（水利工程专业论文）桥头跳车病害防治技术研究.pdf

山东大学工程硕士学位论文 摘要 桥头跳车是由于构造物与台背路堤不均匀沉降引起的，是高速公路“八大” 通病之一，如何减轻或者消除桥头跳车，己成为高速公路建设中亟待解决的课题。 本论文结合潍( 潍坊) 胶( 胶州) 路潍河特大桥工程项目的台背处治，在查 阅了大量国内外文献资料的基础上，对桥头跳车的病害成因及其机理进行了分析 和研究，基于能量守恒原理，建立了路桥过渡段结构的合理力学模型，推导了路 桥过渡段行车荷载的计算公式；对不均匀沉降的表现形式进行了归类，并对不均 匀沉降的控制进行了理论分析和研究，在此基础上，以舒适性和安全性为原则， 提出了不均匀沉降的控制标准；分析研究了桥头搭板的结构构造，运用弹性地基 理论对路桥过渡段搭板进行了分析计算，从而得到了桥头搭板的配筋计算及方法。 根据以上分析研究和计算，结合国内外桥头跳车的常规处理方法，本文分别 从地基处治、台背路堤处治、路面处治以及排水措施等方面研究了桥头跳车综合 防治技术，提出了换填法、强夯法、水泥粉煤灰碎石桩法和排水固结法等地基处 治方法；土工格栅法、强夯法和二灰混合料回填法等台背路堤处治方法；设置桥 头塔板和采用过渡性路面等台背路面处治方法；并对台背排水提出了改进措施。 关键词：桥头跳车；地基；台背路堤；不均匀沉降；综合防治 山东大学工程硕士学位论文 n d s t r a c t a b u t m e n tb u m pi sg e n e r a t e db yt h en o n - u n i f o r ms e t t l e m e n tb e t w e e ns t r u c t u r ea n d e m b a n k m e n to fb e h i n da b u t m e n t a n di t so n eo ft h ee i g h tm a i nc o m m o nf a u l t so f f r e e w a y s h o wt oa l l e v i a t eo re l i m i n a t ea b u t m e n tb u m ph a sb e e nad e s i d e r a t ep r o b l e m t ob es e t t l e di nf r e e w a yc o n s t r u c t i o n c o m b i n e dw i t ht h et r e a t m e n tt ob e h i n da b u t m e n ti nw e i j i a 0f r e e w a yp r o j e c t a n db a s e do n al a r g ea m o u n to fr e f e r e n c et ol i t e r a t u r e sa n dd a t aa th o m ea n da b r o a d t h i s p a p e ra n a l y s e sa n dr e s e a r c h e st h ec a u s e so ft h ed i s e a s eo fa b u t m e n tb u m pa n di t s m e c h a n i s m b a s e do nt h ee n e r g yc o n s e r v a t i o np r i n c i p l e i ts e t su par e a s o n a b l e m e c h a n i c a lm o d e lo ft r a n s i t i o ns e c t i o n sa tb r i d g e h e a da n dd e r i v e st h ec a l c u l a t i n g f o r m u l ao fd r i v i n ga n dl o a do ft r a n s i t i o ns e c t i o n sa tb r i d g e h e a d i ta l s oc l a s s i f i e st h e m a n i f e s t a t i o n so fn o n u n i f o r ms e t t l e m e n t a n a l y s e sa n dr e s e a r c h e st h ec o n t r o lt o n o n u n i f o r ms e t t l e m e n tt h e o r e t i c a l l y 0 nt h i sb a s e ，t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dt h e c o n t r o l l i n gs t a n d a r do fn o n u n i f o r ms e t t l e m e n to nt h ep r i n c i p l e so fc o m f o r ta n ds e c u r i t y a tt h es a m et i m e ，i ta n a l y s e st h es t r u c t u r eo fs e t t i n gb r i d g e h e a dp l a t e ，a n a l y s e sa n d c a l c u l a t e st h es e t t i n gb r i d g e h e a dp l a t eo ft r a n s i t i o ns e c t i o n sa tb r i d g e h e a db yu s i n gt h e t h e o r yo fe l a s t i cf o u n d a t i o n ，t h u st h er e i n f o r c e m e n tc a l c u l a t i o na n dm e t h o do fs e t t i n g b r i d g e h e a dp l a t ea r eo b t a i n e d b a s e do nt h ea b o v e 锄a l y s i sa n dc a l c u l a t i o na n dc o m b i n e dw i t ht h ec o n v e n t i o n a l t r e a t m e n tm e t h o d st oa b u t m e n tb u m pa th o m ea n da b r o a d ，t h i sp a p e rr e s e a r c h e s i n t e g r a t e dc o n t r o lt e c h n i q u e st oa b u t m e n tb u m pa tt h ea s p e c t so ff o u n d a t i o nt r e a t m e n t e m b a n k m e n ta n dp a v e m e n tt r e a t m e n to fb e h i n da b u t m e n ta n dd r a i n a g em e a s u r e s ，e t c a n dp u t sf o r w a r dt h ef o u n d a t i o nt r e a t m e n tm e a s u r e ss u c ha sr e p l a c e m e n tm e t h o d ， h e a v i l yr a m m i n gm e t h o da n dl i m e f l ya s hm i x e dg r a v e lp i l em e t h o d t h et r e a t m e n t m e a s u r e st oe m b a n k m e n to fb r i d g eb e h i n da b u t m e n ts u c ha sg e o g r i dm e t h o d ，h e a v i l y r a m m i n gm e t h o da n dl i m e f l ya s hm i x t u r er e p l a c e m e n tm e t h o da r ea l s op r e s e n t e d a n d t h et r e a t m e n tm e a s u r e st op a v e m e n to fb e h i n da b u t m e n ts u c ha ss e t t i n gb r i d g e h e a db u t t p l a t ea n du s eo ft r a n s i t i o n a lp a v e m e n ta r ep u tf o r w a r d 1 1 1 ei m p r o v i n gm e a s u r e st o d r a i n a g eo fb e h i n da b u t m e n ta r ep r e s e n t e d k e yw o r d s ：a b u t m e n tb u m p ： f o u n d a t i o n ；e m b a n k m e n to fb e h i n da b u t m e n t ； n o n u n i f o r ms e t t l e m e n t ；i n t e g r a t e dc o n t r o l 山东大学工程硕士学位论文 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：萎叠壁盘 日 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：芝邋导师签名：燃日 期： 山东大学工程硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 公路是国民经济的重要基础设施，它承担着经济建设繁重的运输任务。随着 我国国民经济的迅速发展，党中央国务院果断决策加快基础设施建设，扩大内需， 国内公路建设已达到空前的繁荣，尤其是高等级公路的大量兴建，其规模之巨大， 对新工艺、新技术、新设备的开发和引进之多前所未有。我国交通事业日新月异， 面临着高速发展的大好形势。以高速公路为代表的大批高等级公路的建成通车缩 短了地区之间的距离，促进了流通，极大地推动了各地区经济的发展，坚定了我 国大力发展高等级公路建设的决心。 随着公路等级的不断提高，桥梁、涵洞等公路构造物所占比重也越来越大。 据不完全统计，仅通道与涵洞而言，高等级公路平均约3 座公里。但从目前己投 入使用的高等级公路营运情况来看，存在一些不尽人意之处，尤其是在这些构造 物台背回填处普遍存在“桥头跳车”的现象。 所谓的“桥头跳车”，是指桥梁、涵洞等构造物本身及台背由于行车荷载和自 重的作用而继续沉降，通常构造物沉降与台背沉降不一致即产生不均匀沉降，致 使台背与构造物连接处的路面出现台阶，从而寻致高速行驶的车辆通过台背回填 处产生颠簸跳跃的现象。桥头跳车是目前公路建设中常见的通病之一，严重影响 了行车舒适性，降低了车辆的行驶速度和道路的通行能力，是道路交通安全的重 要隐患之一，损害了高等级公路建设的社会效益和经济效益。 “八五 以前，我国的公路建设以低等级公路为主，由于行车速度较低，桥 梁、涵洞等构造物少，桥头跳车现象并不突出。改革开放以来，我国的高等级公 路建设正以前所未有的速度迅猛发展，截至2 0 0 7 年底，国内己建成高速公路已突 破5 万公里。与此同时，我国的汽车工业也呈现出高档化、高速化的发展趋势。 由于高等级公路线型标准高，桥涵、通道等构造物较为密集，而路、桥的基础差 别很大，加上车辆行驶速度高，这样，高等级公路桥头跳车问题也就变得十分突 出。据国内有关部门调查，国内外的高速公路都在不同程度上存在着桥头跳车问 题，以我国情况较为突出。 因此，在大力发展高速公路的今天，如何有效地消除桥头跳车或将跳车减小 到最低程度，已成为高等级公路建设中亟待解决的问题。鉴于此，深入开展公路 桥头跳车防治技术的研究，提出既经济又能有效地防治公路构造物台背沉降的措 施，对最大限度减少甚至消除跳车现象， 适的要求，以及延长道路的使用寿命等， 1 2 国内外研究综述 满足高等级公路对行车高速、安全及舒 具有十分重要的现实意义。 桥头跳车问题己成为国内外公路工程界关注的重要课题之一。经过近几十年 l 山东大学工程硕士学位论文 的研究，目前世界各国公路界对于桥头跳车问题的认识基本形成了共识。为了消 除台阶，保持良好的路况，防止和解决桥头跳车，近年来，许多国家、地区和独 立研究机构从不同角度对此进行了一些有益的探讨和研究。现就国内外研究成果 及动态简述如下。 在设计方面，由美国国家公路合作研究计划委员会、国家公路及运输联合会、 联邦公路管理委员会及国家研究委员会运输研究理事会等四家管理和研究机构联 合资助的桥头跳车研究，在查阅了现有的有关文献( 其中包括从4 8 个州的7 2 位公 路工程师收回的调查表) 后，揭示了引起跳车的原因以及防治措施，但是并没有给 出明确具体的设计方法，只是笼统地建议对桥头跳车作为一个独立的设计问题， 并把预防其产生作为设计目标之一。国内不少公路工作者根据构造物台墙及台背 回填材料的特性，分析了台背处路面沉陷或断裂的原因，提出了台背回填“刚柔 过渡”设计观点，取得了一定的效果。 在预防措施方面，欧洲、北美及日本等已广泛应用土工格网处治高速公路桥 头跳车问题，我国近几年也开始对此进行一些理论研究和试验。另外，国内外比 较常见的桥头跳车处治方法还有桥头搭板法，搭板法在刚柔过渡方面起到了一定 的作用，但并没从根本上消除或减少台背回填与构造物台墙的塑性变形相对差， 它们都将随着台背回填一起下沉或转动。同时还有可能使跳车点从台背处转移到 搭板及其以外的路基接头处，也有可能在台背处与搭板和路基接头处两个地点同 时出现。 在回填材料方面，国内外相关研究报道较多的是在台背处填筑透水性材料， 如国内岚济线采用2 0 砂：8 0 碎石作台背回填材料；在我国沿海软土地区公路建 设中，曾使用粉煤灰等轻质材料来填筑台背路堤，但在高等级公路中还不能确定 粉煤灰压实体的强度和稳定性是否满足要求：湘来高速公路采用水泥粉煤灰碎石 桩处治台背填土，另外还有传统的碎石桩、粉喷桩等。其作用机理不外乎挤密填 土，提高台背填土密实度和刚度，这些在一定程度上的确缓解了桥头跳车的程度， 然而关于这些回填材料的技术经济指标还有待于进一步研究。 以上研究结论无疑对减少公路桥头跳车有一定的效果，对公路建设起到有益 的指导作用。但是上述种种措施只是在某种程度上缓解了桥头跳车现象，并没有 从根本上解决跳车问题。因而如何有效解决桥头跳车问题仍有待于进一步研究。 1 3 主要研究内容 桥头跳车成为公路建设与运营中普遍且复杂的问题，它涉及路堤沉降、引道 填筑材料、桥台及其基础类型、桥梁的结构型式、桥梁与路基工程接缝段的处理、 桥头搭板、路面以及施工方法等诸多因素的影响。导致台背与构造物产生不均匀 沉降的因素很多，如台背回填高度和回填材料强度、密实度、压缩性和刚度等。 2 山东大学工程硕士学位论文 由于台背回填处于路基与桥台结构相衔接处这个特殊位置，台墙所用材料与台背 回填材料在强度、密实度、压缩性和刚度等方面的差异都很大，一般来说，台背 回填的沉降量要比构造物台墙的沉降量要大，当两者沉降量相对差大到一定程度 时，路面出现沉降或断裂，在台背沉降或断裂处形成一定的高差，即出现台阶。 因此，本文结合潍( 潍坊) 胶( 胶州) 路潍河特大桥工程项目对台背处治， 围绕如何减小或者消除公路构造物与台背填土相对沉降差而开展的，主要研究内 容： 1 桥头跳车病害的成因及机理分析； 2 路桥过渡段行车荷载的计算； 3 不均匀沉降控制理论分析与计算； 4 桥头搭板结构构造及计算； 5 桥头跳车综合防治技术研究。 消除或缓解桥头跳车关键是减少不均匀沉降和延长沉降特征长度，减缓不均 匀沉降梯度，从而起到匀顺纵坡的目的。以潍( 潍坊) 胶( 胶州) 路潍河特大桥 工程项目对台背处理为例，分别通过对地基处治技术、台背路堤处治技术以及过 渡段路面处治技术等研究，提出综合防治技术，以期较好解决桥头跳车问题： ( 1 ) 地基处治技术研究； ( 2 ) 路桥过渡段路堤处治技术研究； ( 3 ) 路桥过渡段路面处治技术研究； ( 4 ) 排水措施的改进技术研究。 山东大学工程硕士学位论文 第二章桥头跳车病害的成因及机理分析 2 1 桥头跳车的危害 由于结构物与台背的不均匀沉降，致使路桥过渡段出现不同程度的台阶，从 而使路面平整度受损，严重影响了公路的使用功能，其危害性分述如下。 1 降低行车的速度 当车辆行至桥头搭板纵坡转折处，为防止车辆的剧烈冲击跳动，司机被迫刹 车减速，同时车辆颠簸、跳动也影响了行车驱动力的传递，引起车辆减速，降低 了道路的使用功能。车速降低幅度视桥面类型、台阶高度、车辆类型和行驶速度 而定。根据调查，不均匀沉降引起的台阶对车速的影响呈如下规律。 ( 1 ) 较小台阶高度对于车辆行驶速度影响不大，只有当台阶达到一定高度时， 对车速才有显著影响。台阶越大，特别是当达到4 c m 以上时，对车速影响很大。 ( 2 ) 车速损失与车辆的行驶速度有关。以较小的车速( 低于6 0 k m h ) 行驶时， 一般减速幅度较小；中速( 6 0 - - 8 0 k m h ) 行驶时减速幅度较大；而当以较高速度 ( 高于8 0 k m h ) 行驶时，减速幅度相对不大，但跳车比较严重，同时这与司机行 驶时看到台阶和做出反应有关。 ( 3 ) 台阶对不同类型车辆行驶的影响也不相同，如较高台阶对小汽车行驶的 影响较小，而载重车对台阶不如空车敏感。其次，司机的心理状态、对道路的熟 悉程度等都对通过台阶时速度的降低有不同程度的影响。 2 影响行车安全 由于车辆通过桥头搭板区域产生的冲击和颠簸，引起司乘人员的严重不适， 影响行车的舒适性，同时对驾驶人员产生相当不利的心理影响，严重时则会影响 其对车辆的正常操作，造成车辆失控，引起行车事故。在国内曾多次发生因桥头 跳车严重而造成的翻车事故。 3 增加车辆运营成本 因跳车而不得不在桥头频繁减速，以减轻汽车的颠簸，无论减速行驶还是颠 簸现象的发生，都对汽车机件造成不同程度的损坏和轮胎的磨耗；同时汽车行驶 速度的不稳定，无形中既浪费了燃料( 据汽车杂志有关资料表明，汽车经过 跳车点时，每制动减速一次，将平均增加油耗约6 0 m l 。) ，又增加了废气的排放： 另外，还增加了车辆的行驶时间。因此，桥头跳车的出现，提高了车辆的运营成 本。而车辆通过桥头时产生的跳动和冲击，也加剧了车辆机件、轮胎的等的磨损， 降低了车辆的使用寿命。 4 增加养护费用 台阶的存在使得车辆通过桥头时产生跳动和冲击，从而对桥梁和道路产生附 加的冲击荷载，加速了桥台、桥头搭板、支座及伸缩缝的损坏，特别是支座和伸 4 山东大学工程硕士学位论文 缩缝的破坏。为了维持良好的使用状况，对路桥过渡段出现的台阶要进行及时的 维修与养护。不断的维修养护不仅花费了大量的人力、物力和财力，而且也产生 了不良的社会影响。 国内外资料表明，因桥头跳车而增加的道路维修费用大得惊人。如美国大约 2 5 的桥涵( 约1 5 0 0 0 0 座桥涵、通道等构造物) 受到桥头跳车的影响，全国每年 为此花费的维修费用预计高达l 亿美元以上。同样，我国在桥头跳车的维修治理 方面耗资巨大，若按湖北武汉一宜昌高速公路统计推算，全国高速公路年均维修 治理过渡段的费用至少在l 亿元以上。 由此可见，桥头跳车病害的发生使高等级公路不能达到高效运营、安全行驶、 节省投资及舒适乘车的目的，在很大程度上降低了高等级公路的服务水平，损害 了公路使用者的效益，从而严重影响了高等级公路的经济效益和社会效益。因此， 防治桥头跳车病害势在必行。 2 2 桥头跳车的成因 由美国国家公路合作研究计划委员会、国家公路及运输联合会、联邦公路管 理委员会，以及国家研究委员会运输研究理事会等四家管理和研究机构联合资助 的桥头跳车研究，揭示了引起跳车的原因有：填料压实不够、路堤下天然地基的 沉降、施工方法不当、交通负荷大、排水不畅、填筑材料选择不当、冲刷造成填 土流失、接缝质量差和气温的循环变化等。而美国俄亥俄州运输局对台后沉降问 题的研究结果是：当桥台基础为扩大基础时，其中9 0 的桥台沉降量 4 5 。后，随 斜度9 的增大趋于减小。 ( 5 ) 在恒载和活载作用下，斜交桥头搭板的近台钝角处会产生垂直于钝角二 等分线的负弯矩，其值斜度缈的增大而增大；当活载作用于远台锐角的角隅时，该 角隅项面会产生很大的弯拉应力，造成板顶开裂甚至破坏，应引起注意。 ( 6 ) 斜交桥头搭板桥台支承反力很不均匀，但基本呈现由锐角端向钝角端递 增的趋势。 ( 7 ) 在斜交桥头搭板的纵向，荷载在板中沿垂直于支承边方向传递，在板边 则沿平行于板边方向传递；在横向，荷载沿介于支承边与自由边之间的方向传递。 6 影响搭板受力的因素分析 ( 1 ) 斜度够对斜交搭板a b 边最大弯矩的影响 为了清晰了解搭板的受力情况，以图5 8 为例进行分析( 缈= 3 0 。，搭板长a = 6 m ， 4 3 山东大学工程硕士学位论文 搭板宽b = ll m ，厚h = 0 3 4 m ，地基反应模量k = 1 4 0 0 0 0 k n m 3 ，脱空区长度三印= 3 m ， 用一辆汽超2 0 重车作用于最不利位置) 。以图5 - 9 所示网络为加载点，得斜度变化 对板边a b 最大弯矩的影响如表5 3 所示。 a 图5 8 斜交桥头搭板的计算 n 图5 - 9 加载点示意图 x 斜度9 对斜交搭板a b 边最大弯矩的影响 表5 - 3 斜度妒 0 。1 5 。2 0 。3 0 。4 5 。6 0 。 7 0 0 恒 m 帐 1 5 8 81 5 7 61 5 5 61 4 5 31 2 7 28 6 15 1 4 载 m q 懈| m 眦 1 00 9 90 9 80 9 l0 8 0o 5 4 o 3 2 山东大学工程硕士学位论文 m m i n 一3 7 2 3 7 4 3 5 0一2 9 73 2 82 9 52 1 8 g q m i n m o 。j n 1 01 0 l0 9 40 8 00 8 80 7 90 5 9 m 懈 4 4 4 9 4 4 4 84 3 6 4 4 3 7 94 0 4 73 1 3 32 1 2 6 m 妒眦m o 。“ 1 0 1 00 9 8 0 9 80 9 10 7 00 4 8 活 载 m 。i n 一9 5 0- 9 5 4 9 7 5 1 0 9 31 3 6 31 5 1 7- 1 2 8 3 m p m i n m o 。i 。 1 0 1 0 1 0 31 1 51 4 31 6 01 3 5 注：m o 一、m o 曲分别表示妒= 0 。时a b 的最大正弯矩和最大负弯矩。 由上表看出：当缈2 0 。，斜交搭板的最大弯矩与相应的正交搭板相比，可控 制在5 以内，故建议：当舻2 0 。，斜交搭板的最大弯矩可按正交搭板进行计算。 ( 2 ) 脱空长度对搭板受力的影响 由于台后填土压实困难，其密实度与一般路堤相比要小，因而常易出现2 , - 3 m 的脱空区，使板下地基支承发生变化，板边弯矩也发生变化，其正负弯矩均有所 增加。 当l e p o 5 m 时，正、负弯矩峰值与不脱空非常接近，峰值位置也基本一致， 故当l e p 0 5 m 时，可按不脱空板计算。当l e p 1 0 m 时，对搭板受力影响也很 小，但当l e p 1 o m 时，板的变形会迅速增加。 ( 3 ) 地基刚度与搭板刚度对搭板受力的影响 地基刚度k 由于搭板支承于地基上，当地基刚度较大时，可使搭板内力和变形减小，但 当地基刚度增大到一定数值后，对内力和变形的影响就不明显了，如表4 5 所示。 因此，按照目前高等级公路上的压实度要求来说，对搭板的内力和变形都是有利 的。 搭板刚度d 搭板刚度是以。= 瓦寻拿孬抗弯刚度) 表示的，当e 、不变时，影响搭 板的主要是板厚。当地基刚度不变时，随搭板厚度的增加，板中内力近乎直线上 升。板厚越大，正弯矩越大，负弯矩越小；反之板厚减小，正弯矩也减小，负弯 4 5 山东大学工程硕士学位论文 矩略有增加，所以，欲减小搭板内力，并不是去增加搭板的厚度。 驯k 的影响 驯k 反映搭板刚度与地基刚度的综合影响。经计算发现：搭板的最大正弯矩 随o k 的增加而增加；搭板的最大负弯矩在d k 2 0 时，随a x 的增加而减小， 在驯k 2 0 时，则随驯k 的增加而增加，只是增加的比较缓慢。从理论上讲，驯k 越小，板的厚度越小，地基刚度越大，对板的受力有利，但地基刚度不能无限增 大，故搭板刚度也不能减得很小。当地基刚度确定后，选取较小的d k 值，则可 求得搭板的厚度。叫k 的适应范围试0 1 o 2 之间。当叫足不变时，搭板的内力 也不发生太大的变化。 ( 4 ) 搭板长度对搭板受力的影响 搭板长度主要是由其工后沉降坡差容许值确定，但板长对受力的影响经计算 发现：无论在恒载还是活载作用下，随着搭板长度的增加，搭板的内力变化很小。 ( 5 ) 枕梁对搭板受力的影响 枕梁对搭板受力的影响的大小，主要与枕梁设置的位置有关：当枕梁设置于 靠近台端的j 下弯矩区时，可以较明显地减小搭板的纵向正弯矩值；而枕梁设置于 靠近台端的负弯矩区时，则板中j 下弯矩值仍大致不变，但板中负弯矩值却大幅度 增加；当枕梁设置于远台端时，则对搭板纵向受力没有什么影响，但可减小搭板 横向弯矩。 枕梁下地基如采取特殊加固处理时，对于设置于正弯矩区或负弯矩区的枕梁， 将增加以上所述的影响效果；对于设置于远台板端的枕梁，其地基加强以后对搭 板受力没有什么影响。 5 - 3 搭板的配筋设计 1 配筋原则 ( 1 ) 正弯矩区 主要配置正弯矩钢筋。位置位于搭板底部，方向在板边，平行于搭板纵向 板边，对于斜交搭板的板中部分，考虑其主弯矩方向垂直于支承线，故其主筋也 应布置于与支承线垂直的方向，在板中与板边之间的钢筋，采用逐步变向的布置 方法或交叉布置的方法，分布筋全部平行于支承线方向布置。为使施工方便，在 斜度甲不大时，也可采用平行四边形网格布置法。 板顶配置一定的负弯矩钢筋。考虑在活载作用于远台端或偏载时，搭板的 纵向和横向均有较正弯矩小的负弯矩产生，因此板在正弯矩区顶部也要配置适量 钢筋，但数量上应较正弯矩筋少。 抗扭钢筋。当妒 2 0 。时，一般以板边项部平行板边设置，以承受斜交搭板 山东大学工程硕士学位论文 中的扭矩。对于斜度妒 4 5 。后，可采用纵向弯矩和横向弯矩中的较大者进行配筋，并且纵横 向采用同一配筋量。 4 7 山东大学工程硕士学位论文 第六章桥头跳车病害的综合防治技术 如前所述，消除或缓解桥头跳车关键是减少不均匀沉降量和延长沉降特征长 度，减缓不均匀沉降梯度，从而起到匀顺纵坡的目的。本章根据桥头跳车现有防 治技术，结合国内外桥头跳车的常规处理方法，分别从地基处治技术、台背路堤 处治技术、过渡段路面处治技术以及排水措施的改进技术等方面研究综合防治措 施，以期较好解决桥头跳车这一课题。 6 1 地基处治技术研究 为减少或消除路桥过渡段的不均匀沉降、有效控制桥头跳车，对台背地基进 行加固处理是非常有必要的，尤其是特殊地基如软土地基、湿陷性黄土地基、河 流相冲洪积物地基等更需要进行特殊处理，以改善地基性能，提高承载能力，减 少地基沉降，从而缩小桥台与路堤的沉降差。 具体工程应用中，应综合考虑土质、经济、安全等实际情况，选择合适的处 治方法，以有效地减少地基的沉降。本文主要介绍了采用换填法、强夯处理、水 泥粉煤灰碎石桩( 简称c f g 桩) 以及排水固结法对台背软弱地基的处理。 1 换填法 在填筑路堤时，如地基没有足够的强度，路堤的第一层是难以达到较高的压 实度的。因此在台背回填前，必须先充分碾压台背地基，使其具有足够的压实度 和承载能力。在台背地基较软弱时，即使充分碾压，仍会出现“弹簧”现象，即 承载力仍满足不了要求，而填土高度又不大时，台背基底可作浅层换填处理，如 换填砂砾、或中、粗砂，条件许可时也可换填石渣、块石，当缺乏上述材料时， 可采用石灰或水泥作浅层加固处治。然后进行适当的碾压，再进行台背的回填。 2 强夯法 强夯法广泛的应用于地基沉降处治工程中。强夯法一般采用1 0 0 - - , 4 0 0 k n 的重 锤，从6 - - - , 4 0 m 的高处自由落下，对地基土施加强大的冲击能，在地基中形成冲击 波和动应力，将地基土压密、振实，以加固地基土，达到提高强度、降低压缩性。 对地基的强夯处治，一方面是对地基产生压实和挤密作用；另一方面是通过 强夯对地表下一定深度土层施加动力荷载，达到破坏土体结构强度、结构性大孔 隙的作用。 ( 1 ) 强夯处治的作用 提高承载能力 对于天然地基采用强夯处治后，地基承载能力将会成倍提高。对于粘土，承 载力可提高10 3 倍：对粉质砂土，承载力可提高4 倍以上；对砂土及泥灰岩土， 承载力可提高2 - 4 倍。 减少不均匀沉降 4 9 山东大学工程硕士学位论文 通过一系列均匀的夯击及严格的施工控制，地基土体压缩性可降低2 1 0 倍， 大大改善了地基的均匀性。能使施工加荷后的地基差异沉降值控制在规定限度以 内。在工程使用上可以忽略不计地基的差异沉降。 缩短工期 经验表明，经强夯一遍，可使5 - 1 2 m 厚的砂质冲击层产生瞬间沉降1 5 - - - - 5 0 c m ； 再夯一遍，又可产生瞬时沉降约为初始沉降的6 0 。这种强迫沉降的速度是一般 其他方法所不能比拟的。每台设备加固地基的效率平均每天为3 0 0 , - - - 6 0 0 m z ( 根据 土质及处治深度而异) 。当强夯设备退场时，地基上各种路基工程和结构工程可立 即开始，无须等待，因而较其它方法缩短工期。 ( 2 ) 强夯施工步骤 清理并平整施工场地；标出第一遍夯点位置，并测量场地高程：起重 机就位，使夯锤对准夯点位置：测量夯前锤顶高程；将夯锤起吊到预定高度， 待夯锤脱钩自由下落后，放下吊钩，测量锤顶高程，若发现因坑底倾斜而造成夯 锤歪斜时，应及时将坑底整平；重复步骤5 ，按设计规定的夯击次数及控制标准， 完成一个夯点的夯击；重复步骤3 - - 6 ，完成第一遍全部夯点的夯击；用推土 机将夯坑修平，并测量场地高程：在规定的时间间隔后，按上述步骤逐次笼成 全部夯击遍数，最后用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。 ( 3 ) 强夯施工要求和检测 开夯前应检查夯锤重和落距，以确保单击夯击能量符合设计要求：在每 遍夯击前，应对夯点放线进行复核，夯完后检查夯坑位置，发现偏差或漏夯应及 时纠正；按设计要求检查每个夯点的夯击次数和每击的夯沉量；一遍夯击完 成后，应检测夯坑深度、夯点间距和处治宽度。检查强夯施工记录，基础内每个 夯点的累计夯沉量，不得小于试夯时各夯点平均夯沉量的9 5 ，合格后方可填平； 满夯后，对场地进行平整和压实，应达到规范要求的各项指标，并测量高程， 填写地面标高变化；满夯结束7 d 后，在每5 0 0 , - 一1 0 0 0 m 2 面积内任选一处，应从 夯击终止时的夯面起，每隔5 0 - - , i o o c m 取土样测定土的干密度、力学及物理等指 标；当需要采用静力触探等方法测定强夯土的承载力时，宜在地基强夯结束一 个月后进行。 根据试验和测试结果，应对不合格处进行补夯，或采取其它补救措旌，达到 试夯或设计规定的指标。 强夯处理原地基与铺筑砂砾、灰土垫层相比，减免了使用砂砾、石灰等建筑 材料：对于处治面积大于5 0 0 0 m 2 的情况，处治费用也较低，般在2 0 元m 2 以下， 处治效果也十分显著。但有时候必须依据实际情况，从经济性和处治效果方面相 比较后选用处治方法。 4 9 山东大学工程硕士学位论文 ( 4 ) 强夯法处治地基注意事项 地基的处理范围应大于基础的平面尺寸，每边超出基础外缘的宽度不宜小 于3 m ；施工前应按设计要求在现场选点进行试夯，在同一场地内如土性基本相 同，试夯可在一处进行，若差异明显应在不同地段分别进行试夯；在试夯过程 中，应测量每个夯点每夯击一次的下沉量( 简称夯沉量) 。最后两击的平均夯沉量 不宜大于5 c m ，或按试夯结果确定；试夯结束后，应从夯击终止时的夯面起， 每隔5 0 c m 取土样进行室内试验，测定土的干密度、压缩系数等物理及力学指标； 试夯结果不满足设计要求时，可调整夯锤质量、落距或其它参数重新进行试夯， 也可修改设计方案。 3 水泥粉煤灰碎石桩( c f g 桩) 近年来，复合地基理论的研究和应用发展较快，一些新的桩型、施工设备和 施工工艺应运而生。 c f g 桩是在碎石桩基础上发展而来，主要由碎石、石屑、粉煤灰、掺适量水 泥和水拌和而成的一种具有一定粘结强度的桩。碎石是该桩体的粗骨料，石屑是 填充碎石孔隙，改善骨料级配的次骨架材料，粉煤灰具有填充作用和火山灰作用。 通过调整水泥掺量和配合比，桩体强度可达c 5 - - - c 2 0 ，一般为c 5 - , c 1 0 。 ( 1 ) c f g 桩处治机理 c f g 桩和桩间土一起通过褥垫层( 由碎石和石屑组成) 形成c f g 复合地基， 对于c f g 桩处治构造物台背地基而言，为了使沉降变形达到递减变化的目的，可 以调节桩进入地面以下的长度来控制地基的沉降量，即采用渐变桩实现桥台与路 堤的刚柔过渡，如图6 1 所示。 桥台桩 图6 1c f g 桩处治台背地基示意图 c f g 桩处治台背地基主要有三方面作用：置换作用；挤密作用；褥垫 层作用。 山东大学工程硕士学位论文 置换作用 c p g 桩不同于碎石桩，它是具有一定粘结强度的混合料，在荷载作用下c f g 桩的压缩性明显比其周围软土小，因此基础传给复合地基的附加应力随地基的变 形逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象，复合地基的c f g 桩起到了置换的作用。 载荷试验结果表明，在无垫层情况下，c f g 柱单桩复合地基的桩土应力比为 2 4 3 - 2 9 4 ，四桩复合地基桩土应力比为3 1 4 - - 3 5 2 ；而碎石桩复合地基的桩土应 力比为2 2 - - 2 4 。由此可见，c f g 桩的桩土应力比明显大于碎石桩复合地基的桩 土应力比，亦即其置换作用显著。 挤密作用 c f g 桩采用沉管法施工，由于振动和挤密作用使桩间土得到挤密。试验表明， 加固后地基土的含水量、孔隙比、压缩系数均有所减小，密度、压缩模量均有所 增加，说明经加固后的桩间土已挤密。 褥垫层作用 桩和桩间土由于变形模量相差很大，使得它们的变形差别较大。设置由石屑 和碎石等松散体材料组成的褥垫层后，使调整桩土相对变形的问题从根本上得到 解决，且褥挚层使桩间土的有效接触应力增加，提高了桩间土的抗剪强度，使得 桩体承载力得到提高；另外对于地基的不均匀沉降也有一定的补偿作用。 ( 2 ) c f g 桩的设计与计算 设计步骤 第一步：根据地基土质、施工设备、布桩方式等条件，初步确定桩径和桩间 距。由桩径和桩间距求出置换率； 第二步：按要求达到的复合地基承载力确定桩长； 第三步：桩身强度及c f g 桩配合比设计； 第四步：确定褥垫层厚度。 设计内容 a ) 桩径d 。一般为3 5 0 - - - 4 0 0 m m ，由施工设备的桩管大小而定。 b ) 桩距三。桩距大小取决于设计要求的地基承载力、布桩形式、土质与施工 机具等。由实测资料表明，碎石桩主要受力作用区在4 倍桩径范围内，侧向应力 沿深度方向迅速衰减。因此，桩距l 。= ( 3 6 ) 桩径d 。 c ) 桩长 c f g 桩复合地基承载力可用下式估算： p 厶= m 半+ a f t ( 1 - m ) y o ( 6 - 1 ) 以口 或厶= 【l + 所( 丹一1 ) 】a p 石 式中：厶复合地基承载力标准值，k p a ； m 面积置换率，； 刀桩土应力比： 彳| p 桩的断面面积，1 1 1 2 ； ( 6 2 ) 山东大学工程硕士学位论文 五天然地基承载力标准值，k p a ； a 桩间土强度提高系数； j 6 i 桩f 司- i - 强度发挥度，对于一般路基p = 0 9 0 9 5 ； r 单桩承载力标准值，k p a 。可按公式( 6 3 ) 和公式( 6 - 4 ) 计算， 并取其中较小值。 r k = 叼r 8 a p ( 6 - 3 ) 或墨= ( 坼e q ，厶+ a , ) i k ( 6 - 4 ) 式中：i 强度折减系数，取0 3 o 3 3 ； r s 桩体2 8 天的1 5 c m 立方体试块强度，k p a ； 桩的周长，m ； 吼第，层土的极限摩阻力，i ( p a ： q p 桩端土的极限摩阻力，l a 厶第f 层土的厚度，m ； k 安全系数，k = 1 5 1 7 5 。 由公式( 6 2 ) 解出桩间土强度发挥度为p 时的桩土应力比： + c 矢叫夕+ c 6 剐 桩顶应力：仃p - - - - r t # x a 卢f o ( 6 - 6 ) 桩顶受的集中力：0 = a p f o xa ， ( 6 - 7 ) 再由公式( 6 7 ) 结合土性、桩周摩阻系数和端承系数，即可预估桩长。 d ) 桩体标号。原则上桩体配比按标号控制，最低标号按3 倍桩项应力仃。确定。 e ) 沉降计算 一般情况c f g 桩复合地基的沉降由三部分组成。其一为加固深度范围内土的 压缩变形墨( c m ) ，其二为下卧层变s 2 ( c m ) ，其三为褥垫层变形毛( c m ) 。由于为数 量较小可以忽略不计，则：s = s l + s 2 ( 6 - 8 ) 假定加固区复合土体为与天然地基分层相同的若干层均质地基，不同的压缩 5 2 山东大学工程硕士学位论文 模量都相应扩大倍。然后按分层总和法计算加固区和下卧层变形并求和。 一：叩红陲盖一姜筹 式中：_ 加固区分层数； 总的分层数； 凹荷载异在第f 层产生的平均附加应力，k p a ； e 第，层土的压缩系数，m p m 囊第f 层土分层厚度，m ； 模量提高系数，= a 【1 + r e ( n - 1 ) 】； l i ，沉降计算经验修正系数。 ( 6 9 ) f ) 褥垫层厚度。一般取1 0 一- , 3 0 c m 为宜。当桩间土性质较好时取小值，桩间 土性质较差时取大值。 ( 3 ) c f g 桩的施工技术 c f g 桩桩径较大时，一般用钻孔灌注桩的成桩设备；桩径较小时( 3 5 0 、- 4 0 0 m m ) ，采用振动沉管桩打桩机或螺旋机，有时则用振动沉管机和螺旋钻机联合 使用。施工前一般须进行试桩确定有关技术参数后，再组织大规模施工。由于大 量使用的是振动沉管机施工，故按振动沉管法对c f g 桩的施工技术进行阐述。 施工顺序 打桩顺序有连打法、间隔跳打法。具体采用何种打