桥头跳车处治技术

桥头跳车处治技术研究0引言改革开放以来，中国的公路建设取得了飞速发展，到2006年底，全国公路通车总里程已达348万公里，高速公路4．54万公里。其中在桥台构筑物与台后填土衔接处普遍存在差异沉降，使得路面形成台阶或显著纵坡变化，高速行驶的车辆通过时产生颠簸跳跃，从而导致桥头跳车现象的产生。这种现象几乎在每条高速公路上都有，只是数量多少和程度轻重的差别。桥头跳车不仅影响了行车的速度与舒适性，降低了道路的通行能力，加速了桥台台背、桥头伸缩缝以及接缝路面的破坏，而且是道路交通安全的重要隐患之一，严重影响了高速公路的社会效益。目前针对桥头跳车的研究多注重于工程实践，较少进行系统的研究，对处治方法的作用机理和适应性没有搞清楚，即使立题研究，也往往投入较少，只有宏观调查资料，而缺少试验分析结果，现场测试分析较少。因此，方法的推广应用就必然受到限制。笔者协同其他研究人员依托交通部西部交通建设科技项目针对这些情况，由路桥过渡段的病害机理人手，深入剖析，对比了各种既往处治措施及其适应条件。并通过研制地基沉降模拟系统和动力加载模拟系统，利用大规模足尺模型试验等手段对路桥过渡段路基修筑技术进行了深入研究，提出了楔形柔性搭板处治新技术，归结了该新技术的适应性，展示了其工程实际应用情况。这些成果对路桥过渡段路基的设计、施工和病害治理具有重要的理论意义和工程实用价值。1桥头跳车作用机理1．1桥头差异沉降桥头跳车现象产生的直接原因是刚性桥台和柔性路堤在荷载的作用下由于刚度的较大差异而引起的显著差异沉降。桥头跳车的表现形式主要有2种，一是桥头不设搭板时桥台与路堤衔接处的错台现象；二是桥头设置搭板时由于搭板路基端沉降引起的路桥过渡段纵坡变化。虽然国内外对引起跳车的桥头纵坡变化率的认识有所差异，但一般可以认为，当桥头纵坡变化率大于3％～6％时，就会产生桥头跳车。1.2桥头地基及路堤填土不均匀沉降从桥头路堤的变形机理考虑，构成桥头路堤差异沉降的主要因素有以下2个方面。1．2．1桥头地基的固结变形原先无荷载的桥头地基在较高路堤荷载作用下将发生固结沉降。由于地基固结存在时间效应，如果地基预压时间不足，则大部分地基沉降不能在路面施工前完成，路面竣工后的工后沉降将继续发展，在路面顶部形成沉降差。在软土地段，地基的工后沉降是产生桥头差异沉降的主要因素。1．2．2桥头路堤填土的压缩变形路堤填土的压缩变形主要取决于填料性质、施工条件及台前(背)防护排水工程的设置情况等。桥头路堤一般填土较高，桥台附近又不宜压实，使填土的压实度较差。路面完成开放交通后，压实度不足的填土在行车荷载和路面及路基的恒载作用下产生压缩变形，从而导致沉降差。另一方面，根据有关资料的调查研究，当土堤压实度为95％时，每米填土工后的沉降为0．5-1．0cm。因此，即使桥头压实度满足要求，沉降差也不可避免。对于地基条件较好的桥头地段，桥头路堤填土的压缩变形是导致差异沉降的主要因素。2桥头跳车处治对策2.1地基处治对策地基处治的目的是改善地基性能，提高承载力和抵抗自然灾害的能力，增强地基稳定性，减少或消除路桥过渡段的不均匀沉降，缩小桥台与路堤的沉降差。从机理方面看，对软基进行处理就是要迅速消散下部软弱土层中的超静水压力，提高土颗粒间的有效应力，完成土体的二次固结过程。陕放挣针对不良地基亏的预防措施目辜前已有换土法唤、超载预压法倡、排水固结法翁、高压喷射注妈浆法、振动碎磨石桩法、深层策搅拌桩、挤密壳砂桩等方法，秀但针对已有病岩害的地基处治梨缺乏比较系统校的研究。而且途很多预防措施六在施工中没有玉严格按要求实般施，例如抛填沈块石挤淤法碾灌压不密实、软泪土换填的厚度佩不够，经过多僻年运营之后由分于块石的重新志排列、软土的卡固结沉降，路送基出现各种病幼害叫。捧泻歌志2辽．景1汪．明1勺常用的处治方稼法讯誉(1丰)杆静压注浆法天；胃县(2昂)防旋喷桩法晒；坑训(3碰)穴树根桩托换法鞭；协希(4倍)相换填法满；歌扇(5次)捐混凝土挤密桩乞法疑。箭薪踏松2筛．画1邪．哨2雁处治方法的适卧应性分桶析六还窗悔地基处治的对义象是岩土体，误其最大的特点挪是复杂多变，递没有一种方法唤是万能的，而浪且每种处治方滔法也有其优点刮和缺点，因此听只有具体问题当具体分析，才摇能对症下药，幼达到治理病害补的目的。下面迁分别对不同土失质地基的作用赌机理进行分析充，从而选择合斧理的处治方法敏。铁竞(1赶)幕软粘土地慎基合艺你差由于粘土相对桨来说没有较大坛的孔隙，因此粗可以利用劈裂鼻注浆使浆液沿稼垂直于小主应柄力平面发生劈梳裂，浆液充填掩劈裂面，同时催引起土体固结柄及挤出，可以但大大提高土体始的固结度，从落而提高土体的径抗压强度。也价可以用压密注悬浆通过钻孔向怀土层中压人浓耗浆，在压浆点败周围形成泡形模空间，使浆液特对地基土起到居挤压密实作用犯。还可以使用透电动化学注浆统法，促使在通鸦电区域的土中陆以高价金属离饶子代换钠离子疮，使土的含水撕量显著降低，库并可使土内形扯成渗蚁浆趋“纽通嫩道雅”购。若在通电的菌同时向土中灌洲注硅酸盐浆液撞，就能愈在融“挖通墙道稍”劝上形成硅胶，床并与土粒胶结塌成具有一定力裤学强度的加固优体；对于含水另量较高，且没还有排水条件的断软基，还可以快采用置换法，播如旋喷桩法、肉混凝土挤密桩剃法、电动化学究法等涝。镰镜(2或)拘湿陷性黄土地走基锐施贴乓凡天然黄土在藏上覆土自重应术力作用下，或拒在上覆土自重洲应力和附加应虚力共同作用下练，受水浸湿后浮土的结构迅速肆破坏而发生显渴著附加下沉的灶，称为湿陷性诸黄土。发生显券著下沉的现象构是湿陷性黄土让地基的特性，膝然而这种特性妄会给结构物带米来不同程度的浅危害，使路基释及结构物大幅命度沉降、路基平纵向开裂，甚弹至还会引起路丧基边坡的滑坡海和坍塌。随着另中国西部开发裂战略的逐步实傻施，西北地区照将成为大规模准经济建设战盆略要地，黄土絮地区的工程建储设将越来越多愧，对黄土，特尺别是湿陷性黄脾土地基处理技瞎术的研究就显欠得尤为重要。辫当黄土作为结瘦构物地基时，葵首先要判断它叫是否是湿陷性卡黄土，由于湿芒陷性黄土受水杂浸湿后土的结比构迅速破坏，应因此在处治上屋应以防水和改到善土体的抗水初能力为主邮。顿厘(3建)敌冲填土地失基朽槽骗厘冲填土的性质茶与所冲填泥沙灿的来源及淤填形时的水力条件恐有密切关系。羞含粘土颗粒较客多的冲填土往盐往是欠固结的句，其强度和压冻缩性指标都比尾同类天然沉积煎土差。冲填土酷地基一般要经裁过人工处理才含能作为建筑物挠地基。粉细砂费含量为主的冲生填土，其性质栋基本上和粉细抗砂相同或类似惠，因此在病害陪处理时可选用统提高地基强度舌的方法。对于珍路堤填土较厚停的冲填土可地第基选用劈裂注骤浆、压密注浆雾法使浆液对地黑基土起到挤压总密实作用；对镇于路堤填土较眯薄的冲填土，亏可开挖路堤后佳按一般的方法湿处理，如换填爬、强夯等寻。骑叶(4奇)痒卵砾和块石地旨基眨督严光卵砾和块石地丙基多位于山区按的河谷地段和译断层破碎带，距具有大空隙结吼构，随着上部悦振动荷载的重毯复作用以及地央下水位的不断晓变化，卵砾及艳块石有可能发漏生重新排列从畜而引起地基的陪不均匀沉降。小针对其具有大好空隙性，可以蛮采用渗透注浆学法，通过浆液班的填充和胶结垂作用来提高地欠基的承载力型。含鞠(5肠)熄膨胀土地坛基出馒腹纤膨胀土吸水膨胡胀、失水收缩修，具有较大胀舒缩变形性能，证且有变形往复阳的高塑性粘土恋。利用膨胀土凶作为结构物地五基时，如果没蜡有采取必要措答施，进行人工贞处理，常会给搭结构物造成危概害。处治时应像与湿陷性黄土垄类似，以防水艳和改善土体的塞抗水能力为主疼。通常采用劈码裂注浆、压密渔注浆、旋喷桩掉来提高土体的圈密实度，改善瘦土体的抗水能隔力结合加强地咽面排水设施的盾处治方法，只兴在浆液的选取乐上略有差异傍。暮蚁兵春路堤是承受和艺传递上部结构江、汽车荷载的妨载体。路堤的怒沉降和变形直勿接关系到公路辉的正常运营，镰一旦发生破坏伞后维修比较困机难。由于在施创工中受构造物顷的影响，大型块的压实机械工差作面较小，难扇以展开压实工坚作。即使有足驼够的工作面可汇供大型压路机姥开展工作，也扎因压实过程中觉大吨位机械振领动力太大，出躺于对桥台的安罢全考虑，一乐般也不允许在依桥台背部位使裙用大型的压实蛮机械进行压实颈。夫木盈辈因此，台背部乘位回填土的压电实质量难以保樱证，加之该部个位路堤施工又荷晚于其他正常银路段路堤施工乡时间，相比较僚没有足够的时句间完成固结沉焦降，因而在自菌重的作用下路盛堤的压缩沉降误一般就比较大闲，这是引起路快桥过渡段不均漫匀沉降的主要衫原因之一。过雅渡段处病害处番治目的就是使晴路基与桥台间日实现平稳过渡趋，由于考虑到摸公路的运营和喘地段的特殊性售，在处治方法蒜的选择上就会克有一定的限制器，总的原则是传减少对周围稳方定结构的破坏替，工期要短且烂要快，尤其是秋对于高填路堤亏万不得已一般斧不会采用大开禾大挖，而小的齐填补又不能从伤根本上解决问提题。那么针对狠目前的路堤病待害具体应采取率什么样的措施当是本节所要论借述的问题怕。携而臭太歪路堤常用处治雹方百法突崭(1睁)迫注浆法款；秧遗(2盯)渠换填法雕：菌撞(3寒)最托换法药：鸟呆(4传)揪土工织肆物崖(冻图迹1暴)克：蝶帅(5班)稳设置柔性桥乱台羡(甘图灶2吵)喇。医狱闷2唱．余2恩．夫2纲处治方法的适壳应性分您析文冒树抗中国由于地质颤、地形变化较维大，台背填土弦的材料和处治态方法也较多，狮因此在病害处胆治时应对不同疲填料的路堤和冲施工方法采用毙不同的处治对污策绸。柜海(1特)星对于山区公路璃的台背回填通粉常采用强度较钟高、透水性较尘好的块石或片拾石夹土回填，娘虽然块石和片段石的强度较高瓶，而且透水性巾也较好，但其辰不易压实，由意于工期和资金绳的限制，多数严路基未经过特洁殊处理，而且属大量的资料表燕明，台背填土旬存在局部的大柿空隙结构猫。粮狼寨虚在车辆荷载和孤自重压力作用派下易发生重新锁排列，从而引课起路基的不均玩匀沉降。因此浑对于可能具有锐大空隙的材料盟宜采用渗透注芝浆法，利用浆滋液充填大空隙琴，同时产生一俭定的胶结作用丑，从而达到限规制路堤的沉降贞变形和增加其荷整体性，提高液路堤强度的目顶的线。训凝(2旨)贿对于孔隙较小脊的一般粘性土喉、粉质土路堤物，根据其颗粒鹅小，容易压密呆的特点，可采着用压密注浆法溉、劈裂注浆法垫、树根桩托换生法和旋喷桩法橡。但在方法选冬择的原则上又烧略有不同，对淋于路基发生了些不均匀沉降的占情况通常可采弟用压密注浆法霸和树根桩托换眉法，这样不仅换可使路堤填土胞的密度增大，候还可使局部下燃沉的路堤得到展抬升尸。榆拒(3锻)陡对于湿陷性黄救土和膨胀土路价堤可选用劈裂璃注浆法、旋喷馆桩法，因为该栏法不仅可以压蛙密土体还可通兆过注人化学浆醋液改变土的物米理化学性能谱。汇拼3搬桥头跳车新型捕处治技袖术暑—栋—遇楔形柔性搭裙板愤复员泳楔形柔性搭板胜是利用土工格筑室加固层新颖产的立体结构和与独特的加固机送理，形成整体嘴性好、刚度较屯大的柔性结构筋层，采用模量弟渐变原理：同惜时考虑地基和僚路化基物2守个部分沉降因慧素，在路桥过问渡段设置楔形场加固区，柔性饥结构层一端固巴定于桥台，另挥一端与路基相虑连，实现刚性枝桥台与柔性路门基模量的平稳厕过渡，消除过输大的差异性沉兼降，形成平缓方的沉降过渡段股，达到防治桥她台跳车的目的碑。燃傍长3只．河1泼楔形柔性搭板潮的结构型另式级考叶昌柔性搭板布置胀按桥台类获型材(姿重力式、桩柱筛式、肋板好式胃)瑞的不同而分卵为展3添种基本型式，葡见搭图坡3贡。推慈泰3.防2汤楔形柔性搭板童大比尺模型试戏验系伙统酬绞舱灾路桥过渡段小杰比尺模型试验羞虽然也能部分登揭示处治方法睁的作用机理和滴适应性，但由懒于受模型比例盛的限制，其边转界条件、加载掩方式、路基填桃土特性、地基药沉降规律及材蛮料特性往往与顶现场实际相差柏较大。因此，虹小比尺模型试恋验很难定量分派析处治方法的锻适应性。为了夏有效地模拟不绿同工况下的路磨桥过渡段，对遇比和分析不同连处治方案对每地基沉降的适烂应性，开展大述比尺模型试验简很有必要。地代基沉降模拟和滤动荷加载模拟狡的研制是开展舟大比尺模型试泽验的关键环节筐，也是难点。榨要实现以营上拔2孔项功能，必须狼要设疏计扯1盏个集合地基沉迈降系统、动力胁加载系统、控哗制系统及配套浮系统在内的大色规模试验平台躺，对此，国内拌外尚无先例，忆其设计方案无真成熟经验可资逃借鉴。因此，餐笔者协同课题赠组其他研究人帮员集合了多个违相关专业的研牙究人员开展了僵联合攻关，在嫁多方努力下不枝断探索，成功棍地克服了困扰尽大比尺模型试余验平台的多个钥难题。模型试古验的结果表明打，大比尺试验议平台各个子系士统运行良好，灶完全达到了预棵期的目标和要测求抄。长烈呈郊3益．舱2挠．摩1堆系统规模及布瓣设锅典煎汗大比尺模型试禾验采卖用尺1衣：票1也足尺模型，路贸基顶面宽飘为恼3幼．犬4m夹，桥台填土高掠6m柳，边坡坡毙率泻1蛮：闹1谨．兔5孩，试验系统底尊面面积桂300m2蝴(霞15m较×豆20m窝)陕。其试验平台册概貌见蜡图徐4铺。华块贼3离．爽2兰．铺2隶试验系统组钱成己孝择星大比尺试验系绒统根据地基沉铺降和动载模拟致的需要，袍由界4页大系统组成，益包括沉降系统辫、支撑系统、循加载系统和控块制系统，见津图捡5西。似复钓3.清3连楔形柔性搭板滔作用机锁理煌冠尊垫土工格室加筋屈土不同于一般着意义上的加筋狗土，在土工格润室加筋土结构灯中，筋材面与嘉大主应力作用负方向是重合的舟：即土工合成牲材料面不垂直落于大主应力方搞向。在土工格三室中充填砂石晃或其他材料，富则土工格室与蹦填料所构成的甲这种复合体，塔其抗拉、抗剪弦强度和整体性鞠远远高于无筋晚土。若将这种滑复合体视为传喉统意义上的加筹筋材料，则加趴筋面即为水平撤面，土公与坏“绸加克筋累”暴的接触面也为桶水平面，这种古加筋土结构与鸣一般意义上的哑加筋土结构相咽同，而土漂与御“侦加韵筋居”俭的接触面即为螺土与土的接触国。因此，在这紫种加筋土结构辫的受力变形过坟程中贫：祖袜(1灯)是土与土的摩擦责与粘着提供了什较大的摩擦系危数与粘着力，旨产生了较大的椒摩擦力和抗拔近力悟。雁古(2续)浆土工格室提供卸了较大的抗拉蒜强度，以满足为防止发生拉力槽破坏的需要嘉。敏被(3远)傅土工格室与充必填于其中的填座料共同工作，城相互作用，土路工格室对填料胁提供了