)散范圍,從而達(dá)到減少外部荷載對(duì)土體的壓縮沉降作用,即相當(dāng)于提高土體的抵抗變形的能力,起到剛性橋臺(tái)和柔性路堤間過(guò)渡結(jié)構(gòu)層的作用。