高等級公路路橋過渡段結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工研究

1、高等級公路路橋過渡段結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工研究            摘要:結(jié)合高等級公路實(shí)際情況,分析路橋過渡段產(chǎn)生不均勻沉降的原因,提出橋頭引道過渡段結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工研究,以減少路橋間的不平順,從而防止或避免橋頭跳車現(xiàn)象.         關(guān)鍵詞:公路工程;過渡段;沉降原因;結(jié)構(gòu)設(shè)計;橋頭跳車        隨著公路建設(shè)的不斷發(fā)展,高等級公

2、路的安全性、舒適性和可靠性成為越來越重要.由此, 對路面的平順程度引起人們的高度重視.尤其是在橋梁引道處,由于橋臺與路基的剛度差異性以及路基沉降的原因,極易產(chǎn)生沉降差,導(dǎo)致路面不平順,出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象,引起車輛行駛的舒適與安全問題.因此,在路橋之間設(shè)置一定長度的過渡段,使路橋之間的剛度逐漸變化,減少路橋間差異沉降,防止或避免橋頭跳車現(xiàn)象,這是本文的研究課題.         路橋過渡段產(chǎn)生不均勻沉降的原因       橋臺臺背路堤壓實(shí)度不滿足要求從公路工程

3、建設(shè)可知,幾乎所有橋梁、通道和明涵等都要求臺背填土處治.然而,臺后填土壓實(shí)度由施工用料、施工順序、施工機(jī)械、施工經(jīng)驗(yàn)、施工作業(yè)面等工程管理因素的影響,施工過程涉及各個方面.從公路調(diào)查結(jié)果可知,臺背填土普遍存在壓實(shí)不足的問題,這是造成路橋過渡段不均勻沉降的基本原因之一.此外,在公路營運(yùn)過程中,路基在車輛荷載以及自然因素作用下,會形成土基塑性變形的積累,導(dǎo)致路橋間的差異沉降,從而影響高等級公路路面的平順程度.        橋頭引道軟土地基處治不佳從公路調(diào)查結(jié)果表明,軟基路段由于地基沉降引起的橋頭跳車現(xiàn)象仍然存在.分析其原因,

4、主要是施工圖設(shè)計時,地質(zhì)鉆探布孔過少,鉆探深度不夠,未能及時發(fā)現(xiàn)軟基存在,或者未能準(zhǔn)確探明軟基范圍和深度,軟土的物理力學(xué)性質(zhì)等等,導(dǎo)致橋頭路堤軟土地基處治遺漏,或采取的處治方法不恰當(dāng).此外,采用的軟基處治理論計算方法和選用的計算參數(shù)與軟基實(shí)際情況存在一定差距,導(dǎo)致軟基處治設(shè)計未能達(dá)到預(yù)期效果,不能滿足交通部公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范的技術(shù)要求.        在橋頭引道,由于存在軟土地基,橋臺臺背路堤施工時填土壓實(shí)不足,雨水侵蝕造成路堤填土流失和強(qiáng)度降低,這是造成路橋過渡段路堤沉降的主要原因.然而,橋臺基礎(chǔ)設(shè)計是按規(guī)

5、范容許沉降值實(shí)施控制設(shè)計,一般情況下實(shí)際發(fā)生的沉降值較設(shè)計時小.因此,路橋過渡段的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要在于如何做好軟基路堤沉降防治等路橋順接構(gòu)造物的設(shè)計.        橋頭引道過渡段結(jié)構(gòu)設(shè)計欠周到橋頭引道路基工程中,常用的過渡段工程處治措施有粗粒料填筑法、鋼筋混凝土過渡板(即搭板)和加筋土法等.這些處理措施的主要目的是通過提高路基的整體強(qiáng)度,從而降低路橋間的剛度變化以及沉降差異,以減少路橋間的不平順,從而防治或避免橋頭跳車現(xiàn)象. 從公路工程建設(shè)可知,橋頭引道過渡段多采用搭板結(jié)構(gòu).然而,設(shè)置搭板以后的橋頭跳車現(xiàn)象仍然嚴(yán)重,橋頭搭板斷

6、板現(xiàn)象較為普遍.        分析其設(shè)計原因,有下述情況: 根據(jù)橋梁的長度,橋頭設(shè)置搭板長度劃分為:(a)大中橋,搭板長度為8m;(b)小橋、填土高度小于0.5m的通道以及涵洞,搭板長度為5m.然而,橋頭引道路堤處于高填方路段,軟基路段橋涵結(jié)構(gòu)與橋頭路堤相對沉降量大,由于搭板長度不夠而起不到順接作用,行駛車輛通過時必然出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象. 搭板設(shè)計根據(jù)支承在彈性地基上的板計算,未考慮臺背路堤沉降,雨水沖刷帶走臺背填土等原因造成搭板與臺背路堤脫空的不利受力狀態(tài).結(jié)果形成搭板設(shè)計強(qiáng)度不足,產(chǎn)生斷板,引起橋頭線形突變,誘發(fā)車輛跳車

7、現(xiàn)象. 橋頭搭板處理目前尚沒有定型的設(shè)計計算方法,公路橋涵設(shè)計規(guī)范也沒有明確規(guī)定. 工程實(shí)踐中,橋頭搭板一般不作專項(xiàng)設(shè)計.但是,從工程實(shí)踐可知,合理地處治軟土地基,實(shí)施臺后填土壓實(shí)是消除路堤填筑土體沉降的條件,而可靠的搭板設(shè)計是解決橋頭跳車的重要保證.        橋頭引道路堤邊坡防護(hù)措施欠妥從公路橋頭引道路堤設(shè)計和施工可知,臺背路堤填土通常采用砂類、滲水性土作為填料,不考慮防水和排水設(shè)施;通常,對橋臺處于長期浸水路段,采用漿砌片石護(hù)坡.而其它橋臺路段,只在錐坡范圍設(shè)置漿砌片石護(hù)坡,臺背設(shè)置方格網(wǎng)草護(hù)坡或草皮護(hù)坡.然而,從

8、公路續(xù)建、水毀和收尾工程勘查過程中發(fā)現(xiàn),許多橋頭路堤沉降比較嚴(yán)重的地方,往往伴隨錐坡和護(hù)坡水毀.        分析其原因,主要是因?yàn)閺V東省處于沿海地區(qū),臺風(fēng)和暴雨頻繁,雨水對道路的沖刷和侵蝕比其它地區(qū)嚴(yán)重,方格網(wǎng)草防護(hù)等路堤邊坡防護(hù)措施未能起到保護(hù)路基免受雨水侵害的作用.因此,橋頭引道路堤邊坡防護(hù)措施以及臺背防水和排水設(shè)施的不適當(dāng),促使臺背填土流失,路基強(qiáng)度降低. 在行駛車輛長期反復(fù)作用下,橋頭引道過渡段填土塑性變形,誘發(fā)橋頭路堤不均勻沉降,出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象.     &#

9、160;  路橋過渡段的結(jié)構(gòu)設(shè)計      路橋過渡段的變形控制從路橋過渡段的路基路面工程實(shí)施可知,路橋過渡段的變形控制必須解決兩個問題:(a)嚴(yán)格控制過渡段內(nèi)路基的工后沉降量;(b)將路橋交界處的錯落式沉降變成連續(xù)的斜坡式沉降.因此,其變形控制主要是控制路基工后沉降和路橋間差異沉降. 根據(jù)交通部公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范JTJ017-96規(guī)定,路橋連接處最大容許工后沉降為10cm.只有要求根據(jù)沉降曲線換算的工后沉降量小于容許工后沉降值,并且要求連續(xù)23個月觀測的沉降量每月不超過6mm,才能進(jìn)行路面施工. 從高等級公路的路況調(diào)

10、查結(jié)果可知,當(dāng)路面局部縱坡達(dá)到0.5%時,車輛行駛會產(chǎn)生晃 動或搖動現(xiàn)象.因此,通過分析不均勻沉降值對路面結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力的影響,建議路橋過渡段的沉降差值控制標(biāo)準(zhǔn)以5cm為宜,路橋之間形成的沉降坡差以不大于0.4%為標(biāo)準(zhǔn).        合理設(shè)置緩和過渡段公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范JTJ017-96明確指出:對于地下處治方案,應(yīng)注意段間的緩和過渡,以減少段間的差異沉降.由于不同的結(jié)構(gòu)型式,從橋臺剛度大的混凝土結(jié)構(gòu)逐步過渡到柔性的填土路基結(jié)構(gòu)和瀝青砼路面結(jié)構(gòu),其強(qiáng)度不一致.因此,軟土地基處治時,各段不同強(qiáng)度之間需設(shè)置強(qiáng)度過

11、渡段.同樣,地面上的路堤,亦需要設(shè)置強(qiáng)度過渡段.世界銀行貸款項(xiàng)目要求在剛性橋臺和柔性路堤之間要加50m的強(qiáng)度漸變段,使用不同的級配填料,確保路堤強(qiáng)度過渡.如果設(shè)置50m漸變段有困難,建議漸變段長度不得小于30m. 如果橋頭引道不存在軟土地基,若路橋過渡段的差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)為5cm,沉降坡差按 0.4%控制,則強(qiáng)度漸變段長度應(yīng)大于13m.        路橋過渡段的地基條件與路基條件在橋頭引道路堤填筑過程中,采用土工合成材料加筋路堤并不能提高地基承載力,也不能有效地阻止地基的沉降.只有當(dāng)?shù)鼗哂凶銐虻某休d力,在路堤填土自重荷載

12、與車輛荷載的聯(lián)合作用下不致破壞而產(chǎn)生較大的沉降時,土工合成材料的加筋才會產(chǎn)生明顯的效果.因此,高等級公路路橋過渡段的地基條件應(yīng)是保證路基的工后沉降10cm,沉降差小于5cm,沉降坡差 0.4%的控制標(biāo)準(zhǔn).根據(jù)公路路基設(shè)計規(guī)范JTJ013-95,對于我國高等級公路路橋過渡段的路基條件建議:土基的CBR值8%,壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)為:路面底面以下00.8m,路基壓實(shí)度95%;路面底面以下0.81.5m,路基壓實(shí)度93%;路面底面1.5m以下,路基壓實(shí)度90%.        路橋過渡段的結(jié)構(gòu)型式    

13、;      橋臺臺背路堤加鋪土工格柵在路橋過渡段路基施工中采用土工格柵技術(shù),當(dāng)土工格柵與土一起承受車輛荷載和土體自身荷載的同時,具有下述三方面功能: 由于土工格柵使土體的抗剪強(qiáng)度得到充分發(fā)揮,約束了土體的側(cè)向變形,控制路基填土的側(cè)向位移,增強(qiáng)了路基的整體穩(wěn)定性,從而增大了路基的變形模量. 由于土工格柵與路基填土的摩擦作用,使上部荷載在路基中重新分配,降低了橋臺臺背局部范圍土中的垂直應(yīng)力,使路基土體承載力得到提高,從而減少沉降. 由于水平攤鋪的土工格柵具有彈性,在車輛荷載的反復(fù)作用下,不會產(chǎn)生或減少變形的累積. 由于在路橋過渡段鋪設(shè)土工格柵具有

14、明顯的工程效果,因此在路橋過渡段高填方路堤可采用橋臺臺背回填加鋪土工格柵的結(jié)構(gòu)型式.土工格柵的設(shè)置間距和長度應(yīng)滿足公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范JTJ/T019-98的要求,通過計算確定.        合理確定搭板長度和搭板強(qiáng)度設(shè)計根據(jù)橋頭路堤與橋臺相對沉降量預(yù)計值以及車輛行駛要求的順適程度,合理地確定搭板長度.國內(nèi)資料表明,搭板長度一般為68m,浙江省國道采用15m長的橋頭搭板.到目前為止,搭板的設(shè)計未有統(tǒng)一模式,一般按照下述原則確定其長度: 路面設(shè)計使用年限內(nèi),由于道路下沉引起路面縱坡變化,要求搭板隨路堤沉降后傾角在 1/200至1/300范圍內(nèi)變化. 搭板的長度