軟土路基段橋臺與路堤銜接處的病害與防治

 
 
 
   一、橋臺與路堤銜接處產(chǎn)生沉降的原因
   1. 設(shè)計問題
   設(shè)計時對路橋過渡區(qū)段的施工條件考慮不周，對填料的要求不嚴格，橋臺后的排水設(shè)計考慮不周，都將影響工程質(zhì)量：
   ①采用傳統(tǒng)設(shè)計手段，在軟土路段的橋梁兩端采用樁基礎(chǔ)，樁尖持力層一般選用不變形的剛性地層或承載力很高變形很小的相對硬層，而兩段路堤直接落于軟土層之上，兩者之間存在著很大的沉降差。
   ②受重橋輕路思想影響，在處理不均勻沉降時設(shè)計人員往往把注意力集中于解決墩與墩、墩與臺之間的沉降差異上，沒有把橋路過渡區(qū)段作為一種結(jié)構(gòu)物來統(tǒng)一考慮，往往忽視橋臺與路堤銜接處的不均勻沉降問題，在結(jié)構(gòu)處理上僅用搭板過渡。
   2. 施工問題
   施工時，對工期或工序安排不當，以致使路橋過渡區(qū)段的填土碾壓工作安排在施工工期尾部，被迫追趕工期，不能確保橋頭預(yù)壓時間，亦不能保證填土碾壓質(zhì)量，使得填土本身出現(xiàn)較大的沉降變形。施工中，對路橋過渡區(qū)段的回填料不按設(shè)計填筑，或采用不良填料，或碾壓厚度超過要求，或壓實度達不到設(shè)計要求，或不進行分層次的質(zhì)量檢查，對施工質(zhì)量失之監(jiān)控，都將造成質(zhì)量缺陷，臺背處出現(xiàn)較大沉降變形。
    3. 地基條件的差異
    地基土的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)不同，所產(chǎn)生的沉降達到穩(wěn)定所需的時間也不同。在軟土地基上，路橋過渡段的路基和橋梁的工后沉降量是不同的，因此在路橋過渡處必然有沉降差。軟土路基在路堤荷載的作用下產(chǎn)生的變形分為初始階段、排水固結(jié)階段、次固結(jié)階段三個階段。初始階段變形屬剪切變形，從時間上來說可視為瞬時變形，在加荷的初始階段已完成，故部分變形與工后沉降關(guān)系不大；排水固結(jié)變形亦稱地基土主固結(jié)變形，即是在荷載之下地基土中土粒骨架之間的排水作用所引起的變形，它是地基變形的主體部分，其變化較緩慢，對淤泥或淤泥質(zhì)土來說，主固結(jié)變形的完成則需要更長時間；次固結(jié)變形發(fā)生于主固結(jié)變形之后，它是地基中土粒骨架在持續(xù)荷載作用下所發(fā)生的蠕動變形，因此，次固結(jié)進行得極慢，其變化速度與土體厚度和孔隙水流出的速度均無關(guān)，其壓縮量大小與時間對數(shù)成線性關(guān)系。對于粉土地基和中、低壓縮性的粘土地基，其全部完成沉降需要幾年時間；對于高壓縮性粘土地基、飽和軟粘土地基，則其全部完成沉降需要十幾年甚至幾十年時間。所以，地基條件的差異，特別是地基施工后沉降差異是地基造成橋頭跳車的主要成因之一。
    4. 路基與橋梁鏈結(jié)構(gòu)的差異
    由于路基與橋臺所用材料的不同，路橋過渡段作為柔性路堤與剛性橋臺的結(jié)合部位，在結(jié)構(gòu)上是塑性變形和剛度的突變體，在豎向位移、塑性變形以及對外部環(huán)境改變的相應(yīng)差異上，橋臺要比路堤小得多。軟土段的橋梁一般采用樁基礎(chǔ)，其沉降量很小，樁尖落于基巖的橋臺其下沉量幾乎為零。顯然，橋臺與路堤銜接段，橋臺不沉降（或沉降極?。?，路堤有很大沉降。當路面施工完畢后，路堤路基仍繼續(xù)著主固結(jié)尚未完成部分的沉降，同時產(chǎn)生末期次固結(jié)沉降，于是橋臺與路堤之間在銜接處存在著明顯的沉降突變點，導致沉降差異增大。
    5.橋臺后填料不當
    一是橋臺后路堤填料一般全是填土，施工時碾壓質(zhì)量不易控制，壓實難達設(shè)計要求。即使施工時壓實度完全達到設(shè)計要求，但因運營時路堤填土本身的自重和動荷載的作用，路堤填土也會產(chǎn)生變形，使得路橋過渡處出現(xiàn)沉降差。二是橋臺前的防護工程由于受水平土壓力的作用產(chǎn)生的水平位移致路橋過渡處路堤出現(xiàn)沉降變形。三是由于雨水的滲透流動使路堤填土產(chǎn)生病害，強度降低，從而使路橋過渡段出現(xiàn)沉降變形。
   二、 防治重點
   在設(shè)計內(nèi)若要減少或避免上述原因引起的沉降的危害性，必須針對以上造成沉降的因素的特點制定對策：
   ①選用恰當?shù)呐_背填料。應(yīng)使用透水性材料，如：砂礫、級配碎石等，或水穩(wěn)性材料，如：石灰穩(wěn)定土類、水泥穩(wěn)定土類、綜合穩(wěn)定土類等。
   ②從總體上應(yīng)對軟土地層加以改良，使之沉降總量大大減少。
   ③徹底改變重橋輕路意識，在路基施工中必須投入充足的精干的技術(shù)力量。對橋路過渡區(qū)段要有較為合理的設(shè)計要求，做到路橋不分家。
   ④加快路堤路基的固結(jié)變形速率，如：堆載預(yù)壓等，使主固結(jié)變形能基本完成于路面施工之前。
   ⑤在橋路的接點往路堤方向的一定長度范圍內(nèi)，采用不同的改良方法過渡，使銜接點至路堤方向的沉降量形成一段漸變的過渡段，使路面的沉降漸變、勻順，以減少不均勻沉降對行車的影響。
   ⑥必須采取正確的施工措施和適宜的施工方法，以確保臺背回填施工質(zhì)量滿足規(guī)范和設(shè)計要求。
   三、 防治方法
   1. 換土法
   換土法一般治理徹底，效果良好，它適用于軟土比較薄的橋頭路段。該法缺點是土方量大，而且還需要棄土場。
   當軟土地基的承載力和變形滿足不了設(shè)計要求，而且軟土層的厚度又不是很大時，將路基底面下處理范圍內(nèi)的軟土層部分或全部挖去，然后分層換填強度較大的砂、碎石、土、灰土、二灰土或其它強度較高、性能穩(wěn)定、無侵蝕的材料等，并用人工或機械夯實。換土法適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等淺層和低洼區(qū)域處理，還適宜處理濕陷性黃土、膨脹土和季節(jié)性凍土等一些區(qū)域性特殊土。
    換土法的處理深度通常宜控制在3m以內(nèi)，不小于0.5m，若墊層薄則其作用不顯著。結(jié)構(gòu)物處的填土應(yīng)分層填筑，每層松鋪厚度不宜超過15cm；填料應(yīng)采用砂類或透水性土，若采用非透水性土時，應(yīng)在土中增加外摻劑（石灰、水泥等）以改良其性質(zhì)后使用。臺背填土順路線方向長度頂部為距離墻尾端不小于臺高加2m；底部距基礎(chǔ)內(nèi)緣不小于2m；拱臺背填土長度不應(yīng)小于臺高3～4倍。施工中要注意安排橋臺背后填土與錐坡、溜坡填土同時進行，應(yīng)按設(shè)計寬度一次填足。
    2. 深層攪拌樁加固法
    深層攪拌樁加固法是將水泥（水泥漿噴射或粉末噴射）往地基灌注并強制攪勻，使軟土硬結(jié)成具有整體化、有足夠強度的水泥加固土，從而提高地基強度和增大變形模量。深層攪拌能有效地減小沉降量，有效控制工后沉降，使工后差異沉降控制在滿足設(shè)計要求的范圍內(nèi)，這是用來處理路堤下軟基的一種較適用的方法。
    3. 擠密樁加固法
    擠密法是以振動、沖擊或沉管等方法成孔，在軟土內(nèi)填充碎石、砂石、土（或灰土、二灰土）、石灰或其它材料，再加以振實而成為直徑較大樁體，從而提高地基承載力和減少地基的沉降量。擠密樁屬于柔性樁，它主要靠樁管打入地基時對地基土的橫向擠密作用，在一定的擠密功作用下土粒彼此移動，重新排列組合，小顆粒填入大顆粒的空隙，顆粒間彼此緊靠，孔隙減小，此時土的骨架作用隨之增強，從而使土的壓縮性減小和抗剪強度提高。擠密樁加固法用在軟粘土和沉降比較大的地方時，宜用土工網(wǎng)（或土工格柵）制作的圓筒包碎石、砂石、土（或灰土、二灰土）、石灰形成碎石樁，這樣樁徑不會隨外荷載擴大而失控。
    4. 水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）
   水泥粉煤碎石樁，簡稱CFG樁，是在碎石樁的基礎(chǔ)上摻入適量的石屑、粉煤灰和少量的水泥加水拌和后制成的一種具有一定膠結(jié)強度的樁體，它是近幾年來發(fā)展起來的處理軟弱地基的一種新方法。該方法與擠密碎石樁相似，只是用水泥粉煤灰來穩(wěn)定碎石，代替土網(wǎng)的作用，使樁柱體形成。但較之碎石樁，CFG樁則優(yōu)越得多，因為它是一種低強度混凝土樁，故相對可較大幅度地提高地基的承載力，而碎石樁加固軟土地基僅可提高地基的承載力約一倍左右。
    5. 預(yù)應(yīng)力管樁或Y型沉管灌注樁
    預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PHC）為工廠化大批量生產(chǎn)，現(xiàn)場施工主要采用靜壓法，具有樁身混凝土強度高，適應(yīng)性廣，耐沖擊性能好，穿透力強，承載力高，抗彎抗裂性能好，施工快捷、方便，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，耐久性好等特點，為有效提高承載力，樁頂加設(shè)樁帽。Y型沉管灌注樁很好地結(jié)合了國外Y型樁和國內(nèi)成熟的沉管灌注施工技術(shù)，由于Y型樁的樁身帶有突起的三條側(cè)棱，加上樁頂配有一個樁帽，具有較大的比表面積，大幅提高了單樁承載力，從而達到既提高地基承載力又降低造價的效果。
    6. 綜合法
    綜合上述處理方法，結(jié)合施工現(xiàn)場情況組合選用。若橋臺采用鉆孔灌注樁樁基時，橋頭段路堤軟基宜采用設(shè)置水泥攪拌樁、預(yù)應(yīng)力管樁或Y型樁加土工格柵加堆載預(yù)壓的過渡方法；若橋臺地基采用其他方式處理時，橋頭路堤軟基宜采用塑料排水板加砂（礫）墊層加土工格柵加超載預(yù)壓的方案過渡。
    7. 其它措施
    除上述地基處理措施外，為減少差異沉降所產(chǎn)生的不良效應(yīng)，尚須采取如下措施：
    ①鄰接搭板的路堤一定長度內(nèi)路基用水泥穩(wěn)定碎石層處理，并在層間設(shè)置一層加筋網(wǎng)。若采用常規(guī)排水固結(jié)處理，其井間距在鄰橋頭段根據(jù)計算加密，使沉降值從大到小有一個漸變。攪拌樁或碎石樁過渡段末端與井板加密區(qū)交界處設(shè)置土工織物加（砂）墊層協(xié)調(diào)該處變形。
    ②采用預(yù)拋高措施。結(jié)合沉降觀測分析，分段計算確定合適的預(yù)拋高值，使得土體工后沉降與拋高值大致相等，以最大限度地消除路基沉降對工后的影響。