公路路桥涵过渡段结构设计技术分析.docx
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公路路桥涵过渡段结构设计技术分析
第24卷第2期2007年6月
广东工业大学学报
J∞r腿l
of
Guan酣ong
UIliVersityof
Tech舯logy
V01.24No.2
June2007
公路路桥(涵)过渡段结构设计技术分析
罗志强
(广东工业大学建设学院,广东广州510090)
摘要:
结合公路路桥(涵)过渡段路基路面产生不均匀沉降问题,分析和提出公路路桥(涵)过渡段结构设计应注意
保证路桥过渡段的地基条件与路基条件、加强桥台软土地基处治的研究、选择合适的桥台与桥头路堤的稳定与沉降控制措施.
关键词:
路桥(涵)过渡段;结构设计;沉降中图分类号:
U416
文献标识码:
A
文章编号:
1007_7162(2007)02旬064m5
公路等级不同,行车速度不同,产生桥头跳车的路基不均匀沉降量也不同.对行车速度低的低等级公路,桥头引道不均匀沉陷3~5cm,其跳车现象不明显,对道路的通行能力、交通安全和行车舒适性等影响不太大:
然而,对于高等级公路,桥头引道不均匀沉降量2cm以上就感觉到跳车,5cm以上就会感觉到严重跳车,此时会引起交通安全问题.也就是说,预防和治理桥梁引道不均匀沉陷对高等级公路具有较高的要求,成为高等级公路建设的一个不可忽视的问题.为了防止或减轻桥梁引道不均匀沉降量,避免桥头跳车现象,设计和施工的工程师必须从思想、技术和施工管理手段充分重视路基路面的施工设计和施工质量,认真做好路基地基沉陷的预防
工程,减少因施工方面的原因而加重桥头跳车的
现象.
1
加强桥台软基处治研究,确保地基和路基条件
1.1
加强桥台软±地基的处治研究
如果在桥台桩基成桩之前未对软土地基处理,即没有减少成桩后的地基沉降,则桥台桩基施工完成后,桩侧软弱土层受到桥头填土路堤竖向荷载的作用,桥头引道产生不均匀沉陷,当软弱土层的压缩下沉量大于桩的竖向位移值时,包括桩身压缩和桩底下沉位移,压缩土层将对桩产生向下的负摩擦力,从而增大桩所承受的轴向荷载.与此同时,当土层中地下水位下降引起地面下沉以及土层的压缩下沉大于桩身的下沉速度时,也会对桩产生负摩擦力,增大桩所承受的轴向荷载.因此,必须认真对待桥台软土地基,加强研究其对路基路面工程的影响程度,寻找
解决桥头跳车现象的软土地基处治方法.广东汕头
海湾大桥北引道的桥梁基础设计为钻孔灌注桩,桩基施工之前采用砂桩结合堆载预压法处理桥台软土地基,使地面沉降减少,达到某一设计稳定值,路基基本稳定后方施工钻孔桩,从而减少桥台桩基负摩擦力,减少与防止桥头跳车等现象11J.
国内高速公路软土地基处治大多数采用排水固结法,但仍然存在软基路堤不均匀沉陷,桥头产生跳车现象,除软基路堤设计与施工细节欠妥之外,一个主要原因是未能保证充分的软基排水固结时间,往往在沉降尚未稳定的情况下就进行路面施工.因此,为了保证软基排水固结的施工质量,消除软基路堤不均匀沉陷的现象,必须采取下述措施:
1)尽可能地提前软土地基路段的施工时间,尤其是桥台地段的施工时间,争取更长的预压时间,以减少软基路基工后沉降量.
2)根据软土的地质条件、土层性质和路堤填筑高度,一般路段采用袋装砂井或塑料排水板处理,采用不同的施打长度和施打密度,其间距在邻近桥头路段附近适当加密;在桥台处设置搅拌桩过渡层,并在搅拌桩过渡段末端与袋装砂井或塑料排水板加密区交接处设置土工织物砂垫层,以协调变形.1.2确保公路工程的地基和路基条件
从路桥过渡段的路基路面工程实施可知,路桥过渡段的变形控制必须解决两个问题:
1)严格控制过渡段内路基的工后沉降量;2)将路桥交界处的错落式沉降变成连续的斜坡式沉降.因此,其变形控制主要是控制路基工后沉降和路桥间差异沉降.在桥头引道路堤填筑过程中,采用土工合成材料加筋路堤并不能提高地基承载力,也不能有效地阻止地基
收稿日期:
2006—03.24
作者简介:
罗志强(1954.),男,副教授,主要研究方向为路基与路面工程、桥面铺装工程
第2期
罗志强:
公路路桥(涵)过渡段结构设计技术分析
的沉降.只有当地基具有足够的承载力,在路堤填土自重荷载与车辆荷载的联合作用下不致破坏而产生较大的沉降时,土工合成材料的加筋才会产生明显的效果.根据交通部《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》JTJ017—96规定,路桥连接处最大容许工后沉降为10cm.只有要求根据沉降曲线换算的工后沉降量小于容许工后沉降值,并且要求连续2—3个月观测的沉降量每月不超过6mm,才能进行路面施工.
桥台与路堤之间存在着不均匀沉陷,造成桥头路段纵坡变化,导致纵坡不顺畅及构造物的附加变形,产生桥头跳车现象,问题在于必须制定相应对策和处治技术标准,交通部“七五”科技攻关项目“软基综合处理课题”指出,若由沉降引起的纵坡变化值不超过2%,则驾驶员按120kⅡ∥h速度行驶时未感觉有桥头跳车现象.国外也有设计规范规定了由沉降引起的纵坡变化值不大于4%的要求.纵坡变化值标准的高低直接涉及到软基处理费用,在施工设计中必须充分考虑技术性和经济性,选择合适的技术标准.
从高等级公路的路况调查结果可知,当路面局部纵坡达到0.5%时,车辆行驶会产生晃动或摇动现象.因此,通过分析不均匀沉降值对路面结构附加应力的影响,建议路桥过渡段的沉降差值控制标准以5cm为宜,路桥之间形成的沉降坡差以不大于
0.4%为标准.
因此,高等级公路路桥过渡段的地基条件应是保证路基的工后沉降≤10cm,沉降差小于5cm,沉降坡差≤0.4%的控制标准.根据《公路路基设计规范》JTJ013—95,对于我国高等级公路路桥过渡段的路基条件建议:
土基的cBR值≥8%,压实标准:
路
面底面以下为0~O.8m,路基压实度≥95%;路面底面以下为0.8一1.5m,路基压实度≥93%;路面底面1.5m以下,路基压实度≥90%.
2桥台与桥头路堤的稳定与沉降控制
措施
桥梁由于采用桩基础,自身的稳定与安全已不成问题,沉降量也很微小.为了解决路堤与桥梁连接处的不均匀沉降,避免出现“驼峰”、“错台”等病害,消除桩的负摩擦阻力,必须解决桥与路的荷载不一
致的问题.2.1预压法
~般与竖向排水井、石灰桩等法并用.其原理是首先采用与路堤相同的总荷载,对桥台进行预压,待
地基沉降稳定后,再卸去桥台处的预压荷载,修筑桥台.此法有助于消除不均匀沉降和桩的负摩擦力,且适用于任何形式的桥台.此法在处理挡土墙基础时也同样使用,如图1所示,图1(a)为桥台时,图1
(b)为挡土墙时.
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图l预压法处治不均匀沉降
2.2平衡压重路堤法
在预压法的基础上,采用桩柱式桥台,在预压完成后的压重基础上钻孔置桩,修筑桥台,则可不必挖除桥台部分.该法有助于消除不均匀沉降和桩的负摩擦力,避免桥台发生纵向位移.此法只适用于桩柱
式桥台.
上述两种方法经常结合超载预压法、铺砂垫层法、塑料排水板法、袋装砂井法、挤密砂桩法等一起使用,可加快地基沉降、缩短预压时间和增强预压效果.这两种方法的优点是施工简单、效果好,且节省投资;缺点是预压时间长,且预压期间不易安排施工.
2.3反压护道桥台法
反压护道桥头台如图2所示.当桥台与桥头路堤的纵向稳定系数不足时,常采用反压措施或延长引桥以提高其稳定性,其形式如图3所示,图3(a)和(b)为桥下反压护道,图3(c)为放缓岸坡延长引桥,图中^、f、m值必须根据稳定性计算而定.当然,在桥台前设置反压护道,必须充分考虑过水断面受到压缩的影响,并采取必要的防护加固.有时则宁可延长引桥使桥台远离河岸陡坡,尽量使台前与台后的天然地面标高接近一致,或高差较小.显然,设置在缓坡或平地上的桥台,在纵向稳定上是有利的,而且延长引桥常使桥头填土高度降低,这样使软土地基上受填土荷载作用引起纵向滑动的可能性大为减
少.
广东工业大学学报第24卷
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图2反压护道桥台
为了保证纵向稳定,桥头填土的软基必须加固.
目前,最常用的加固措施是设置竖向排水体,采用分
期填土碾压.砂井间距往往较小,以加速固结.预压范围应延伸至桥台基础轮廓范围以内,然后再挖去预压填土修建桥台旧J.然而,习惯的施工程序往往是先修桥台,再进行填土,难以达到预期的效果,甚至
导致失败,应引以为戒.
在软土地区,由于基础与软土之问的摩擦强度
(c)
图3
为保持桥台纵向稳定的各种措施
极低,在水平荷载作用下,桥台沿桥孔方向的平行滑但造价较高.
移是常见的.通常采取的措施为:
1)锚定法:
在桥台基础上连接拉杆,另一端锚定在路堤内,以分担桥台所受的水平推力;2)拖板法:
在桥台基础尾部以铰接形式连接一钢筋混凝土拖板,利用拖板上的路堤填土压力,通过拖板与地基土的摩擦力分担桥台所受的水平力;3)支撑法:
常用于小桥桥台之间,基础前设置钢筋混凝土或素混凝土支撑.以上各法在设计时必须详细计算,确定其受力大小,并据此选择结构尺寸,核算结构内力,以求安全.2.4减轻桥台背后填±荷载法
采用轻质材料(如发泡聚苯乙烯EPs、粉煤灰等)填筑台背路堤,或在台背处增设箱涵、管涵以减少台背路堤荷载,如图4所示,这种方法可减轻桥台与路堤的沉降差.但只能使不均匀沉降减少,而不能消除;能节省施工工期,但增加了工程造价.
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图4减轻桥台背后填土荷载法
2.5桩基混凝土平衡板法
该法在桥台设置平衡板,或打人预制桩(如碎石桩、水泥混凝土桩、粉体搅拌桩、旋喷桩等),或扩大预制桩头,如图5所示.这种方法处理效果较好,
图5桩基混凝土平衡板法
2.6合理设置缓和过渡段
《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》JTJ017—96明确指出:
对于地下处治方案,应注意段间的缓和过渡,以减少段问的差异沉降.由于不同的结构型式,从桥台刚度大的混凝土结构逐步过渡到柔性的填土路基结构和沥青混凝土路面结构,其强度不一致.因此,软土地基处治时,各段不同强度之间需设置强度过渡段.同样,地面上的路堤,亦需要设置强度过渡段.世界银行贷款项目要求在刚性桥台和柔性路堤之间要加50m的强度渐变段,使用不同的级配填料,确保路堤强度过渡.如果设置50
m
渐变段有困难,建议渐变段长度不得小于30m.如果桥头引道不存在软土地基,路桥过渡段的差异沉降控制标准为5cm,沉降坡差按0。
4%控制,则强度
渐变段长度应大于13
m.
2.7桥台台背路堤加铺土工格栅
在桥涵、通道等横穿公路的构造物与构造物台背的路基填土之间,往往因为刚度悬殊而产生阶梯状不均匀沉降,引起桥头跳车现象.为了减少路基和
第2期罗志强:
公路路桥(涵)过渡段结构设计技术分析
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构造物之间的不均匀沉降,将沉降差控制在一定的
范围内渐变,起到减少和消除桥头跳车的目的.采用
带孔的土工格栅和土工网和台背联接,分层铺设对台背填土进行加筋,可有效地改善填土的整体特性,使台背局部土体的垂直应力和水平应力明显减少,剪应力明显提高,使其土体的抗剪强度充分发挥,同时有利于填土的压实,提高压实度,减少填土本身的沉降,在某种意义上使承载力有所提高.
在路桥过渡段路基施工中采用土工格栅技术,当土工格栅与土一起承受车辆荷载和土体自身荷载的同时,具有下述3方面功能:
1)由于土工格栅使土体的抗剪强度得到充分发挥,约束了土体的侧向变形,控制路基填土的侧向位移,增强了路基的整体稳定性,从而增大了路基的变形模量;2)由于土工格栅与路基填土的摩擦作用,使上部荷载在路基中重新分配,降低了桥台台背局部范围土中的垂直应力,使路基土体承载力得到提高,从而减少沉降;3)由于水平摊铺的土工格栅具有弹性,在车辆荷载的反复作用下,不会产生或减少变形的累积.
由于在路桥过渡段铺设土工格栅具有明显的工程效果,因此在路桥过渡段高填方路堤可采用桥台台背回填加铺土工格栅的结构型式.土工格栅的设置间距和长度应满足《公路土工合成材料应用技术规范》朋J/1D19—98的要求,通过计算确定.土工合成材料应在相互平行的水平面上分层铺设,最下一层宜铺设在构造物基础的顶面,最上一层宜铺设在路基的顶面.同时土工合成材料应和构造物相互联接,可采用嵌固联接和锚固联接,并作好台背排水.
2.8桥台台背设置横向泄水管或盲沟
在路基基底上填筑横坡为3%~4%的黏土土拱,进行夯实,然后在土拱上挖一条双向放坡的地沟,如图6所示,地沟断面尺寸一般可取(40~60)cm×(30—50)cm.在台背后全范围内满铺一层隔水材料,例如油毡或尼龙薄膜材料.在地沟内四周铺设小
孔孑L径为5mm的硬塑料管,塑料管的直径不小于10
cm,梅花形布置,间距大约为10cm.塑料出水管的出口应伸出路基或桥头锥坡以外,最后在塑料管四周填
筑透水l生材料.若采用盲沟,设置方法与此相同,仅取
消其中的塑料管,采用大粒径的碎石填筑地沟,并用土工布包裹盲沟的出口和做必要的处理.
图6桥台台背泄水沟示意图
2.9桥头搭板
根据桥头路堤与桥台相对沉降量预计值以及车辆行驶要求的顺适程度,合理地确定搭板长度.国内资料表明,搭板长度一般为6~8m,浙江省国道采
用15m长的桥头搭板.到目前为止,搭板的设计未
有统一模式,一般按照下述原则确定其长度:
1)路面设计使用年限内,由于道路下沉引起路面纵坡变化,要求搭板随路堤沉降后倾角在1/200
至1/300范围内变化;
2)搭板的长度能跨越桥台台背难以压实的土
体,或跨越按计划在台背预留的土方缺口长度;
3)根据搭板的受力状态,用弹性地基或简支梁计算搭板长度.
按上述计算的搭板长度为20—30m.因此,可参考此计算方法,结合工程具体情况,合理确定搭板长度.搭板强度的设计,应根据搭板与台背填土可能脱空的最不利状态处理,同时考虑搭板节段的划分以及枕梁位置对搭板强度的设计影响.
采用长搭板可缓和桥头错台,但不能消除沉降和桩体的负摩擦力.为了尽量减少错台,上述一些方法可以并用,也可通过修整铺装来调整错台.
2.10减少路堤和路面结构层沉陷的路面设计
针对目前高等级公路软土地基处理较多采用排水固结法,结合桥梁引道存在不均匀沉陷而引起桥头跳车现象,从提高软基路堤的强度和稳定性、减少软基路堤工后沉降的角度出发,施工设计阶段和施工过程必须解决好下述若干问题:
1)在施工设计阶段,桥梁设计要尽可能考虑设置桥头搭板,在上部构造搭板与桥台连接处作构造处理,使上部构造的桥面连续扩大到搭板内,减少桥台处的变形因素.同时,认真分析桥台地基土层情况,确定如何使桥台填土路堤更为密实的方法.邻接搭板的路堤一定长度内,路基采用水泥稳定碎石层处理,并设置一层钢筋网,使路基刚度
逐渐过渡.
2)软基路堤施工时,必须严格按照施工设计的要求实施分级填筑路堤,根据路堤中心沉降速率和侧向位移速率小于设计要求的原则选择合适的填土速度,严禁填土前期慢而后期快的现象发生.
3)在施工阶段,桥梁台背路基填土和路面基层的压实度必须得到保证.一般除用振动压路机层层压实之外,还必须对台背路堤填土及路面垫层和基层增加轻型垂直夯实机械压实或人工压实,以达到较高的压实度.
4)软基路堤填筑高度达到设计标高时,以路
广东工业大学学报第24卷
面重量预压过程中,必须加强软基路基沉降观测,并且采用双标准控制确定路面施工时间:
(1)要求根据沉降曲线换算的工后沉降量小于设计容许值;(2)要求连续2~3个月观测的沉降量每月不超
过6mm;上述两个条件缺一不可.这样才能保证路
面的使用性能,减少或避免桥头跳车现象,有利于
车辆行驶‘引.
同时,结合具体工程情况,采用下述路面的处理
设计方法:
1)设反向坡度.在桥台与路堤的结合段预设反向坡度,类似于设置桥梁预拱度的方法.坡度的大小视桥台与路堤的沉降差而定.有些地方在路面铺筑之前预加抛高14—16cm,待路面铺完之后,其沉降量就能达到此抛高值的50%以上.由于精确预估比
较困难,只能通过逐步积累资料,走向完善.
2)设置过渡路面.当路基沉降规律难以掌握时,可在桥头一段长度的范围内铺设过渡性路面,待路堤沉降基本完成后再改铺原设计路面.常用的过渡性路面有预制水泥混凝土六棱块(边长34.6
cm,
厚20cm)和条石铺砌(尺寸为25
cm×25cm×40
cm)等.这种处理方法的优点是发现局部沉陷时,翻修处理速度快,但不易铺砌平整,行车时有抖动感觉,并且雨水易通过砌缝渗入路基内.
3)桥面与路堤的路面铺装混凝土一次完成.这种方法可以解决路面与桥面混凝土连接的顺适性.但此时应注意,在设计中应将台帽背墙的顶面标高降低,使搭板的一端直接搁置在背墙的顶面上,使桥头从原来的两条接缝变化成一条接缝,以提高行车的舒适性.
4)桥台与路面间的接缝处理.对于水泥混凝土
路面,在桥台与路面连接处容易产生横桥向裂缝.因此,为了防止雨水渗入路基导致路面破坏,可以采用图7所示的连接形式.填缝材料可采用玻璃纤维类
的物质或麻织物等,然后再灌进较稀的沥青.
图7桥台与水泥混凝土路面间的接缝处理
3
结束语
从公路软基路基路面工程实践可知,对于路桥
(涵)过渡段结构,只要对上述设计注意的若干问题引起高度注意,精心设计,精心施工,严格管理,就可保证公路路桥(涵)过渡段的设计质量和施工质量达到规范的设计要求,减少或避免公路路桥(涵)过渡段出现不均匀沉降,确保和提高软土地基路基路面的使用性能和使用寿命.
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StructureDesignAnalysisforTraI峪itionSectionofHighwayandBridge
LUOZhi-qiang
(Facultyofconstmction,GuaJl鲥ongUniversify
of
Technology,Guan铲hou5l0090,China)
Abstract:
Combinedwiththeproblemsofthe
ununifom
settlementsmetinthesub铲adeandpavementintransition
sectionofthehighwayandbridge,itisanalyzedandpresentedthatstructuredesignmust
secure
thefoundation
conditionsandsubgradeconditionsintransitionsectionofthehighwayandbridge.Thestudyofthesoftsoilbasetreatmentatthebridgeabutmentmustbe
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公路路桥(涵过渡段结构设计技术分析作者:
作者单位:
刊名:
英文刊名:
年,卷(期:
被引用次数:
罗志强,LUOZhi-qiang广东工业大学,建设学院,广东,广州,510090广东工业大学学报JOURNALOFGUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY2007,24(21次参考文献(4条1.垄晓南高速公路地基处理理论与实践20052.王希年;罗志强桥头软基路堤设计与施工必须注意的若干问题[期刊论文]-广东工业大学学报2003(023.刘玉卓公路软土地基处理20044.罗志强;林川汕头海湾大桥北引道软土地基处理1999(02本文读者也读过(9条1.赵伟公路桥涵过渡段路堤工程施工技术分析[期刊论文]-科技创新导报2008(252.李春霞.王在峰路桥过渡段地基处治对策[期刊论文]-科协论坛(下半月)2008(123.蔡惠妆路桥施工中过渡段管理与控制[期刊论文]-城市建设2010(44.孙同兴.吴鸿.陈新芳.侯学良.李秉滔番荔枝科蚁花属和澄广花属叶的比较解剖学研究[期刊论文]-云南植物研究2002,24(65.邱木洲路桥过渡段软基路堤的设计与施工研究[期刊论文]-采矿技术2004,4(26.张宏.王劲松路桥过渡段结构型式设计与施工方法探讨[期刊论文]-公路2001(97.王元智.WANGYuan-zhi高速公路超高设计方法的研究[期刊论文]-船海工程2009,38(38.孙同兴.姚辉.吴鸿.李秉滔.侯学良暗罗属植物叶的比较解剖学研究[期刊论文]-武汉植物学研究2003,21(19.任钰芳桥头引道软土路堤处治[期刊论文]-公路与汽运2007(1引证文献(1条1.周志杨台后路堤沉降病害的防治[期刊论文]-广东建材2010(3本文链接:
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