（道路与铁道工程专业论文）季冻区高等级公路桥头路堤沉降处置的效果分析.pdf

摘要 高等级公路桥头引道路堤沉降是国内外高等级公路比较常见的 病害。为此，国内外学者进行了大量的研究，但并没有一套完善的 方法因为公路受到许多因素影响，如气候、地形、水文、地质等 条件。所以，处置方法也是固地制官的， 本文结合长余高速公路对耄堕匿舯桥x - 路堤沉降进行了分析， 既有一般地基又有软土地基，同时针对软土地基的处置方式进行丁 深入的对比分析，既有技术上的义有经济上的，还给出了对般地 基和软土地基的一般处理方法，同时提出了应把桥头跳卞率控制在 5 以内的理论。 关键词：桥头跳车软土地基 沉降 a b s t r a c t i ti sac o m m o nd e f e c tt h a tt h ep r o b l e mo fd e p r e s s i o no fb r i d g e a p p r o a c hi nh i g h w a ya n de x p r e s s w a y i nh o m ea n da b r o a d 1 h u s ， r e s e a r c h e r sh a v eb e e nr e s e a r c h i n gi nh o m ea n da b r o a d ，b u t t h e r ea r e n o lp e r f e c tw a y sb e c a u s eh i g h w a ya n de x p r e s s w a ya r eo f t e ne f f e c t e d b ys o m ef a c t o r s ，s u c ha s ，w e a t h e r ，t e r r a i n ，h y d r o g r a p h i c ，g e o l o g i c a l ， a n ds oo n s o ，t h ew a yt ot h ep r o b l e mi sv a r i e sa sp r a c t i c a ls i t u a t i o n t h e p a p e rr e s e a r c ht h ep r o b l e mo fd e p r e s s i o no fb r i d g ea p p r o a c h o fs e a s o n a lf r o z e nz o n ea c c o r d i n gt oh i g h w a yc h a n g _ 一y u i ti n c l u d e s c o m m o n 酐 o u n ds o f tg r o u n d ，i n c l u d e sa n a l y s i s o fe c o n o m i ca n d e n g i n e e r i n g a t t h es a m ct i m e ，s o m et t c a s u e c sh a v eb e e na n a l y z e di n c o n t r a s t t h ep a p e rp r e s e n t ss o m em e a s u r e st oc o p yw i t ls o f tg r o u n d a n dc o i i l m o ng r o u n d i ta l s op r e s e n t sat h e o r yt h a tt h er a t eo f b u m p s h o u l db e l o w5p e r c e n t k e yw o r d s ：b u m p s o f tg r o a n d d e p r e s s i o n 日u 公路是国民经济的重要命脉由于其特有的优越性和灵活性，发挥着其它运输方式所 不能替代的作f j 。公路建设又是国家最主要的基础产业之一它的迅速发展，对于促进国 民经济的发展，拉动其它相关产业发展具有非常重要的意义。改革开放以来，特别是“八 五”以来公路建设取得了长足的发展通车里程犬幅度增加，技术等级不断提高：近几 年来公路建设投资力度加大，每年投资额超过2 0 0 0 亿元，加快了五纵七横的建设。截至到 2 0 0 0 年底，我国投入营运的高速公路里程数已超过16 0 0 0 公里，公路基础设施建设拉动了r “十五”经济增长速度。到下个世纪中叶全国范围内将彤成四通八达的高等级公路网。 然而，质量是公路建设永恒的主题，在公路建设大幅度投资的同列如何确保工程质 量已成了个紧迫的问题。从高等级公路的使用情况来看，还存在一些问题。其中以桥头 路堤沉降病害最为常见。资料调查表明：全国各地许多公路在通车不久就产生了不同情况 的桥头路堤沉降现象其中也包括一些高速公路。许多桥头都存在不同稃度的跳车现象， 在地质不良的地段更为严重。由于跳车的存在，司机不得不提前在桥涵构造物减速以避 免产生较大的振动和跳跃这势必降低午速影响运营效率j j 时增加机制磨损和燃料的消 耗，并对桥跨产生冲击严重时可导致交通事故。为r 保证高等级公路具有良好的使用情 况有必耍对桥头路堤沉降进行进一步研究。本文结台吉林省交通厅桥头跳车防治，针 对季冻医的桥头路堤的处置方法进 了了深八的研究，并且对茛处置的方集进行了技术上的 和经济的分析比较，从而为以后的【：作者提供一定的参考。 一 至堕兰皇竺堡坌些堕兰些墨塑堕竺蔓塑塑墨坌堑上 1 概述 1 1 高等级公路桥头路堤沉降的产生及构成3 2 担o 所谓的差异沉降是指桥涵结构物与桥头路堤之间的沉降。规范规定浅基础墩台沉降总 值不超过2 0 、，：c m ( l 为相邻墩台问展小跨径。单位为米) ，而桩基础几乎没有沉降，摩擦桩 桥墩的沉降也只有几厘米。因而桥( 涵) 台基础的沉降可以通过结构物选择和尺寸计算加 以控制路堤沉降主要有蹄堤部分件缩沉降与地基排水固结沉降构成。路堤部分烁缩沉降 可以通过施工与法予以控制，而地基排水固结则难以控制。差异沉降是由路堤的总沉降和 桥台沉降共同构成的。 i 、路堤的总沉降 ( i ) 路堤的压缩沉降 路堤一般由散料填筑，而作为j 丰f i 体( 蚓相、液相、气相) 的填筑材料，在使用阶段 产生了液相、气相所占比重逐渐减少的过程，即压缩沉降过程，表现为十颓粒塑性变彤和 土颗粒向密集状态排列。这就决定了在工斤使川阶段有被压缩的可能性。如果填料内摩擦 角小，填料在一定条件下( 如含水量增加) 可能发生滑移，降低路堤标高。内摩擦角人， 则滑移量小。通过选料，提高压实标准，改进施rr 艺等手段可提高路堤的密实度。通过 密实度控制，工后路堤压缩沉降一般可控制在几个厘米范围内( 高路堤除外) 。 ( 2 ) 地基沉降 地基沉降及地基士体排水崮结沉降。固结过程即排水过程。按固结的时间顺序可分为 瞬时同结，主固结沉降和次固结沉降。 瞬时沉降是土体的侧向变形引起的。对处于弹- 眭变形阶段的地基，其瞬时沉降按“公 路软七地基路堤与施工技术规范”中的公式计算。 主固结沉降是一般地基在荷载作用h 沉降变形的土要部分，按分层的孔隙率和变化计算。 次固结沉降是士骨架上的有效应力基本保持不变的条件下地基随时间的增长而发生 的沉降，可按从主固结完成后开始，由时间一压缩曲线的斜率近似地求得。 2 、桥台沉降构成 轿台沉降由两部分构成即桥台结构压缩沉洚和基础沉降构成。桥台结构压缩沉醉昔 菲常小通常忽略不计。基础沉降按结构类型和地质资料计算。 1 2 高等级公路桥头台阶硬危害2 7 】 公路桥头台阶是指桥( 涵) 台和路堤近接处的沉降高菪丛到rl c m 以上，已经产生了明 显的颠簸不适。由于车辆荷载的作用。一般的台阶呈现中间低两边略高的状态。由十桥头 台阶的出现会使车辆出现不同程度的跳车。 ( 1 ) 降低车速 机动车通过台阶时产生跳动，车辆的跳动幅度或震动强度与行车速度及台阶高度相 关，车速越快，台阶越高越剧烈。高等级公路上的车辆行驶速度很快，当发现桥头台阶时， 驾驶员必然本能地降低车速以减轻乍辆震动。 ( 2 ) 降低运营效率 出行者选择高速公路往往是出于节省时间而车辆遇到桥头台阶减速必然延长运行时 间。车辆遇到台阶时一般提前1 5 旺_ 2 0 0m 减速，驶过台阶后还要用大约相同的距离加速。 这一减速加速的过程即产生了交通延迟损失由于高等级公路桥涵密度较丈( 一般每隔0 5 - - 2 k m 即设一个桥涵或通道) ，因而损失是巨大的。 ! 查! ! 壁些查兰堡! ! 兰堡堡墨 一 据有关资料介绍，汽车经过跳车点，每制动减速一次，平均增加油耗6 0 毫升，按此数 值计眷j 。草筠台蔓通量为1 0 0 0 0 辆日的跳车点平均日耗油增加6 0 0 升。在已完成的1 6 0 0 0 芳瑟董高逮荔露上，桥涵结构物以万计，若有2 0 的结构物形成台阶，则每天油耗增加超 过干吨。可见，因油耗增加损失之巨。 ( 4 ) 降低道路使用质量、加大养护费异j 桥头台阶对汽车产生作用的同时，汽车对桥涵结构物路堤同时产生反作用，表现为汽 车对桥涵结构物及桥头路堤产生冲击荷载。在冲击荷载的重复作用下，易产生疲劳破坏。 为了维护高等级公路的良好使用状态，需要对桥涵两端的台阶及破坏部位进行及时的维修 和养护。不断的维修养护不仅花费大量的人力、物力和财力，而且也产生了不良的社会影 响。除此之外，在某些公路上，由于桥头台阶和车辆的高速行驶而撞坏栏杆设施甚至翻车 的事也时有发生。表1 是黑龙江省已竣1 二的几条高等级公路的路线、路面、结构物以及桥 头台阶的简略情况。 表1黑龙江省高等级公路桥头台阶及修补情况 长度 路名等级路面类型桥粱( 座) 涵洞台阶情况维修情况 ( k m ) 1 9 9 0 年有的加 哈阿( 哈一级 6 ( 大、中、小)1 9 ( 通道)普遍有，铺水泥混凝土， 尔滨一阿汽车 3 4水泥混凝土 6 ( 立交)2 9 ( 过水)最大1 4 c m1 9 9 1 、1 9 9 2 年加 城)专用 铺沥青混凝土 京哈( 黑龙 二级 7 0 沥青混凝土6 ( 大、中、小) 5 4 普遍有， 1 9 9 l 、1 9 9 2 年 补修沥青混凝 江段)最大1 5 c m 将水泥混凝土 哈大( 哈尔 二级沥青混凝土 1 2 ( 大、中、小)1 1 6 ( 通道)六棱块换成水 汽车1 3 31 5 k m 其余为最大l o o m 滨一大庆)2 2 ( 立交)8 2 ( 过水)泥板，有的加铺 专用水泥混凝土 沥青混凝土 ( 5 ) 增加交通事故 肖交通密度较大时，车辆间距减小，前车为减小震动减速时，后车减速操作不及时就 可能与前车相撞。在高速密集行驶的车队中，当首车刹车减速时，只要有一台操作不当， 就有撞车的可能。随着交通量的增加，桥头台阶产生此类事故概率增加。 1 3 桥头跳车的成因分析阅嘲鲫 高等级公路由于车流量大，使用时间长，桥头路堤填土高。因此，由路堤沉降产生的 跳车是很难避免的，但为了寻求防治或减少沉降的措施，有必要对产生的沉降进行分析。 造成桥头跳车的原因很多，但主要有以下几点： ( 1 ) 结构物刚度差异 结构物刚度的不同是形成差异沉降的主要原因。路基路面是个柔性结构物，它在施 工过程和使用阶段会不断的发生变形、产生较大的沉降。桥梁是一个整体刚度很大的结构 物，基本认为是不可压缩的。这样，桥涵结构物所产生的沉降是地基在其重量作用下的沉 降。桥涵结构物是通过墩台基础将重量传递给地基的，桥涵基础形式很多，但所采用的桥 墩基础不外乎是桩基础和不同类型的浅基础或深基础包括采用人工地基的浅基础。较多数 量的小桥或通道涵采用轻型桥台，从结构物的角度分析。桩基础的沉降是非常小的，尤其 是枉桩。 季冻区两等级公路桥头路堤执降处置的效果竹析 ( 2 ) 醴计不周 设计人员有时对施l 过程如何便r 碾压考虑不周，刘r 填料的要求不严格t 台背排水 考虑欠佳。桥涵结构物两端的路堤，由于过水、跨线或通道的要求，一般填土都较高，低 的3 m 左右，高的可达l o r e 左右或更高，除了过水的桥涵两侧的路堤往往受水浸淹地基条 什也较差，设计上对路基断面结构和边坡防护j ：, f i 所考虑外，其他多数情况对高路堤设计 上井无特别的要求，如压实度等指标均与一股路堤无异。但由于路堤较高，在填筑以后受 到白重和行车荷我的作用，路堤填t 必然会产生竖向变形值。 ( 3 ) 台后填料不当 施上时对桥台后的回填士未能慎重考虑施工填料不当、控制不严，未能达到设计耍 求。但需特别指出，施工不良比材料不良更易造成构造物台后填料的下沉。 ( 4 ) 台后压实不足 施工时工期工序安排不当，以至桥头路堤填十处于工期末期被迫赶丁，不能很好地 控制台背填土的压实度，致使填料压实度不满足设计和规范要求，使填方体产生很大的l 擘 向固结变形，形成较大的一l 后沉降，在台背与路基连接部造成沉降形成台阶。 ( 5 ) 浸水软化 软土地基、湿陷性黄十地基浸水等造成路基沉降。 ( 6 ) 桥台伸缩缝的破损 据上分析形成桥头台阶的原因是多方面的，结构的著异、设计的不周和施工控制 的不严、综合因素的作用导致了差异沉降的发生和发展。 1 4 桥头跳车的防治措施 1 4 1 地基处理1 3 】1 7 i ( 1 ) 软土地基 对于高速公路上的软十地基处理，通常采用袋装砂井法、塑料排水板法、堆载预压法、 换土法、深层搅拌法、高压喷射注浆法、振动碎石桩法等等，但以塑料排水板法和堆载预 压法的效果最佳根据经验推算，1 2 m 厚的淤泥层在5 m 填十高度的条科下，其1 0 0 年的 沉降量约】7 m ，当用塑料排水扳法且咀等边二角形布板时，若板距取1 8 m 时，只需1 0 个 j e j ；相距为i 2 米仅需4 个月就能完成同样的沉降量。 ( 2 ) 含水量大的粘性士 对f 含水量高、空隙比较火且岔有机物质的粘性土可进行换士处理。换士的厚度视粘 性十层厚度而定。对于一般粘性十，可进行开挖翻晒。当填十的厚度不大于4 m 时，开挖 深度取0 6 m ：填士深度更大时开挖深度可大于i r 丌，如图1 1 所示，土翮晒到最佳含水 量时，再回填压实。删填的上层须留出6 0 e r a 的厚度用石灰十- 添实。如遇雨季不能晒干时， 则全部用石驮土。在路基底下有了这一层打灰l 后，便形成了一个渐变带，可以避免沉降 的突变。 ! 查些苎些查堂竺! 兰竺鲨苎一 搭板 基层 、沥青混凝土 埋板 ，7 踊躐豁遥整强蹿缀毽强灏窭零测 i 磁荔z ：势力；乏；z 形冽 | 底基层石灰| ：路基透水性材料j ： 石灰i 一 吲填亿翻硒士、 i 4 2 路基处理【7 i 图1 1 ( i ) 填料选择 首先选择强度高、容易压实、透水性好的材料如卵砾石、碎石、中砂以及强度较 高的工业废渣等。填料级配得当，沿纵向的填筑长度在基底处不少于2 m ，并按l ：1 设置 或斜坡或台阶，保证在顶面的填筑长度与搭板长度相对应。 ( 2 ) 设置横向排水管或盲沟 在基底处填筑横坡为3 纠的粘土拱，并进行夯实，然后在士拱上挖一条双向放坡 的泄水沟，如图l 一2 所示。泄水沟断面尺寸一般可取( 4 卜6 0 ) c m + ( 3 0 - 5 0 ) e m ，然后在 桥台背后全范围内铺层隔水材料。再在泄水沟内四周铺有小孔的硬塑料管，管径不小于 1 0 c m ，小孔孔径为5 c m ，布成梅花形，间距约i o c m 。然后在塑料管四周填筑透水性材料。 若采用盲沟时，则取消其中的塑料管，而采用火粒径的碎干i 填筑泄水沟并用士1 二布包裹盲 沟的出口。 泄水沟司韵 图卜一2 ( 3 ) 用强夯处理桥头路堤 对于台背不易被压路机碾压的“死角”，可采用强夯的处理方法。强夯机采用l o o k n 夯锤，提升高度一般为卜8 m ，即夯击能量为6 0 0 - - 8 0 0 k n m ，夯击面积为3 5 m 2 。夯击影 一 兰堕堕重量竺竺塑堡! ：! 堕堕壁竺里塑翌墨坌塑三 响深度为5 - - 1 0 m ，对于台背和耳墙附近，则应减少夯锤提升高度至2 _ 3 m 剪增加锤击次数t 以免伤害桥台。 i 4 3 桥头设置过渡段【3 在路堤和桥涵结构物的连接段上，考虑结构的差异设置一定长度的过渡段。根据具 体情况和所采用的措施，过渡段可虬分为两种： ( 1 )路面类型过渡 桥梁两端路堤的施工，赴定民度范网( 该| 王度可以考虑与路堤高度成比例) 内铺醴 过渡性路面。待路堤沉降基本完成以后改铺原垃计的路面，这种措施对水泥混凝土比较适 台。 ( 2 ) 搭板过渡 殴置搭扳可以使在柔性结构物路段产生的较大沉降通过搭扳逐渐过渡至桥涵上，车辆 行驶时就不至产生较大的跳跃。目前设计的措板，从3 m 至8 m 不等。搭板的使_ _ 在一定时 间内效果尚好，t 日是在路堤一侧搭板搁置在路面及基层上或特制的枕粱上，基层或枕粱的 沉陷可能在该处形成凹陷，还有导致搭板滑落的。鉴于此。施工时还需进行特别加在搭板 的端部设置宽0 4 m 、深达1 m 的水泥稳定沙砾大枕粱。这样使用效果最好。 此外，为了防止形成桥涵端部路堤的沉降台阶，防治桥头跳车，除了对路堤的设计、施 工予以改善以外，还要加强管理，提高路基碾压质量。 1 5 国内外研究 1 s 1 国外研究 2 8 1 0 9 1 3 0 】p 1 1 p 2 心 第二次世界大战后，资本主义国家经济迅速发展，随着资本。l 业的发展交通量不断 增长，各国相继修建高速公路。w 此桥头路堤沉陷也就成了汁多国家研究的问题。1 9 6 4 年 美国肯塔基州公路局对已建桥梁进行实地测量，调奇包括7 8 2 摩桥头引道，其中5 1 需要 某种形式的养护，有些结构在1 9 6 4 年渊商时，才完i 不到2 年，这说明必须要采取切实有 效的方法来改善沉陷问题。 日本从1 9 6 7 1 9 8 9 年对软十邻近桥粱等构造物处理后的 后沉降量作出详细规定， 从虽初5 c m - - l o c m 发展到i o c m - - 3 0 c m 。 最新的日本高等级公路靛计规范己不考虑允许i 后沉降重点放在填方稳定分析 上。原联邦德国交通部颁布的软士地基上道路建设规池对预压的规定为；琐压荷载的 高度及作用时间必须保证：在道路运营期由于堤身自重及彳亍下荷载作用，以不引起地基1 ： 的初期荷载为限，即要求预压期末地基土中任一点处，固结后达到的空隙比所对麻的当量 应力，不能被运营期该点的有效应力所突破。此固结在这种预压处理后可以忽略不计。 由美国国家公路合作研究计划委员会、国家公路运输联合会、联邦公路管理委员会以 及国家研究委员会联合资助的桥头跳车研究，在查阅r 现有的有关文献( 其中包括从4 8 个 州的7 2 名公路工程师收回的调查表) 后向 们揭示了引起桥头跳车的原因有：填料压实不 够；路堤下天然土基的沉降：施i 方法不当：交通负荷大；排水不畅；填筑材料选择不当 冲刷造成填十流失；接缝质量差：气温的循环变化锛。另外，研究还向人们揭j j 预防桥头 跳车采用的措施：修建足够长度及强度的桥头搭扳；充分压宴填筑材料或使填筑材料处r 稳定状态：选用恰当的填筑材料；保持排水通畅：修建低路堤；土方填筑与路面铺筑1 、日】有 充分的时间间隔：采j 丑正确的施【方法及严格的检验：减轻交通负荷荧国学者指出：路 面的容许总沉降不仵规定，但对于桥头引道，通常规定为1 2 7 2 5 4 c m 。一条公路的i ：后 6东北林业大学硕 学位论文 沉降为3 0 6 0 c m 通常是允许的，此沉降适用于柔性路面，即便是对丁刚性路面，经受3 0 - - 6 0 c m 的沉降也没有发生损坏和不适合行车的不平整性。由于差异沉降而引起的桥头引道 处沉降的坡度变化为17 o g 是允许的。 1 5 2 国内研究2 1 1 1 2 2 】2 4 1 我国从八十年代开始发展高速公路，汽车的数量也是从八十年代末开始迅速增加的。 在此之前，由于公路等级低，汽车数量少，人们对桥头跳车问题很少问津。当初投入运营 的高速公路、高等级公路桥头跳车凸显时，桥头跳_ 乍的治理和防治问题开始引起道路工作 者的重视。九十年代末关于桥头跳车方面的研究力度增大，这使得治理桥头跳车的经验 得到积累，理论水平有所提高。其中不乏一些成功实例，如宁波外环线环城西路某桥梁。 该桥与路线正交，原设计桥头两侧采用5 m 钢筋混凝搭板，一端置于桥台盖梁，另 一端搁置路基枕梁与水泥路面相接的处理方法，但效果不理想，仍存在跳车。为此先后考 虑采用以下方案补救。 a 、预设枕粱处计算沉降量，抬高枕梁施工标高，以待其下沉回复但竣工运营一年未 能如愿。分析在于沉陷数据计算难于与施工实际中质量控制因素相吻合。 b 、拟在枕梁下预设安放千斤顶的空间。搭板按设计标高施工，待其完成后在日后沉陷 将千斤顶至入枕梁下的预留空间定期填塞，使梁恢复到预留标高，如此实施难度较大，且 预处理后的路面平整度较差。 c 、仍按设计标高完成搭板施工，在其上铺筑沥青面层，如此如日后沉降，只需加铺沥 青混凝土或沥青砂，简单易行，利于养护，收到了较好的效果。 关于工后沉降值的研究，重庆公路科研所等单位在天津新港地区软土地基上修筑的公 路路堤的试验报告中指出：对于高等级公路路堤铺筑路面2 0 年内容许工后沉降值为3 0 一 5 0 c m ，连接梁等人工构造物的路堤容许工后沉降值为1 0 一2 0 c m 为宜，这一段长度，根据 桥头路堤纵坡情况，可设5 0 - - l o o c m ，与路堤相接处桥台可增设搭板，以减少沉降的错落 影响。对于中低级公路，其软基加固主要靠路基稳定要求，路堤中心容许沉降值不作规定 留在使用中进一步观测并通过养护以纠正其残余影响。 沪嘉高速公路试验研究指出：沪嘉高速公路在桥台处设搭板，邻进桥梁构造物容许工 后沉降值为1 0 e r a ，并在5 0 m 的范围内逐渐过渡剑容许l 后沉降值为3 0 c m ，其横向坡度 沉降差为4 。正常路段允许工后沉降取3 0 c m ，其横向坡度沉降著为4 8 ，尚属恰当。 从上述介绍情况来看，美国、日本、德国对于桥头跳车现象发现较早，投入研究也比 较大。这与他们的经济发展水平有关，德国修建了世界第一条高速公路，美国的高速公路 里程最长，日本经济发达且国土面积小，而我国经济比较落后，所以研究比较晚。无论国 内、国外，研究人员都对跳车原因进行了比较详尽的分析，同时也采用了一些措施，但都 没有一套非常成型的方法，只是制定了一些标准，对跳车进行了一些技术分析而对经济评 估研究较少。因此有必要对桥头跳车进行深入的效果分析。既要从技术上解决，又要从经 济上分析。本文从长( 春) 一( 扶) 余高速公路的具体实例出发，寻求一条技术可行、经 济合理的有效措施。 量堡垦壹竺堡竺些塑苎些塑塑堕竺堡竺塑墨竺堑一三 2 季冻区处理桥头跳车的常用方法 2 1 采用桥头搭板的处理方案 2 1 1 工作原理 桥涵与桥头引道是两个刚度差异很大的结构物，桥涵是剐性结构物，而桥头引道是柔 性结构物。正是由于这种刚度 = 的差异导致了差异沉降。桥头搭板的作用便是采h j 一端支 承在桥台背墙的牛腿上，而另一端搁置于路堤上并与路堤一起沉降来平顺过渡桥头引道的 沉降凹槽，以此来消除桥头沉降的突变使坡度得到一定缓和，从而保证行车顺畅。如图 2 一l 桥头搭板作为一种特殊的“过渡结构”来保证桥头结合部位的沉降过渡和刚度过渡。 即沉降结束后，搭板仍是从柔性路堤向刚性桥台的一种过渡结构，故席满足强度和刚度的 饕求。 原路面 。= 二= 。3 ：广，7 l 。r 沉降后路面 ，1 一上一l 一 未设搭扳 2 1 2 措扳类型 设置措板 桥头搭板 1 单段式搭板 单段式搭板是指台背只设置一段长的搭扳板的近台端搁置在背墙顺面或从它外伸的牛 腿上，板的近台端则根据支撑方式分为： ( 1 ) 置枕粱 枕梁甩来传递搭板上的部分荷载丁地基之上，同时能增加搭板的横向抗弯剐度。通常 枕粱置于搭板远台端下面。如图2 2 。但有时因为搭板较长，可将枕粱向台背方向作适当 的移动形成悬臂状态。如图卜3 。这样做既可以减小搭板厚度，还可以使路堤与搭扳之 间得至较好的过渡。 ( 2 ) 不设置枕粱 当不设置枕就梁时，通常是将搭板的远台端增厚1 5 c m 左右。如图2 4 。搭板下面铺 设1 2 e r a 的2 0 号索馄凝土和2 0 c m 厚的碎石垫层，然后在它上面铺筑1 9 m 的沥青混台料 面层。 ! 查韭苎些查兰堡主兰竺堡墨一一一一一一 ， 路面 、堕堡 ，7 、牛腿 枕粱 a 图2 2 ， _ 二二 二二_ = ： l： l _ 料 ， 一1 0 r 1 号素混凝土1 2 碎石垫层2 0 季橡区高等级公路桥头路堤沉降处置眙效果分析 9 2 ，多段式搭板 当搭扳的设讨长度超过8 一l o m 时，宜将搭板设计成多段式的，并在扳端间的接头f 面设置枕粱，这样做可以使板厚碱小，沉降平顺。国内目前采用两段式搭板较多，个别地 方有采用三段的。按照板段间的连接方式又分为： 耵设假铰的多段式搭板。 假铰的做法就是将板段的分界截面上下开一浅槽，其间塞填缝材料，并用交叉钢筋或短 制筋拉杆穿过未被截断的截面c 图2 5 、6 ) 。假铰的下面一般设置枕粱，但也有不设置的。 b 1 带埋板的搭板。 参见图l 一1 ，在搭板的尾端加设一段浅埋的变厚度板，又称埋板，长约3 5 m 使路面 刚度向路堤方向渐变。大大改善了二次跳车的现象。 此外搭板宜采用整体现浇方式国内虽有采用预制的结构，其优点是施工速度快易 _ 维修，但安装时与路基结合不稳定，整体工作性能差，且易产生纵向裂缝，因此，难以 推厂。 1 一p 一 图2 5 = 二二 二二二_ 。一。：。 - _ 二一_ 二二二 一 | k 一三一 一一 二夕 一1 t f fi 一l 1 ，_ _ 图2 6 2 2 采用浅处理的处理方案 对地基土质t 程性质较差如处于软塑状态韵，或有很薄淤泥土夹层的，一般粟用砂垫层 砂垫层一般为o 5 m 和1 o m 两种。往地基顶面铺设排水砂层，以增加排水面，使地基在填 士荷载作用f 加速排水固结，提高其强度，满足稳定性的要求。排水砂层对于基底应力的 分布和沉降量的大小无显著的影响，但可以加速沉降的发展，缩短固结过程。 ：丁凶 一 ! ! 查韭苎些盔堂堡主兰垡堡塞一 砂垫层适用范围为：路堤高度小于极限高度的2 0 倍以内，软十层不厚或虽厚但有良 好排水条件，且砂源丰富、工期不紧的情况。 砂( 砾) 垫层材料宣采用洁净中、粗砂，含泥量5 ，并将其中植物、杂质除尽；也 可采用天然级配砂砾料，最大粒径不应大于5 c m ，砾石强度不低于四级( 目口洛杉矶法磨耗 率小于6 0 ) 。砂垫层施工中，对砂砾适当洒水，分层压实，压实厚度宜为1 5 2 0 c m 。如 采用砂砾石，应无粗细料分离现象，且砂垫层应宽出路基坡角o 5 1 m ，两端以片石护砌 或其他方式防护，以免砂料流失。 当在砂垫层上填筑路基时，路基填筑速度应合理安排，使加荷速率与地基承载力增加 ( 排水固结) 的速率相适应，以保证地基在路堤填筑过程中不发生破坏。通常可以利用埋 设在路堤中线的地面沉降板以及布置在路堤坡角处的位移桩进行及时观测，随时掌握地基 在路堤填筑过程中的变形情况和发展趋势，借以判断地基是否稳定，控制填土的速度。根 据经验，一般情况下水平位移每天不超过1 o c m ，垂直位移每天不超过1 5 c m ，地基便可保 持稳定。 2 3 采用粉喷桩的处理方案 8 1 2 8 1 2 3 1 粉体搅拌桩复合地基的加固机理和设计 复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强或被置换，或在天然地基 中设置加筋材料，加固区是由基体( 天然地基土体) 和增强体两部分组成的人工地基。加 固区整体被看成是非均匀的、各向异性的。根据地基中增强体的方向又可分为水平方向增 强体复合地基和竖向增强体复合地基。竖向增强体习惯上称为桩，有时也叫柱。竖向增强 体复合地基通常简称为复合地基。 复合地基作为一种行之有效的手段已在工业与民用建筑的地基处理中得到广泛应用。 8 0 年代以来，随着中国沿海软土地区高等级公路建设的发展，复合地基技术被推广引用于 公路软基处理。然而，复合地基计算理论的发展还远远落后于工程实践，特别是对于柔性 基础下复合地基的理论分析，目前所进行的研究甚少。 复合地基技术最早是从工用与民用建筑的地基处理实践中发展起来的，所以，现有的 复合地基理论分析方法都是针对刚性基础建立的。但是。近来的工程实践表明，当土基与 桩体的模量相差较大时，在刚性基础与复合地基之间铺设定厚度的柔性过渡层，能很好 地改普基础的受力状况，并充分发挥桩侧土基魄承载潜力。类似情况也出现在公路建设中， 即采用粉喷桩等半刚性桩对桥涵两侧路堤软基进行处理。对f 此类柔性的或相对刚度不很 大的基础，与刚性基础比较，其相应的变形与稳定性分析方法也应有所不同。 通常根据成桩的性质，将桩体复合地基分为三类：一类是散体材料复合地基，如碎石 桩、砂桩等形成的复合地基，散体材料只有依靠周围的土体的围箍作用才能形成桩体。第 二类是半刚性桩( 或称为柔性桩) 复合地基，如深层搅拌桩、旋喷桩等形成的复合地基。 半刚性桩与刚性桩的桩体刚度相差较大，故两者的荷载传递特征有明显区别。第三类是刚 性复合地基，如小桩复合地基、疏桩复合地基等。 2 3 2 桩体复合地基变形与稳定性计算 复合地基由于桩体的作用，大大地约束了地基土的僻向变形，所以，桩体复合地基中 地基士的变形较接近一维压缩的情况。对于刚性基础下的桩体复合地基，每个桩体具有一 定的加固范围即等效单元体，故外侧表面摩擦力可略去。桩体的径向变形与轴向变形相 季冻区高等级公路桥头路堤优降处置的效果分析 比非常小，可不考虑，故等效单元体的桩体与桩侧土体之面积比驴a 一a s 为一定值。在等效 单元体的顶面处，桩与基土的位移相等：在桩体与基土的侧面接处，桩土位移基本协调， 桩侧两受到土体的摩阻力作用。 柔性基础下的半刚性桩复合地基，与刚性摹础下的情况相比，主要不同点在于部分桩体 将剌入基础中。所以，桩侧基土会产生位移；在等效单元体的一定深度处会出现桩与基十 的等沉面。等沉面以下桩体相对与基土向f 移动，故基士对桩体产生正摩阻力。 2 3 3 桩伴复合地基变形与稳定1 牛计算 桩体在等沉降面处的应山最人。所以，从桩体的强度设计来讲应满足下式： p 印，n + j w l 盯风3 箐靠产。一一 。一 。上 r， 一 毪 ：! 堡坚! 鱼竺堡竺些堑苎堕生塑璺丝竖型生塑墨鱼塑二笙 罂枭沉紧靛蒿蒋舞糍鬻嚣糍象高躞瑶器盎絮徽蠡墨 有余。存图上同时画山不经处理的轵土地基的自然沉降曲线，由圈“j m ，朋兼田强琏瑚腹 展而接近。 。 j 直# 高度( m 3nf 1 计7 i d 丁f 可t 5 乏it _ t 盯j j ； 百概脚( 年) 2 【1自然i t t 蛙 4 ( ) 砂桃间i t i l _ s 1 自m 1 0 图3 5 一般认为公路施工期间，当沉降量小于0 i m m 时即为趋丁- 稳定。由表2 2 可见， 大部分测孔磁环的沉降已趋于稳定。其中a 一管布设得比较浅其深度仅为4 6 7 m 。根据该 桩位的设计标高，约刚穿透路基填土到达地基下不大的深度( 钻孔时填高尚未到达设计标 高) 。这个测孔在布设导管钻孔时根难下钻，估计是基坑回填时填筑了卵砾白。孔浅囚此导 管就较短，磁环也少。靠近基坑填筑的砾石虽经捣实，但其位置仍可能在后续的施工作业， 如压实和振动时产生微小的错动，所以导管及布设的磁环在一段时间内就不如其他的导管 和磁环处于稳定的状态，其沉降值也变动较大。而c 孔位于路肩上，在后来旌工培筑路肩 安歧路缘石时，连沉降仪导管中都进入了不少水，估计沉降值较大与此有关。至于在来冻 季节，偶而个别测孔有很小的负测值，与测设时刮大风，扬砂十测定误差有关。 0 号磁环是2 0 0 0 年5 月初安设的，在7 个月的测定中，它的沉降值已经比较小，而趋 向稳定其累计沉降值占总沉降值f ；l 勺约1 8 叫l ，平均3 2 ，也能说明这一趋势。 与c ，孔( 第2 磁环) 相比，其它测孔( 磁环) 的沉降值要略小些，但是该点给出的 沉降一时间曲线基本规律与图3 点的相似，已渐趋稳定。当然，随着后续施l 一的继续进行， 以及竣1 ：_ f 舌车辆荷载的作用，沉降还会在一段时问内缓慢发展。 3 1 4 5 桥台的沉臀及其影响 差异沉降是曲个结构物不同数值的沉降差。尽管采用桩基的桥涵结构物沉降值1 。分小 但还是会发生的。自试验啦来，对k 6 3 + 1 4 8 通道涵结构物进彳jr 三次精密水准测量。截i r 到2 0 0 1 年3 月底测得该通道涵一r 沉了7 1 m m ，2 0 0 1 年1 0 月叉测得2 o m m 的沉降，总计产 生了9 1 m m 的沉降这一沉降值只占引道路堤沉降值的4 0 8 8 8 3 ，平均6 4 6 ，是很小 的。可以认为，对桩基础的桥涵结构物，差异沉降基本是由引道路基自向的沉降构成的。 从第2 次到第3 次精密水准观测，在1 9 4 - 天内，f 生2 o m m 沉降，平均0 o l m m d 可咀 认为已十分稳定。 在对测孔导管进行水准测量时。有时以通道涵高程作为基准。均排除了结构物沉降的 影响。 从各孔实测沉降值来看，除了c 3 管稍人一些以外，各磁环的累积沉降值大体接近，其 值在0 1 0 0 - 4 ) 1 8 0 c m 之间，说明各个厚度的土层其沉降差别不明显。路基填土的沉降总体 上是均匀的只有局部不均匀。 堑 查! ! 笪些查兰竺j 二兰j 生羔l 苎一 鼯的在富勰挚鐾齿銎誓善囊篓釜鼗瓮燃墓藉翥毙翥笺姿妻笼慧琵景要 设的。虽然由于其位置距离砂桩较近，但其沉降值还是相对兵。e 制扎墨大，也思怦上件巩 了减密砂桩沉降梯次减小的作用。 综观用减密砂桩处理软土地基的效果，可以得出如f 认识： i ( 1 ) 引遭路堤沉降值已完成o1 2 9 0 1 4 6 m ，平均o1 3 8 m 。本试验段布设测试仪器时，填 士已达3 3 3 9 m ，已经产生了一定的沉降。试验显示，路基和基底在施工早期的沉 降值发展得比较快，而中后期的沉降逐渐趋小；同时填士荷载是逐渐加载的，即开 始时荷载较小，考虑路基填土是1 9 9 9 年秋开始填筑，根据沉降随时间发展的测定数 据的统计和推算，其初期的沉降约为6 8 c m 。由此，沉降己完成约0 1 8 9 , - 4 ) 2 2 6 m ， 平均0 2 0 8 m 。按减密砂桩处理的地基最终沉降量为l 2 ( 0 2 4 8 6 + 0 2 5 7 9 ) 2 0 2 5 3 3 m 计算，则沉降完成率约可达7 5 8 9 。 ( 2 ) 根据2 0 0 1 年1 1 、1 2 两月的测定数值，除个别测孔由于一些原因较大以外，月平均 沉降值约为l , - - 4 m m 。考虑本公路离竣工通车的时间，还能完成一定的沉降量，估计 通车后约1 年达到设计预计的固结度是可能的。 ( 3 ) 对沉降沿公路纵断变化的分析说明，其沉降数值及固结的时间都显示了逐渐加大、 延长的趋势，起到了过渡的作用。 3 1 2 6 冰冻对桥头路堤沉降的影响 1 冰冻作用对桥头引道路基的影响 长余高速公路位于季节重冰冻地区，冬天气温低。2 0 0 0 年- - - 2 0 0 1 年的最低气温已接近 - 4 0 c 。而且冰冻期从1 1 月开始至翌年3 、4 月，长达5 个月以上，冰冻深度可达2 o m 左 右。对于用细颗粒土填筑的路基，在冬天负温度的作用下，会产生冻胀现象。 桥涵结构物的引道路堤，很多是处于靠近水甚至被水淹没的环境，或者地势低易受地 面水和地下水的影响。因此，其受冰冻的影响要更严重一些，考虑桥头路堤受冻胀的影响 并采取相应的措施是十分必要的。 2 试验路寒冷季节沉降测定及其分析 2 0 0 0 年2 0 0 1 年的冬天对试验路段各测孔坚持了沉降测量，由于测量十分困难所在地 只获得了有限的数据。 表3 8 和表3 9 分别给出了1 2 月2 3 日和1 1 月1 2 日两次测定导管顶面的高差数值 和两次测定各测孔每个磁环的沉降观测差异值。 孔位 a la 2a 4b lb 2b 3b 4c ic 2c 3c 4d 2 i 高程差- 0 0 1 90 0 20 0 2 5 00 0 10 0 1 40 0 1 9- 0 0 2 7 ，- 0 0 1 50 0 900 2 200 1 4 注：负值说明1 2 月2 3 日测定时管项标高提高了，正值则相反 单位为i l l 。 沉降仪磁环读数差( m ) 表3 母 谈 a ia 2a 4b lb 2b 3b 4c 1c 2c 3c 4d 2 0 0 0 40 0 0 30 0 0 00 0 0 30 0 0 30 0 0 3 00 0 0，0 0 0 7- 0 0 0 500 0 200 0 0 l 0 0 0 7- 0 0 0 3o 30 0 0 00 0 0 20 0 0 50 0 0 3 ，0 0 0 3- 0 0 0 2n 0 0 10 0 0 0 2 一 幸冻砰高等级公路桥头路堤沉降处置的敏果舒析 27 _ 二一 注：( j ) 正值表明1 2 月2 3 臼测定的读数比1 1 月】2 日的大，负的则相反： ( 萄单何为m 。 ：蓦虑2 0 0 0 年1 2 月2 3 日与1 1 月1 2 日两次测试问隔时间不长，通道涵桥台不发生沉阡： 。j _ 认为对来被损坏的爵管其顶面标商席不发字变化。南丁1 2 月2 3 日已进入严争季节t 路 基上层填士会冻结产t 冻胀，从而使导管产生“冻拔”现象。公路所在地区的最大冻深为 1 7 2 1 m ( 一般路基冻深还耍太一些) ，这样安设在靠近路基顶面的磁环也就可能随土基冻 结而被抬升，而下层的磁环就不会产生这一现象。即在j b 方寒冷地区。冻胀可能使土层“变 厚”，r 面磁环的沉降量大r 上面磁环的沉降景。 由丁_ 导管垛拔，磁环的抬升j 否，沉降测试就现r 如f 几种情况： ( 1 ) 导管放冻拔，当磁环未被土基冻胀抬升丽有止常沉降时，则沉降观测差异值应为止： ( 2 )导管被冻拔，当磁环被土基冻胀抬升时视抬升值大小，当很小时此值也应为： 抬升较大时则为负： ( 3 )导管未冻拔，当磁环被土基冻胀抬升时此值应为负： ( 4 )导管未冻拔，当磁环也未被土基冻胀抬升而有正常沉降时此僮应为正。 根据前述的沉降值修正计算公式，当导管的冻拔值较大时，计算的测孔磁环沉降值就 得出负值。从1 2 月2 3 日的测定数值来看，该值人部分为负。由表3 一哥a b 一、c 4 三根 导管的冻拔量都大于o0 2 m ，这是因为这3 个测孔均位于路基靠西北方向的路肩上，其吸 收的冷量和冻拔量都应该比较大。 严寒时产生的分层沉降仪导管的冻拔现象，部分磁环由于上层路基土被冰冻而形成的 冻胀抬升随着春天温度的上升以及上面结构层的铺筑而逐渐恢复。 到2 0 0 1 年3 月1 日测定时除a 1 、b 1 两管尚余存l - - * 6 m m 的负沉降即冻胀以外其余 管均恢复为正沉降。磁环的沉降，除个别以外也部恢复为正沉降。 上述分析说明，高速公路桥头引道路堤在负温度作用下，普遍发生冻胀，其值在 0 0 1 4 - - , 0 0 2 7 m 。根据对长平高速公路的观测，其冻胀值从几个毫米到3 2 毫米，平均为 1 5 1 6 r a m ，其规律是1 样的。由于施工等原因，冻胀呈不均匀分布。冻胀形成台阶对通 车产生了影响同时，反复的冻融能加剧路堤与结构物连接部位即台阶处的损环，产生博 裂和裂缝以及渗水损坏的循环。冈此，应挖至使引道路堤的冻胀尽量地小，改善行车条件， 延k 道路使用寿命。 3 2 经济分析及评估 3 2 1 从交通延迟方面分析评估 高等级公路为伞封闭交通除了没置一定数量过水结构物外，还须设置相当的立体交 叉。因而其挢跨结构物数量远非低等级公路相比。由于桥台路堤沉降使众多结构物沿路 线形成许多高低不同的拼头台阶，使车辆不可能在全线或某一区段高速行驶。汽车遇到台 阶，一般要提前1 5 0 - - 2 0 0 m 减速，驶过后，还要在大约相同的距离加速，以恢复正常千_ 驶 速度。这样就造成了很大的交通延迟损失。高等级公路的行驶速度般为6 0 - - 1 2 0 k m j h ， 当车辆遇到桥涵结构物时车速一般降到4 0 - - 5 0 k m h 。而高等级公路桥涵结构物密度一般 为05 2 k m 、盘置一个桥涵。延迟的时阃计算公式： 矿l2 一矿2 2 = 2 a s ( 3 6 ) t ：2 t ：坚堡( 3 7 ) d v - 遇到结构物前的速度 堡 查韭竺些查竺生二二兰_ 壁堡。鉴一 v ，一遇到结构物后的速度 s 一减速距离 a 一加速度 t一延迟总时间f 。 t一延迟时间 现以长余高速公路为例，长余高速公路全长1 4 3 5 k m ，全线设特大桥1 座、大桥2 座、 中桥j 座、小桥1 2 座、涵洞6 7 座、通道9 6 座，共计1 8 1 座构造物可导致跳车，本文假设 有5 、2 0 和全部的桥涵构造物可导致跳午，行车速度取1 2 0 k m s ，当遇到台阶后行车速 度减至4 0 k m s ，减速距离取1 5 0 m 。 矿2 一矿2矿一n 由公式求得a = l l 二l = 3 3 m st = 2 t l - l = = 1 3 5 s ( 1 ) 若有5 的桥涵构造物导致跳车时，汽车通过全线须1 8 l + 5 + 1 3 5 = 1 2 2 2 s = 2 分钟 ( 2 ) 若有2 0 的桥涵构造物导致跳车时。汽车通过全线须1 8 l + 2 0 + 1 3 5 = 4 8 8 7 s = 8 1 分钟 ( 3 ) 若全部的桥涵构造物发生跳车时