運營公路不同橋頭跳車處治工藝沉降規(guī)律研究

楊愛珍,柏魯甬,雷 電,孫 董,陳奇艇

(1.寧波市公路管理局,浙江寧波 315140;2.寧波公路市政設(shè)計有限公司,浙江寧波 315100; 3.長安大學(xué)公路學(xué)院,陜西西安 710064)

運營公路不同橋頭跳車處治工藝沉降規(guī)律研究

楊愛珍1,柏魯甬2,雷 電1,孫 董3,陳奇艇2

(1.寧波市公路管理局,浙江寧波 315140;2.寧波公路市政設(shè)計有限公司,浙江寧波 315100; 3.長安大學(xué)公路學(xué)院,陜西西安 710064)

通過在寧波地區(qū)一些典型的路橋過渡段分別實施加鋪、泡沫混凝土換填、DGR工法來處治沉降,推導(dǎo)出最大沉降量與路橋過渡段沉降縱坡差之間的回歸方程,得出不同車速條件下路橋過渡段最大沉降量控制值。結(jié)果表明:對于DGR工藝和泡沫混凝土處治的路橋過渡段,沉降曲線大多呈馬鞍形,而用加鋪法進(jìn)行處治的路橋過渡段,大多呈現(xiàn)漸變形沉降曲線;在橋頭限速80 km·h-1可作為預(yù)防該處發(fā)生橋頭跳車的控制標(biāo)準(zhǔn)。

路橋過渡段;沉降規(guī)律;最大沉降量;回歸方程

0 引 言

經(jīng)過多年的營運,寧波市部分國道的橋臺及臺后路堤由于行車荷載及自重等因素逐年沉降,引發(fā)各種路面病害,還會對車輛造成損害,嚴(yán)重的話可能會造成車毀人亡,因此不得不重視對橋頭跳車的治理[1-5]。大量研究表明,路橋過渡段產(chǎn)生沉降差的主要原因為:車輛荷載反復(fù)作用下路堤填土發(fā)生固結(jié),且路堤自重也產(chǎn)生沉降[6-9]。尤其是橋頭接線路段存在較為嚴(yán)重的不均勻沉降(工后沉降均不小于0.8%),橋頭兩側(cè)連接的路基路面出現(xiàn)嚴(yán)重凹陷、龜裂,造成車輛通過沿線橋涵時產(chǎn)生劇烈的跳車現(xiàn)象[10],嚴(yán)重影響行車安全,因此有必要針對寧波地區(qū)橋頭路堤沉降規(guī)律和各種橋頭跳車的處治工藝進(jìn)行研究分析。

1 處治工藝加固原理分析

1.1 DGR工藝原理

軟土地基深層加固與抬升(DGR)技術(shù)的原理為:將配制好的漿液注入到軟土層中,土體被注入的漿液填充;沿著裂面進(jìn)入的漿液迅速初凝,產(chǎn)生劈裂面;由于劈裂面的土體被初凝的漿液充滿形成整體,故對受漿軟土進(jìn)行了土性改良,進(jìn)而提高了軟土地基的承載力。

1.2 “深層搭板+泡沫混凝土”工藝原理

若僅在路橋過渡段鋪設(shè)搭板,在車輛荷載的作用下搭板易斷裂;但若將其放置一定深度,經(jīng)由其上部結(jié)構(gòu)將車輛荷載分散后,混凝土搭板所受的作用力較小,不僅減小了破碎的風(fēng)險,而且減小了對下部土基的附加應(yīng)力,從而減小土基的工后沉降。

1.3 加鋪法工藝原理

對于瀝青混凝土路面橋頭接坡路段,在測出原地面標(biāo)高的基礎(chǔ)上,根據(jù)橋頭沉降情況,采用原路面材料進(jìn)行加鋪,使橋頭路段道路縱斷面恢復(fù)設(shè)計要求,達(dá)到治理橋頭跳車的目的。

2 沉降工藝處治效果

2.1 DGR工法處治效果

洪家橋橋頭采用DGR工法進(jìn)行處治,高程測點位于行車道中間或者非機動車道中間,共進(jìn)行了6次高程測定。為了忽略施工偏差,以第1次高程測定值作為初始高程,洪家橋路橋過渡段沉降曲線如圖1所示。圖中的5條沉降曲線為第1次實測高程分別減去第2~6次實測高程的結(jié)果。

由圖1可知,該試驗段沉降曲線為“馬鞍型”,最大沉降量主要在距橋臺20~30 m處,隨后沉降量逐漸變小并趨向穩(wěn)定值。總體上看,最大沉降量為23 mm左右,前5個月的沉降速率更大。

2.2 “深層搭板+泡沫混凝土”法處治效果

五馬橋橋頭采用“深層搭板+泡沫混凝土”工法處治,高程測點位于行車道中間,共進(jìn)行了6次高程測定。為了忽略施工偏差,以第1次高程測定值作為初始高程,即圖2中的5條沉降曲線為第1次實測高程分別減去第2~6次實測高程的結(jié)果。五馬橋路橋過渡段沉降曲線如圖2所示。

圖1 洪家橋路橋過渡段沉降曲線

從圖2可知,該路段北侖側(cè)大榭至北侖行車道沉降曲線為“漸變型”,在距橋臺50 m處沉降量最大,最大沉降量為14 mm;而大榭側(cè)大榭至北侖行車道沉降曲線為“馬鞍型”,距橋臺40 m處沉降量最大,最大沉降量為10 mm;大榭側(cè)北侖至大榭行車道距橋臺50 m處沉降量最大,最大沉降量為8 mm;相對前5個月的沉降速率,后幾個月的沉降速率更大。

圖2 五馬橋路橋過渡段沉降曲線

2.3 加鋪法處治效果

華醫(yī)橋橋頭采用加鋪法進(jìn)行處治,高程測點位于行車道中間,共進(jìn)行6次高程測定。為了忽略施工偏差,以第1次高程測定值作為初始高程,華醫(yī)橋路橋過渡段沉降曲線如圖3所示。圖中的5條沉降曲線為第1次實測高程分別減去第2~6次實測高程的結(jié)果。

由圖3可知,在距橋臺40~50 m處沉降量最大,路橋過渡段最大沉降量為33 mm左右,沉降曲線呈“漸變型”,沉降速率在后3個月減小并趨于穩(wěn)定。

3 沉降縱坡差分析

研究發(fā)現(xiàn),橋頭引道段最大相對沉降量與橋頭最大填土厚度之間呈指數(shù)關(guān)系Smax=a exp(bh)(1)式中:Smax為橋頭引道段最大沉降量(mm);h為橋頭最大填土厚度(m);a、b為回歸系數(shù)。

由路橋過渡段沉降曲線可知,縱坡相對差最大值絕大多數(shù)發(fā)生在“馬鞍型”沉降曲線谷底或者“漸變型”沉降曲線末端。通過分析17座橋的橋頭兩端最大沉降量與路橋過渡段沉降縱坡差的數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)這兩者之間有著密切的關(guān)系,如圖4所示,回歸方程為

式中:y為最大沉降量(m);x為最大沉降縱坡差(%);R2為相關(guān)系數(shù)。

根據(jù)寧波市專項治理沉降縱坡差的控制標(biāo)準(zhǔn)可知,將不同行駛車速的縱坡沉降差代入式(2),可得出不同車速條件下路橋過渡段最大沉降量控制值,見表1。

表1 不同車速條件下路橋過渡段最大沉降量控制值

通過實際調(diào)查可知,一般路橋過渡段沉降區(qū)域在60 m以內(nèi),所以橋頭限速80 m·h-1可作為預(yù)防橋頭跳車的控制標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 華醫(yī)橋路橋過渡段沉降曲線

圖4 最大沉降縱坡差與最大沉降量之間的關(guān)系

4 沉降歷時發(fā)展規(guī)律

修筑軟土地基的道路時,路堤的沉降歷時很長,少則1、2年,多則10年,但仍未穩(wěn)定。在對路橋過渡段沉降歷時發(fā)展規(guī)律進(jìn)行擬合時,特意取洪家橋、通道橋、五馬橋、華醫(yī)橋、徐洋橋、九龍江橋這6座典型橋梁路橋過渡段的最大沉降量,并得出各個橋頭沉降歷時回歸方程(方程適用于沉降歷時1月以上)。各橋橋頭歷時數(shù)月的沉降規(guī)律如圖5~7所示。

通過對上述沉降歷時與最大沉降量的擬合的曲線計算,可得各橋在趨向最大沉降量所需的沉降歷時,如表2所示。

圖5 洪家橋沉降歷時發(fā)展規(guī)律

圖6 五馬橋沉降歷時發(fā)展規(guī)律

圖7 華醫(yī)橋沉降歷時發(fā)展規(guī)律

表2 各橋最大沉降量所需最大沉降時間

5 結(jié) 語

(1)對于DGR工藝和泡沫混凝土工藝處治的路橋過渡段,沉降曲線大多呈“馬鞍型”,而用加鋪法處治的路橋過渡段,沉降曲線大多呈“漸變型”。

(2)在1年左右的沉降觀測期內(nèi),大多數(shù)橋梁最大沉降量為20~40 mm;對于“馬鞍型”沉降曲線,最大沉降量位于距橋臺20~30 m處。

(3)通過橋頭兩端的最大沉降量與路橋過渡段沉降縱坡差的數(shù)據(jù)分析,推斷出這兩者之間的回歸方程,得出不同車速條件下路橋過渡段最大沉降量控制值。由實際調(diào)查可知,一般路橋過渡段沉降區(qū)域在60 m以內(nèi),所以在橋頭限速80 m·h-1可作為預(yù)防該處發(fā)生橋頭跳車的控制標(biāo)準(zhǔn)。

(4)通過對加鋪法與DGR工法沉降規(guī)律的分析與對比,在相同的時間內(nèi),后者的沉降量遠(yuǎn)小于前者。

[1] 馮忠居,方貽立.高等級公路橋頭跳車的危害及其機理的分析[J].西安公路交通大學(xué)報,1999,19(4):33-35.

[2] 肖念婷,楊有海,師 歌.橋頭跳車及防治措施研究綜述[J].公路交通技術(shù),2008(2):94-97.

[3] 王廣山.橋頭跳車原因分析及預(yù)防措施[J].東北公路,1996 (2):37-40.

[4] 吳順義,金愛兵,高永濤.袖閥管注漿技術(shù)改性土體研究及效果評價[J].巖土工程,2007,28(7):1353-1359.

[5] 丁武洋,劉 強,劉化學(xué).橋頭跳車原因分析、狀況評定及處治技術(shù)探討[J].路基工程,2014(3):17-22.

[6] 李明杰.橋頭跳車病害分析及防治技術(shù)研究[D].西安:長安大學(xué),2004.

[7] 楊曉華,謝永利,康 佐.橋頭跳車處治技術(shù)研究[J].筑路機械與施工機械化,2007,24(3):1-4.

[8] 馮光樂,凌天清.橋頭跳車防治措施分析[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2002,21(4):34-38.

[9] 劉代全.剛?cè)徇^渡解決橋頭跳車的理論和應(yīng)用研究[D].長沙:湖南大學(xué),2001.

[10] 項貽強,孫 筠,金福根,等.采用深層混凝土搭板處治橋頭跳車的試驗[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2010,42(1):158-162.

[責(zé)任編輯:杜敏浩]

Research on Settlement Law of Different Treatment Processes of Vehicle Bumping at Bridge-head of Highway in Operation

YANG Ai-zhen1,BAI Lu-yong2,LEI Dian1,SUN Dong3,CHEN Qi-ting2
(1.Ningbo Highway Administration,Ningbo 315140,Zhejiang,China;2.Ningbo Municipal Highway Design Co.,Ltd.,Ningbo 315100,Zhejiang,China;3.School of Highway,Chang?an University, Xi?an 710064,Shaanxi,China)

The regression equation between the maximum settlement and slope deviation of the transition section of road and bridge was deduced by conducting overlaying,foamed concrete replacement and DGR process respectively on some typical transition sections of road and bridge in Ningbo,and the maximum settlement control value at different speeds of the transition section was obtained.For the transition section of road and bridge treated with DGR process and foamed concrete,most of the settlement curves are saddle-shaped;with the overlaying,most of them render gradual change;setting the speed limit at 80 km·h-1can be used as a standard to prevent vehicle bumping at bridge-head.

transition section of road and bridge;settlement law;maximum settlement; regression equation

U445.7

B

1000-033X(2017)07-0078-05

2016-12-03

寧波市交通運輸科技與成果轉(zhuǎn)化項目(201434)

楊愛珍(1970-),女,江西湖口人,高級工程師,研究方向為道路橋梁養(yǎng)護(hù)。