橋頭沉降差異分析及處理

 橋頭沉降差異分析及處理

　　【摘要】公路是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要命脈，從已投入使用的公路特別是高速公路來(lái)看，常見(jiàn)的道路病害是路面在臺(tái)背回填處出現(xiàn)沉陷或斷裂，車(chē)輛通過(guò)臺(tái)背回填處跳車(chē)。文章對(duì)橋頭的沉降差異進(jìn)行了分析，并初步提出一些處理措施。

　　【關(guān)鍵詞】橋頭沉降；差異分析；措施

　　一、 沉降差異產(chǎn)生的原因分析

　　目前的路橋過(guò)渡段常采用設(shè)鋼筋混凝土搭板和不設(shè)搭板兩種情況。本文就這兩種情況下過(guò)渡段的沉降機(jī)理進(jìn)行分析。

　�。ㄒ唬┰O(shè)搭板時(shí)的沉降分析

　　對(duì)于使用鋼筋混凝土搭板的橋頭過(guò)渡段，橋頭搭板的一端擱置在橋臺(tái)背上，另一端通過(guò)枕梁設(shè)在引道土體上。為了便于分析沉降差產(chǎn)生的過(guò)程，我們做出如下假設(shè)：

　�。�1）竣工時(shí)橋面和搭板面的縱坡相等，均為i1；

　�。�2）橋頭沉降過(guò)程中，搭板繞簡(jiǎn)支端轉(zhuǎn)動(dòng)，且可以被視為平直的剛體；

　　（3）搭板上和橋面上的面層結(jié)構(gòu)和厚度相同，不產(chǎn)生沉降差。

　　1．橋頭過(guò)渡段沉降差產(chǎn)生的過(guò)程

　　由于影響因素較多，為了便于分析問(wèn)題，假設(shè)在沉降過(guò)程中存在橋面縱坡i2b等于搭板面縱坡i2a的情況(如圖1)，這樣可以將橋頭沉降過(guò)程分為以下兩個(gè)階段。

　　圖1設(shè)橋頭搭板時(shí)沉降差異示意圖　　

　　第一階段是竣工后至橋面縱坡i2b等于搭板面縱坡i2a時(shí)這一過(guò)程，主要是橋面由于墩臺(tái)產(chǎn)生沉降凡造成縱坡變化(Δ1=i2a－i1)控制，其值不能過(guò)大，否則將造成橋面破壞，伸縮縫擠壞及支座條件變差。因此，各國(guó)的橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范均有限制。

　　第二階段是橋臺(tái)沉降趨于穩(wěn)定后至整個(gè)引道土體趨于穩(wěn)定。此時(shí)的主要特點(diǎn)是橋面縱坡i2b與搭板縱坡i3不相等，兩者之間稱(chēng)為縱坡差△2，即△2=i3一i2b其大小對(duì)過(guò)渡段的行車(chē)舒適性影響很大。

　　2．沉降差異的表示

　　為了進(jìn)一步分析差異沉降的危害，需對(duì)沉降差異用某一數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)表示。通過(guò)對(duì)沉降差異的形成過(guò)程的分析，我們可以將搭板遠(yuǎn)臺(tái)端部沉降趨于穩(wěn)定時(shí)的總工后沉降量Sa分成兩個(gè)部分，即

　　Sa＝Sb+△S

　　式中，Sb一橋臺(tái)基礎(chǔ)的預(yù)期工后沉降量；

　　△S一橋臺(tái)與搭板遠(yuǎn)離臺(tái)端下土體之間的差異沉降量。

　　橋臺(tái)基礎(chǔ)預(yù)期工后沉降量可以用如下公式計(jì)算，即

　　Sb=α1α2L'

　　式中，α1一橋臺(tái)基礎(chǔ)工后沉降值占基礎(chǔ)總沉降值的比例系數(shù)，主要與地基土類(lèi)型有關(guān)。對(duì)于低壓縮性飽和粘土，α1＝0.40；對(duì)于中壓縮性飽和粘土，α1＝0.70；對(duì)于高壓縮性飽和粘土，α1＝0.85。

　　α2一考慮橋臺(tái)基礎(chǔ)形式的系數(shù)，一般地，對(duì)于摩擦樁基礎(chǔ)，α2=1/500；對(duì)于擴(kuò)大基礎(chǔ)，α2=1/300。

　　L'一橋梁邊跨跨徑(m)

　　以L表示搭板長(zhǎng)度，以△S表示橋臺(tái)基礎(chǔ)與搭板遠(yuǎn)離臺(tái)端下土體的工后沉降差，α2表示橋面縱坡和搭板面縱坡的差異值。如圖1所示，得到以下關(guān)系式

　　△S＝（△1＋△2）×L

　　由此可見(jiàn)，橋臺(tái)與引道土體容許沉降差并不是一個(gè)常數(shù)，而是與縱坡差和搭板長(zhǎng)度均有關(guān)系。

　�。ǘ�）未設(shè)橋頭搭板時(shí)的沉降分析

　　未設(shè)置橋頭搭板的水泥混凝土路面、瀝青混凝土路面，由于橋臺(tái)和引道土體沉降差異在橋頭形成一個(gè)陡坎或臺(tái)階(如圖2所示)。從行車(chē)安全和舒適性來(lái)看，臺(tái)階對(duì)行車(chē)的影響比設(shè)置搭板時(shí)的影響要大。

　　圖2未設(shè)橋頭搭板時(shí)沉降差異示意圖　

　　未設(shè)置橋頭搭板時(shí)，由于橋臺(tái)和引道土體沉降差異在橋頭形成一個(gè)陡坎或臺(tái)階。為了便于分析，也將工后引道土體沉降趨于穩(wěn)定時(shí)的總沉降量Sa分成兩個(gè)部分，即

　　Sa＝Sb+△S

　　式中，Sb一橋臺(tái)基礎(chǔ)的預(yù)期工后沉降量；

　　△S一橋臺(tái)與引道土體之間的差異沉降值；

　　△S就是臺(tái)背產(chǎn)生的臺(tái)階高度，對(duì)行車(chē)舒適性的影響很大。

　　二、路橋過(guò)渡段沉降病害處治的措施

　　臺(tái)背過(guò)渡段的差異沉降是眾多因素的影響而形成的。要解決這個(gè)問(wèn)題，就必須從多個(gè)方面入手，對(duì)于不同的影響因素采用相應(yīng)的方法解決。

　　（一）臺(tái)背地基處理

　　地基可以分為天然地基與人工地基。直接放置基礎(chǔ)的天然土層稱(chēng)為天然地基。如果天然地基土質(zhì)過(guò)于軟弱或有不良的工程地質(zhì)情況，需要進(jìn)行人工加固或處理后才能修筑基礎(chǔ)，這種處理過(guò)的地基稱(chēng)為人工地基。

　　對(duì)于軟土地基處理，目前國(guó)內(nèi)已有換土法、超載預(yù)壓法、排水固結(jié)法、高壓噴射注漿法、振動(dòng)碎石樁法、深層攪拌樁、擠密砂樁等方法，下面介紹采用深層攪拌法加固橋頭軟基的方法。

　　深層攪拌法是用于加固飽和粘性軟土地基的一種方法。深層攪拌法是20世紀(jì)60年代由日本和瑞典分別開(kāi)發(fā)的軟土加固技術(shù)。目前應(yīng)用最多的為粉噴樁，一般借助于壓縮空氣，采用專(zhuān)門(mén)深層攪拌機(jī)械設(shè)備，從不斷回轉(zhuǎn)的中心軸端向四周被攪松的土體噴出漿體或粉體固化劑(如水泥等)，經(jīng)葉片攪拌并吸收周?chē)�水分，在加固的深層軟土中進(jìn)行一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)復(fù)合地基，從而提高橋頭軟土地基的承載力，減少沉降量(特別是工后沉降量)，縮短固結(jié)期，提高邊坡穩(wěn)定性。

　　采用石灰粉噴樁加固軟粘土，其原理與公路常用的石灰加固土基本相同。石灰與軟土主要發(fā)生以下作用：石灰的吸水、發(fā)熱、膨脹作用；離子交換作用；碳酸化作用(化學(xué)膠結(jié)作用)、火山灰反應(yīng)以及結(jié)晶作用。這些作用使土體中水分降低、土顆粒微聚而形成較大的團(tuán)粒，同時(shí)土體化學(xué)反應(yīng)生成復(fù)合水化物在水中逐漸硬化而與土顆粒粘結(jié)一起從而提高了地基的物理力學(xué)性質(zhì)。水泥攪拌樁加固軟粘土地原理是在加固過(guò)程中發(fā)生水泥的水解和水化反應(yīng)；水泥水化生成鈣離子與土粒的納離子交換使土粒形成較大團(tuán)粒。這些反應(yīng)使土顆粒形成凝膠體和較大顆粒；顆粒間形成峰高狀結(jié)構(gòu)；生成穩(wěn)定的不容于水的結(jié)晶化合物，從而提高軟土強(qiáng)度。

　　一般對(duì)攪拌樁的設(shè)計(jì)主要從以下幾個(gè)方面考慮：

　　1．?dāng)嚢铇兜脑O(shè)計(jì)，包括確定樁長(zhǎng)和選擇粉體固化劑(如水泥或石灰)的摻入量；

　　2．置換率和樁數(shù)的計(jì)算；

　　3．樁位的平面布置；

　　4．下臥層地基的驗(yàn)算。

　　對(duì)于利用深層攪拌法處理臺(tái)后路基時(shí)，應(yīng)當(dāng)特別考慮樁長(zhǎng)及置換率。據(jù)資料表明，一般認(rèn)為樁長(zhǎng)在l0m左右比較有效，置換率以15%～25%最佳。工程中通常路中央處的樁較長(zhǎng)，路肩處較短；在近橋臺(tái)處樁長(zhǎng)些，在一般路段處樁短些。