探讨桥梁施工技术及应用

1、探讨桥梁施工技术及应用摘 要: 随着我国高速公路的发展, 由于线型要求, 桥梁在公路工程中所占比重大大增加, 而高速公路对路面平整度要求高, 桥头跳车对高速行驶车辆的行车舒适性乃至安全性所构成的威胁日见突出。因此, 桥梁过渡段上的路面的合理结构形式、高质量的材料和先进的施工工艺等问题引起了工程界的关注, 必须对之进行研究, 从而提出了施工质量控制措施。关键词：桥梁；高速公路；施工技术; 施工工艺一过渡段路基路面施工技术1施工常见病害分析在桥涵、通道等构造物与两端路堤联接的桥梁过渡段,路基、桥涵常因不均匀沉降而出现台阶, 当此台阶达到一定数值, 会使行车产生明显的颠簸跳动。由于车辆荷载的作用,

2、一般的台阶呈现中间低两边略高的形态。桥涵两端台阶的产生和形成, 使车辆的行驶速度受到不同程度的影响。车速的降低幅度视公路等级、路面类型、台阶高度、车辆种类和行车速度而异。公路等级越高所设置的结构物也越多, 成许多高低不一的桥头台阶。因为桥头台阶导致汽车减速行驶, 使得车辆不可能在高等级公路的全线(或某一区段) 以设计速度运行。根据观察和测试, 汽车遇到桥头台阶, 一般要提前150 m 200 m 减速, 驶过台阶以后还需要大约相同的距离加速以恢复正常行驶速度。高速公路线形标准高, 桥头引道路堤高, 极易产生沉陷和变形, 出现桥台与引道错台、桥台路基下沉、路面裂缝、不平, 甚至积水等病害。这些病

3、害使快速行驶的车辆颠簸、振动、跳车, 产生噪音。为解决这一问题, 应从设计与施工两方面着手研究。设置搭板搭板的设置方法有三种: 方法一从理论上讲是完美的,在搭板长度L范围内, 在车辆荷载作用下, 路面的弯沉逐渐变化, 但这种方法给实际施工带来很大困难。方法二,它的特点是克服了方法一的施工困难, 而且又有效地解决刚柔过渡的问题, 其中图1中的b值应根据实际情况经计算而定, 一般不应小于8 cm。第三种方法是采用预留反向坡度, 即搭板与桥台连接处标高一致, 而与路面连接端则高于设计标高, 形成一个预留的反向坡, 坡度大小根据桥梁之间的沉降差而定, 此法的关键在于考虑路线纵断面平顺的前提下, 确定沉

4、降差和预留反向坡度。搭板与桥台间的锚固有竖向和水平向两种方法。考虑到搭板自由端在车辆荷载作用下必然发生竖向位移, 而水平向的锚固更符合这一受力状态, 并有利于桥台受力, 因而搭板与桥台间宜采用水平锚固。对于是否设置枕梁, 国内曾有人研究后认为枕梁布置在搭板尾端对于搭板受力没有影响。我们进一步研究后认为, 枕梁设在搭板尾端对于控制板底弯拉应力是不利的, 它可使板底最大弯拉应力增大约三分之一, 如果板端枕梁附近一定范围内板下地基处理不当, 将发生局部下沉, 造成二次跳车。但是, 枕梁可以将搭板传递下来的荷载分布到较大面积的地基上, 还可以增加搭板的横向抗弯刚度, 故加设枕梁确是有利的。有关资料表明

5、, 枕梁下的路基内设置碎石桩或水泥石屑桩,可以改善枕梁及其下部路基土承载能力, 减少该处沉降。经实践检验, 这种处理方法效果显著, 而所需费用不大。因此, 我们认为搭板可作成不设枕梁和设枕梁两类, 若设枕梁, 将其分为设置碎石桩或水泥石屑桩和不设两类, 对这三种情况应在实践中进一步检验其优劣。图1 搭板的设置有关研究表明, 设置1􀀁5 m 宽路肩可以使搭板底部最大弯拉应力减少20%, 因此, 设置搭板时, 应注意修筑好路肩, 以改善搭板的受力状况。搭板的长度确定至关重要,其长度与路堤填高成正比, 并与路基状况有关。依据实际沉降差的大小来确定搭板的总长, 是成功防止桥头跳车的重

6、要技术措施。一般地说, 设置与否需论证确定, 如设置,搭板长度可为5 m。小桥涵搭板、中桥的搭板长为5 m 8m, 大桥搭板长度为8 m 12 m。搭板下面地基的非均匀特别是脱空, 能显著地增大板底的弯拉应力, 对搭板效用发挥极为不利。由搭板的受力分析可知, 当地基从均匀到非均匀再到脱空, 其相应的最大竖向位移各增大100%左右。而增加搭板厚度能显著地增大搭板抵抗弯拉应力和变形的能力, 研究表明, 板厚从20cm 增到30 cm, 板底最大弯拉应力减少30􀀁60%, 相应的竖向位移也减少19􀀁85%。因此按弹性地基板和脱空板分别计算板厚, 根据实际情况确定厚

7、度, 对钢筋混凝土搭板可取板厚为30 cm 左右。3 不设置搭板目前, 国内高等级公路在大中桥头处均设置搭板, 但搭板一旦破坏, 不仅严重影响车辆的正常通行, 而且施工难度大、维修费用高。如果不设置搭板, 则应对台后填筑作周密设计和认真施工, 对填料和压实应有更高要求, 或采用专门的结构措施, 如铺土工格网、填筑聚乙烯块等。具体做法在台后填筑和地基处理中加以论述。4 台后填筑桥梁两端路堤沉降由地基、路基、路面三部分压缩变形组成。其中, 地基的压缩变形由路基路面的恒载和车辆荷载引起, 填料的压缩、固结、次固结引起路基路面结构层因行车作用而被压缩。对于面层, 若搭板上和桥面上的面层结构和厚度相同,

8、 则不会产生沉降差, 因此搭板上和桥面上应采用相同的面层结构和厚度。车辆荷载的作用的影响深度一般2 m 左右, 因此一般搭板下的加强层不超过2 m。但实践证明, 由于填料自身固结和施工要求不严, 若不对整个台背填方作加固处理, 则不能彻底解决桥头跳车问题, 国内一些成功解决桥头跳车的实例也证明需对整个台背填方作加固处理, 对整个台背填筑从地基开始应采取适当的加固措施, 采用砂性土、砂砾、碎石土填筑, 必要时用石灰或水泥进行稳定处理, 也可采用半刚性材料填筑, 以此减少路基工后沉降, 同时相应提高压实度要求。台背回填的压实质量是影响台背路基沉降与跳车的一个重要因素, 台背回填因位于台背这个特殊位

9、置成为碾压的一个薄弱部位, 压路机难以碾压, 且机械振动力太大时,对台墙有影响。因此, 台背回填处的压实宜选用小型压实机具, 分层压实厚度宜薄, 一般应在10 cm 15 cm 范围内。在材料选择上, 应选用易于压实的材料。否则要使用小型压实机具压实是相当困难的。5 地基处理处理好桥背软弱地基是控制桥头跳车的重要措施。对软基处理目前国内已有换土法、超载预压法、减少附加应力法、排水固结法、深层搅拌法和高压喷射注浆法、振动碎石桩法等处理方法, 可以根据实际情况应用, 以改善地基性能, 提高承载力, 减少沉降, 缩小桥台与路堤的沉降差, 避免错台。修建在软土地基上的桥台通常采用桩基础。如果在相当厚的

10、软土层修筑高路堤, 则软土会因回填材料的质量而向侧向挤动并对基桩施加很大的力。其后果是使桥台产生水平位移或转动。这将损坏支座、伸缩缝, 有时还会损坏桥面和桥台。为了避免不正常的位移的出现, 必须减轻回填材料,或者增强地基土或用基桩, 达到抵抗侧向流动的强度。此外在桥头采用桩板法、轻质填料、连接箱式桥台、支撑连续板等措施可有效地减少路基的沉降。6 台背排水在桥梁过渡段如果排水处理不当, 会使水沿桥台路基连接处下渗, 降低路面结构层的稳定性, 路基和地基的稳定性, 加剧错台和跳车。因此应根据台背填料类型、降雨资料及渗水量等选择适宜的排水方式, 以疏干台后填料的水分。台背路基填筑前, 在原地基土拱上

11、亦设置泄水管或盲沟。在基底上, 先作必要的处理。然后填筑横坡为3% 4%的夯实粘土形成土拱, 再在土拱上挖成双向坡的地沟( 地沟尺寸一般宽为40 cm 60 cm, 深为30 cm 50 cm )。在台背后全宽范围内满铺一层隔水材料( 可用油毡或下垫尼龙薄膜上盖油毡) 。在地沟内四周铺设有小孔的硬塑料管( 塑管直径一般不小于10 cm。其上小孔孔径为5 mm, 布成梅花形, 间距控制在10 cm 以内)。塑料泄水管的出口应伸出路基外或桥头锥坡外。在硬塑料管四周填筑透水性好、粒径较大的砂石材料。再分层填筑台后透水性材料, 直到路基顶面。横向盲沟的设置与上相同, 取消泄水管, 以渗透系数较大的透水

12、性材料填筑地沟(加大粒径碎石)。用土工布包裹盲沟出口处, 并对其作必要的处理。有时视需要可在台后填方中设排水垫层。排水垫层的作用: ( 1) 促使地基和其下软弱层能在施工期内基本上完成渗透固结, 减少后期下沉量; ( 2) 排走上部填方因降雨等原因下渗的多余水分;( 3) 孔隙压力增大时有渗透出路, 不会由于地下水和潜水在底层的积聚, 而降低土体的强度和稳定性。垫层的厚度为1 m 2 m, 并要高过原地面不少于0.5m, 使地基沉陷后, 原地面和地下水位不高过垫层。桥台背面应设置防水涂层以避免渗水对结构物的侵蚀。对于回填区顶面与底面排水, 回填表面应夯实并设置截、排水设施, 必要时表面予以封闭

13、, 以减少地面水下渗。当回填范围较大且表面渗水较多时, 应沿回填区底部原地面设置横向水平渗沟或透水管, 渗沟或透水管水平间距一般为1 m 2 m, 排水管管径10 cm 15 cm。为保证施工质量, 桥头回填处不能设置料厂或预制厂,并保证预留回填段不小于15 m, 以便满足各类重型压实机械的最小工作长度。考虑到桥头路基施工的特殊性, 宜适当提高工程费用定额, 使工程量和技术要求与工程费用相协调, 以便调动施工单位的积极性, 同时, 对桥头路基施工宜采用固定的专业施工队, 以便积累施工经验。对于桥头路基容许工后沉降, 国内外规定不一, 但是,据实际调查, 当车辆以80 km /h的速度行驶时,

14、对2 cm 的沉降差即有明显感觉, 对沉降差达5 cm 时, 则可能出现交通事故或者明显降低车速, 因此, 高速公路的桥头路堤工后沉降值不宜大于5 cm。另外, 高等级公路上小跨径构造物较多, 平均每200 m 300 m 即有一个, 如其两头发生跳车, 较大跨径构造物对行车影响更大, 因此, 应对小跨径构造物和大中桥同等重视。二 存在的问题及改进措施 桥头跳车形成的最主要原因是台背回填压实度、灰剂量达不到设计要求, 整体强度差, 在车辆荷载作用下产生沉陷, 从而形成桥头跳车。桥梁为刚性结构, 基本不产生沉陷, 而路基要存在允许变形, 因此刚性桥面与柔性路面的衔接必然产生沉陷变化, 这个问题在施工中仍没有彻底解决的方法, 只能采用适当加长过渡路段长度予以缓解。由于施工场地狭窄不利于操作及人为的疏忽, 过渡段与路基衔接处往往是桥头的薄弱环节, 易发生裂缝和桥头沉陷现象, 因此台背回填土最好能与相邻路基同体施工, 若确实不具备同体施工条件的则必须逐层加宽至少10cm 成倒台阶施工, 严禁直上直下填筑台背填土。在实际施工中, 有可能因路面结构层和桥面结构层施工不同步, 在标高控制上产生误差。4 伸缩缝施工不好也可能产生桥头跳车现象, 伸缩缝的常规作法为先在伸缩缝处填土或砂并压实, 待整体沥青混凝土铺筑完成后, 再挖出伸缩缝内填土, 进行伸缩缝施工, 则在沥青摊