四、预防及消除病害措施
1、高填方下沉:
深填、高填、半填半挖、桥头引道高填土,往往会在通车一段时间后下沉,究其原因,一方面在于施工因素,如压实控制不好、分层过厚、冬施措施不当等,另一方面在于材料因素,如最大干容重及最佳含水量有误、材料压缩系数过大、采用高塑性指数的粘性土等,均会出现此问题,它会使路面变形、开裂或下陷。在工程中宜采用以下措施予以控制:
⑴分层填筑,分层压实,严格控制填土高度虚铺厚度小于30cm,填土、压实的施工宽度大于设计宽度,受水淹的部分要填水稳性好的材料。
⑵填挖结合部位或分层接茬处留台阶,在机械难于压实的地方,用适当的小型机具进行补充夯实。防止漏夯或夯实不足,严禁倾填、超厚填土。
⑶严格控制压实度,回填几种土时,不能仅用某一种土的击实试验得出的密度标准作为所有填土的压实度标准,而应按填土的不同类别,做相应土的若干组击实试验,取值应符合相应规定。
⑷不同性质的土要分别填筑,严禁混填,每种填料层累计总厚不小于50cm.
⑸做好路基填筑实验段,根据土质及场地情况选择好最有利的机械设备,并严格按得出的结论指导施工。
⑹压实设备必须满足要求,吨位不能太轻,且必要时要采用强夯设备。在进行压实时,横向接头一般重叠40~50cm,三轮压路机一般重叠后轮宽的1/2,前后相邻区段,纵向重叠1~1.5m.
2、软土地基超限沉陷
软土地基一般指液限大于50,塑性指数大于26的土,主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。 软土具有含水量大、抗剪强度低、承载能力低的特性。在软土上修建路基或桥涵构造物基础易出现压缩沉降、滑陷、坍塌等,近年修筑的某工程的一座通道桥,其下部构造为分离式扩大浅基础,上部验收时沉降竟达十余厘米,经约请地质勘察部门及设计人到场对出现的原因进行分析得知,是由于软土地基的超限沉降引起,后采取预压方式至使沉降稳定,再调整纵断,以满足使用要求。对软土地基主要有胶结、置换、加筋、挤密等方法,通常采取以下方法:
⑴换填:采用换填渗水性良好的土,对基底进行加固。一般超过3M不考虑。
⑵抛石挤淤:适用于池塘、沼泽或河流等积水洼地,常年积水且不容易抽干,表面无硬壳,软土液限指数大,片石能沉至下卧层的情况。
⑶粉喷桩:此法适用于粉砂土质、含水量大的软土地基。软土地基成孔后,筛选生石灰块加水泥、粗砂拌匀后填充,用木棍捣实,当生石灰块遇地下水消解后,填充料体积膨胀,起到挤压土基作用,提高了路基承载力。粉喷桩桩径50cm,桩径1.0~2。0m,桩长应穿透整个软土层,一般为10~20m.其固结料的掺量与土层性质,尤其是含水量有关,其强度随水泥剂量增加而提高,一般掺量在15%左右,它的初期强度大,7d强度为28 d强度的60%.
⑷挤密桩: 此法适用于非饱和粘性土、湿陷性黄土、疏松的砂性土。加固原理是利用成孔过程中沉管对土的横向挤密及振密作用,使土体向桩周围挤压并挤密,同时填入并夯实碎石,形成碎石桩,使桩与土形成复合地基。
还有许多处理方法,如超载预压、砂垫层、塑料排水板、反压护道等等,具体施工时,应当结合现场施工条件、工期、材料、造价等因素进行选择。
处理完成后,为了减轻沉陷,应当进行沉降观测对效果进行跟踪检测。公路路基施工中的沉降观测通常分为:地面沉降观测、深层沉降观测和分层沉降观测等。
(1)地面沉降观测
施工路段的地表沉降观测常用的方法是在原地面上埋设沉降板进行高程观测。无论在纵向还是在路堤横向,沉降板布点越多,测得的结果越能反映路堤沉降的真实性。但测点越多,无论是费用还是测试工作量、测点保护工作量和测点对施工的影响等方面因素都有增加。
(2)分层沉降观测
通过土体内部分层沉降观测,可以了解到软土层在沿深度方向各层次的压缩情况。主体内部分层沉降是通过在土体内部埋设分层沉降标进行观测。分层标由导管和套有感应线圈的波纹管组成。
(3)深层沉降观测
通过土体内部深层沉降观测,可以了解到软土层在某一层位土体的压缩情况。土体内部深层沉降是通过在土体内埋设深层沉降标进行观测。
一般路堤到达路床顶面后,在原地面连续两个月的实测沉降速率应小于8mm才开始基层施工。当路堤施工至基层顶面后,在原地面连续两个月的实测沉降速率应小于3mm才开始沥青砼下面层施工。
3、桥梁伸缩缝和桥头跳车
跳车是指桥头及伸缩缝处由于差异沉降或伸缩缝装置破坏而使路面出现显著的变化(台阶),从而导致车辆通过时产生跳跃的现象。
⑴桥头跳车产生的原因
①桥台及台后填方地基的受力变形
桥台和台后填方是性质不同的结构体,虽然桥台作用在地基上的压力大于台后填方,但由于桥台基础一般都进行加固处理,所以一般不发生竖向沉降变形。而台后填方的地基一般不进行加固,其竖向沉降变形远大于桥台下的地基变形。由于地基的这种差异变形,反映到上部路面,就出现桥台和台后填方段的差异沉降。
②桥台后填料受渗水侵蚀变形
在桥台和台后填方之间或锥坡部位,大气降水易沿路面锥坡体(锥坡压实度较难达到要求)下渗,下渗水对桥台一般不产生破坏作用,但对土类填料易产生侵蚀和软化,降低强度,从而导致填方体变形。对砂砾石类填料,从横断面看,一般填方体中部为砂砾石,两侧为土类,这种结构只利于水的下渗而不利于水的横向排泄。对不加固地基来讲,填方体中部压力大,向两侧边坡压力逐渐减少,从而使用权地基产生凹型沉降变形,当水沿砂砾石下渗到地基后,下渗水不易快速排泄,从而软化地基并加速地基的变形。
③台后填料压实
台背填筑一般采用强夯、人工夯实、填筑砂砾等方法,对于轻型桥台,重型压路机可靠桥台压实,但振动压路机可能破坏桥台结构,而对于U型桥台,重型压路机难以靠近,从而使桥台部位的填方土体不易达到设计压实要求,造成桥台与台后填方差异沉降,工后沉降量大。
⑵桥台伸缩缝的跳车台阶产生原因
①设计方面原因:a、桥面板刚度不足,当桥面板受到汽车荷载作用时,因翼板较薄,横向联系较弱,导致面板变形过大;b、设计锚固位置在桥面铺装层中,与主梁连接部分少,在荷载作用下易开焊、脱落,力的分布不易传递,微小的变形可能变成大的位移,最终导致砼粘接力的失效;c、伸缩缝计算不准,未考虑安装时的温度影响;d、未对伸缩装置的两侧后浇砼提出严格要求或规定;e、对于大跨桥、斜桥、弯桥等设计时,没有形成与一般的梁板结构相符合的构造形式和锚固方法;f、连续缝设置不够完善,变形假缝的宽度和深度设置得不够规范、统一,致使连续缝破损。
②施工方面原因:a、对安装工艺重视不够;b、锚固件焊接质量不能保证;c、后浇砼不密实,强度不够;d、后浇砼与沥青面层结合不好,碾压不密实,形成两张皮,易开裂、脱落。
③交通量增大,重型超载的车辆增多,随之车辆的冲击作用也明显增大,因此设计、施工稍有缺陷,也就成了破坏的原因。
⑶桥头跳车防治措施
①地基加固处理:消除桥台和台后填方段的差异沉降变形,需对地基进行加固。对一般地基可采用加固土的方法(水泥土、石灰土);对特殊地基可采用适合各自然特点的特殊处理方法,如换土、强夯、固结等方法,以改善地基,提高承载力,减少工后沉降。台后填方段的地基压力一般小于桥台的压力,其次台后填方的高度一般情况下沿纵向(远离桥台)不断降低,即压力不断减小,所以在进行地基加固处理时,先了解地基情况,确定地基沉降变形特性(固结变形计算),其次分段计算填方自重压力,设计加固方案。
②桥头设置过渡段:考虑桥台与台背路面在结构、材料、刚柔、胀缩等方面存在的差异,为了在其纵、横向都能平顺逐渐过渡,采取以下措施:a、设枕梁和搭板;b、设置变厚型埋板,为保证连接部位的刚柔层次的整体受荷和抗冲能力,利于减小锚台幅度,调整不均匀沉陷;c、路面类型过渡,根据桥涵的长度和填方长度,在桥头一定范围内铺设过渡性路面,待路堤沉降基本完成再铺原设计路面。
③台背填料的选择:采用粗颗粒材料填筑桥涵两端路堤,或者设置一定厚度的稳定土结构层,提高路基、路面的整体刚度,减少沉陷,不同层次用不同填料,填料的施工层厚度,以压实后小于15cm为宜。在高填方的拱涵及涵洞与侧墙相接,部位应尽量使用内磨擦角大的填料进行填筑且施工时,注意填料土压的平衡不得发生偏移。一般控制在10~15cm范围内。在材料选择上,应选用水稳性好的材料,如二灰碎石、水泥稳定砂砾或石灰土。
④台背填方碾压方法:尽量用大型压实机械的使用,认真施工,充分压实,对于大型压路机不能靠近台背时,可采用小型压路机配合人工夯实、碾压,同时碾压层厚宜减薄,提高压实度。
⑤设置完善排水设施:在靠近构造物背后的填料,在施工中及施工后易积水下陷。施工中要保证排水坡度,设置必要的地下排水设施,也可以在桥台与填方的结合处及过渡段的路面下设垫层,防止路面下渗水进入填方体。对中间为砂砾的填料,两侧为土类填料的填方体与加固地基的连接处做排水管,以排泄填方体与加固地基之间的下渗水。
⑥优化设计方案:⑴对短期一次建成的高等级公路 ,尤其是软土段的高速公路,在小跨径构造物形式上宜尽量采用箱型截面的涵洞及通道,这种结构整体性强,刚度大,若产生沉降也是均匀的;⑵采用U型桥台或在台背后和两侧路肩设扶臂式挡土墙,杜绝路堤土被挤出,能有效防止沉降差的发展,同时一定要保证基底不产生不均匀沉降。
⑷桥梁伸缩缝处跳车的防治措施
①梁端特殊设计:梁端要有足够的刚度,以满足营运过程中反复荷载的作用。
②合理选择伸缩缝装置,伸缩装置本身的刚度、质量满足使用要求。
③伸缩装置的安装:a、锚固宽度按50cm为宜,桥台上宜采用背墙的宽度设置;b、锚固钢筋应以对称于每片梁板的中心进行设置,与梁板(背墙)联结成整体;c、定位角钢依据安装时测出的气温,计算伸缩缝的伸缩量来高速两块角钢的间距,加强振捣;d、加强伸缩缝的养护,完善连续缝的设置。