基于路橋過(guò)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(lái),隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,我國(guó)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)渡段沉降問(wèn)題的發(fā)生提供技術(shù)參考與借鑒。

1 軟土地基路橋過(guò)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(guò)渡段主要采用搭板來(lái)搭建,因搭板長(zhǎng)度設(shè)計(jì)存在問(wèn)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(guò)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(guò)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(wèn)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(guò)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(guò)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(zhǎng)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(lái)說(shuō),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(guò)渡段不均勻沉降,出現(xiàn)跳車現(xiàn)象。

1.5 施工方存在問(wèn)題

此類問(wèn)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(guò)渡段路基沉降。

2 軟土地基路橋過(guò)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(guò)渡性銜接問(wèn)題,導(dǎo)致其設(shè)計(jì)圖紙存在差、錯(cuò)、漏等系列問(wèn)題出現(xiàn)(例如地基承載力大小、橋頭搭板設(shè)計(jì)的長(zhǎng)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(guò)渡段出現(xiàn)跳車現(xiàn)象。因此,路橋過(guò)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(kāi)展路橋過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)渡段回填

第二,對(duì)路橋過(guò)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(wú)水分,無(wú)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(guò)渡段地基填土的密實(shí)性、剛性和整體強(qiáng)度,防止路橋過(guò)渡段軟土地基填土壓實(shí)問(wèn)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(zhǎng)度、厚度。

第四,在路橋過(guò)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(guò)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(guò)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(lái)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(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)渡段地基具有軟土地基特性。因此,路橋過(guò)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(jiàn),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(zhǎng)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(kāi)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(wú)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(jiàn)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(guò)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(guò)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(guò)渡段沉降問(wèn)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(guò)渡段沉降的質(zhì)量缺陷;

(2) 充分考慮路橋過(guò)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(guò)渡段的軟土地基承載力能夠有效消除或減輕路橋過(guò)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。