路桥过渡段施工病害原因及防治探讨
2015-05-13
随着社会经济的发展，汽车超重运输是公路运输的一大通病。本文就路桥过渡段路基路面施工病害防治的相关问题进行了分析及防治的措施。
1、路桥过渡段路基路面沉陷的成因和常见病害原因的分析
路桥过渡段沉陷的根本原因是由于路基与桥台的刚度差异悬殊，路基填料固结程度差，强度相对较低，要改善二者的刚度差，使桥台-路基的刚度均匀渐变。首先需找出过渡段刚度不能均匀渐变的主要原因，再采取措施，才能使得行车平顺。刚度不能均匀渐变的原因主要有以下几点：
（1）路基填土因施工压实困难度压实度达不到设计要求。在施工过程中，由于路桥过渡段的位置特殊，压路机难以碾压到位，导致桥台后的填料不易压实，造成部分填土下沉
（2）填土选料不正确使填土难以压实。
（3）桥头路堤地基处理不彻底。桥头路堤及锥坡一般位于天然地基上，如果在填土前不做处理或处理不彻底，在路堤土的重力作用下将产生较大变形，特别当路堤较高及原有地基软弱表层清理不彻底时变形更大。而桥梁构造物多采用桩基础或经地基处理的扩大基础等，其沉降量很小，将产生桥不沉而路沉的不均匀沉降现象，且在车辆动荷载的作用下不均匀沉降继续发展。
（4）桥梁通常作为控制工程优先施工，路基工程一般是桥梁建成后施工，路桥过渡段集中填筑，几乎没有静置沉降和趋于稳定的时间，导致运行后的初期沉降变形较大。
（5）施工质量问题与施工管理问题也是造成过渡段沉降的常见原因。
2、路桥过渡段施工及病害防治的探讨
2.1正确把握搭板设置的方法
搭板的设置方法有三种:
（1）从理论上讲是完美的，在搭板长度范围内，在车辆荷载作用下，路面的弯沉逐渐变化，但这种方法给实际施工带来很大困难。
（2）它的特点是克服了方法的施工困难，而且又有效地解决刚柔过渡的问题。
（3）采用预留反向坡度，即搭板与桥台连接处标高一致，而与路面连接端则高于设计标高，形成一个预留的反向坡，坡度大小根据路桥之间的沉降差而定，此法的关键在于考虑路线纵断面平顺的前提下，确定沉降差和预留反向坡度。
搭板与桥台间的锚固有竖向和水平向两种方法。考虑到搭板自由端在车辆荷载作用下必然发生竖向位移，而水平向的锚固更符合这一受力状态，并有利于桥台受力，因而搭板与桥台间宜采用水平锚固。
有关研究表明，设置1.5m宽路肩可以使搭板底部最大弯拉应力减少20%，因此，设置搭板时，应注意修筑好路肩，以改善搭板的受力状况。
搭板的长度确定至关重要，其长度与路堤填高成正比，并与路基状况有关。依据实际沉降差的大小来确定搭板的总长，是成功防止桥头跳车的重要技术措施。一般地说，设置与否需论证确定，如设置，搭板长度可为5m。小桥涵搭板、中桥的搭板长为5~8m，大桥搭板长度为8~12m。
搭板下面地基的非均匀特别是脱空，能显著地增大板底的弯拉应力，对搭板效用发挥极为不利。由搭板的受力分析可知，当地基从均匀到非均匀再到脱空，其相应的最大竖向位移各增大100%左右。而增加搭板厚度能显著地增大搭板抵抗弯拉应力和变形的能力，研究表明，板厚从20cm增到30cm，板底最大弯拉应力减少30.60%，相应的竖向位移也减少19.85%。因此按弹性地基板和脱空板分别计算板厚，根据实际情况确定厚度，对钢筋混凝土搭板可取板厚为30cm左右。如果不设置搭板，则应对台后填筑作周密设计和认真施工，对填料和压实应有更高要求，或采用专门的结构措施，如铺土工格网、填筑聚乙烯块等。具体做法在台后填筑和地基处理中加以论述。
2.2严格掌握台后填筑施工的工艺
桥梁两端路堤沉降由地基、路基、路面三部分压缩变形组成。其中，地基的压缩变形由路基路面的恒载和车辆荷载引起，填料的压缩、固结、次固结引起路基路面结构层因行车作用而被压缩。
对于面层，若搭板上和桥面上的面层结构和厚度相同，则不会产生沉降差，因此搭板上和桥面上应采用相同的面层结构和厚度。
车辆荷载的作用影响深度一般2m左右，因此一般搭板下的加强层不超过2m。但实践证明，由于填料自身固结和施工要求不严，若不对整个台背填方作加固处理，则不能彻底解决桥头跳车问题，因此，对整个台背填筑从地基开始应采取适当的加固措施，采用砂性土、砂砾、碎石土填筑，必要时用石灰或水泥进行稳定处理，也可采用半刚性材料填筑，以此减少路基工后沉降，同时相应提高压实度要求。
土工合成材料加固台背路基可以有效地控制填土荷载作用下的变形和自然沉降，尤其是不均匀沉降。这是由于土工合成材料可以增强土体本身颗粒间以及土颗粒与土工合成材料
接触面间的磨擦咬合作用，使土体部分应力得到扩散和转移，从而使土体的垂直应力和水平拉应力明显降低，土体剪应力明显提高，土体承载能力和抗变形能力、抗裂能力因此而得到明显的提高。但地基为软基时，应先预以加固处理。
台背回填的压实质量是影响台背路基沉降与跳车的一个重要因素，台背回填因位于台背这个特殊位置成为碾压的一个薄弱部位，压路机难以碾压，且机械振动力太大时，对台墙有影响。因此，台背回填处的压实宜选用小型压实机具，分层压实厚度宜薄，一般应在10~15cm范围内。在材料选择上，应选用易于压实的材料。实践证明，在达到同一压实标准的条件下，台背回填处粘性土的压实功要比砂砾料或二灰碎石的压实功多一倍以上。要台背回填粘性土压实度达到95%以上，使用小型压实机具是相当困难的。
在路桥过渡段，若单纯依靠桥头搭板，由于路基压实度没有得到保证，路基下沉，将造成搭板下地基的非均匀甚至脱空，而这对搭板的受力是极为不利的，因此，配合设置桥头搭板，对路基的压实必须进行有效的控制。在压实时，距路基顶面1m左右范围内最好用振动式压路机，或其它小型压实机械，每层填筑厚度视压路机械的振压作用深度而定，按分层填筑、分层碾压、分层检测法施工。为了使压路机尽量靠近构造物，可将路基纵向填筑成10~15o的斜坡，使与构造物(如翼墙)成钝角，以便压路机碾轮尽量接近。此角度不宜过大，便于碾压机械作业稳定安全。该段坡长不小于5m。
2.3地基处理必须彻底
处理好桥背软弱地基是控制桥头跳车的重要措施。对软基处理目前国内已有换土法、超载预压法、减少附加应力法、排水固结法、深层搅拌法和高压喷射注浆法、振动碎石桩法等处理方法，可以根据实际情况应用，以改善地基性能，提高承载力，减少沉降，缩小桥台与路堤的沉降差，避免错台。
修建在软土地基上的桥台通常采用桩基础。如果在相当厚的软土层修筑高路堤，则软土会因回填材料的质量而向侧向挤动并对基桩施加很大的力。其后果是使桥台产生水平位移或转动。这将损坏支座、伸缩缝，有时还会损坏桥面和桥台。
为了避免不正常的位移的出现，必须减轻回填材料，或者增强地基土或用基桩，达到抵抗侧向流动的强度。
此外在桥头采用桩板法、轻质填料、连接箱式桥台、支撑连续板等措施可有效地减少路基的沉降。
2.4做好台背排水是维护日后沉降的关键
在路桥过渡段如果排水处理不当，会使水沿桥台路基连接处下渗，降低路面结构层的稳定性，路基和地基的稳定性，加剧错台和跳车。因此应根据台背填料类型、降雨资料及渗水量等选择适宜的排水方式，以疏干台后填料的水分。
台背路基填筑前，在原地基土拱上亦设置泄水管或盲沟。在基底上，先作必要的处理。然后填筑横坡为3~4%的夯实粘土形成土拱，再在土拱上挖成双向坡的地沟(地沟尺寸一般宽为40~60cm，深为30~50cm)。在台背后全宽范围内满铺一层隔水材料(可用油毡或下垫尼龙薄膜上盖油毡)。在地沟内四周铺设有小孔的硬塑料管(塑管直径一般不小于10cm。其上小孔孔径为5mm，布成梅花形，间距控制在10cm以内)。塑料泄水管的出口应伸出路基外或桥头锥坡外。在硬塑料管四周填筑透水性好、粒径较大的砂石材料。再分层填筑台后透水性材料，直到路基顶面。
横向盲沟的设置与上相同，取消泄水管，以渗透系数较大的透水性材料填筑地沟(加大粒径碎石)。用土工布包裹盲沟出口处，并对其作必要的处理。有时视需要可在台后填方中设排水垫层。排水垫层的作用:
（1）促使地基和其下软弱层能在施工期内基本上完成渗透固结，减少后期下沉量；
（2）排走上部填方因降雨等原因下渗的多余水分；
（3）孔隙压力增大时有渗透出路，不会由于地下水和潜水在底层的积聚，而降低土体的强度和稳定性。
垫层的厚度为1~2m，并要高过原地面不少于0.5m，使地基沉陷后，原地面和地下水位不高过垫层。
桥台背面应设置防水涂层以避免渗水对结构物的侵蚀。对于回填区顶面与底面排水，回填表面应夯实并设置截、排水设施，必要时表面予以封闭，以减少地面水下渗。当回填范围较大且表面渗水较多时，应沿回填区底部原地面设置横向水平渗沟或透水管，渗沟或透水管水平间距一般为1~2m，排水管管径10~15cm。
2.5桥头换填
在以往的桥头回填施工中，因换填石灰土多处于素土包围之中，施工场地狭窄只能用小型机具进行处理，而且由于与素土接头处施工不便，往往出现问题，所以在公路施工中，应当把台背处的路基全部挖开，统一填筑石灰土，不再保留周围的素土。这样重型压路机就可以开进台背处进行碾压。虽然素土变更为石灰土提高了一部分造价，但这样既保证了台背回填质量，又减少了人工与小型机具费用，同时有利于缩短工期，平衡全线路基施工，总体看来，利大于弊。在台背回填施工中我们统一规定台背高于2m的，从原地面填起；不足2m的，从原地面下挖至距台背顶2m处开始施工，保证台背换填石灰土的高度。同时严格规定台背回填的施工程序，首先按每层20cm计算出台背回填的用土量与用灰量，现场撒灰、搅拌，至少要倒翻3次(有条件的进行场拌)，石灰土拌和必须均匀，颜色一致，现场铺平，压路机跟踪碾压至密实。对于压路机未能压到的靠近结构物翼墙及侧墙的边角处，用气锤、电夯等小型机具夯实。现场抽检压实度及石灰剂量合格后，方可进入下一层施工。每往上
填筑一层加长至少10cm台阶，从而保证各层回填石灰土与路基连接密实、连续。
2.6桥台混凝土搭板及其顶层施工
在混凝土搭板施工中，严格按规范规定要求立模，并保证混凝土表面坡度与平整度。因搭板靠近桥头处混凝土顶面距基层顶面距离较小、基层较薄，当压路机通过时，容易被压碎或形成薄饼。为了解决这个问题，规定凡搭板混凝土顶面距基层顶面不足10cm的，在铺筑下面层时一律将铺好的水泥碎石基层凿除，统一用下面层沥青混凝土填筑、找平，从而保证了整个台背回填的整体强度。
2.7预防路桥过渡段沉降不均的防治措施
防治措施主要是针对路基与桥台刚度的差异，通过加强路基强度、刚度来减少路基沉降，进而达到路桥间平顺的目的。具体处理方法如下：
（1）粗粒级配材料填筑法。这种方法是使用强度高、变形小的优质材料(如碎石、砂砾石、低标号混凝土等)进行过渡段填筑。该方法设计意图明确，材料的性质可靠、易控制，其刚度与变形能均匀过渡。
（2）“水撼砂”法。即选择强度高、稳定性强、透水性好的低压缩性材料-天然砂砾做为后台填筑材料，分层填筑，分层注水，分层压实。为保证“水撼砂”密实，须采用插入式振捣器梅花式振捣，并设置水孔排除渗水。
（3）注浆法。注浆法是以渗透注浆为主，利用注浆泵将配置好的水泥浆液通过注浆管注入台背填料，浆液在压力作用下渗入填土孔隙，与土粒骨架产生固化反应，提高台背填土密实度。此种方法通常在台背填土和搭板完成一段时间后进行。注浆加固范围一般为搭板长度加2m。
（4）缓膨胀材料填筑法。缓膨胀材料一般选用生石灰砂袋。将烧透的膨胀量大的生石灰粉碎成一定粒径的自然级配的颗粒，掺入一定比例的砂、石屑等矿料并混合均匀，装入用一定密度的编织布缝制的袋中捣实扎牢，制成砂袋。砂袋在台后横路基方向分层摆放，摆放数量自下层至上层、自近台端至远台端逐渐减少，各层间分层填土并夯实。
（5）加筋土法。在过渡段路堤填土(必要时也可包括地基）中埋设一定数量的拉筋形成加筋土路基结构。加筋土既能增加路基强度，也能大幅度提高路基刚度，从而达到减小路基变形的目的。施工时可根据设计确定的过渡段长度与路堤和桥台刚度的差值来调整拉筋材料的布置间距和位置，使路桥过渡段结构的刚度变化平缓，达到提高路桥间平顺的目的。
（6）土工格栅法。即在台背沿路基方向分层布设土工格栅并锚固于台背。格栅长度自下而上由短变长，间距由宽变窄。各层土工格栅间分层填土并夯实。
３、结束语
根据路桥过渡段路基路面病害的存在问题，对如何防治的探导，只要我们在施工中，措施得当，严格按照设计要求，注重工艺质量，是可以进行预防的。文中通过分析公路路桥过渡段路基路面常见病害发生的主要原因，对施工中如何防治的问题，提出一些相对应的预防措施。
