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【路桥养护】路桥过渡段的成因及防治

浏览: 发布日期:2018-10-09

经过近年来的持续快速发展,我国公路交通基础设施总体服务水平实现了历史性跨越,我国高速公路总量虽然位居世界前列,但是路桥过渡段路基病害广泛而严重,为满足将来高速公路车辆量级荷载的不断增大,需要对路桥过渡段路基结构加强进行研究。由于组成线路的结构物如桥梁、涵洞等在同路基相连接地段,强度、刚度、变形、材料等方面的差异巨大,以及较大差异沉降的产生和存在,这必然会引起轨道的不平顺,车辆通过路桥(涵)过渡段,常常会产生“跳车”现象,大大降低了车辆运行的安全性和舒适度。因此,针对路桥过渡段的病害的成因进行分析并进行防治非常重要。
 
过渡段病害问题的产生原因                      
 
1、过渡段病害问题的产生
   对于高等级公路(特别是高速公路),路桥过渡段存在较为普遍的问题是:路面在桥台背后回填土处沉陷或开裂,车辆通过台背回填处“跳车”,桥头“跳车”使快速行驶的车辆颠簸、振动,产生噪音,车辆在跳动时会使车轮损失部分牵引力,当桥面结冰时,跳动还可能使车体失控、滑移,这样不仅影响行车速度和行车舒适性,还会使桥台台背、桥头伸缩缝以及接缝路面遭到破坏,严重时还会导致交通事故。对于铁路路桥过渡段,当路桥(涵)间沉降差达到一定程度,会破坏线路的平顺,危及行车安全和旅客的舒适度,这种动力作用会加剧沉降差发展,加速路基破坏,还可能使过渡段处结构破坏,导致路基排水不良,积水下渗到路基内部,从而降低土体强度,使沉降增大。这种危害不仅增加维修养护的工作量和难度,而且影响线路上列车的运行速度,从而在整体上影响运输的经济和社会效益。因此,对过渡段问题的研究就变得具有异常重要的意义。
 
2、路桥过渡段线路结构变形不一致的原因分析
1)地基条件原因。现在许多既有线路都是修筑在条件差并未经很好处理的软弱地基土上。在软土地基上,路桥过渡段的路和桥的工后沉降是不同的,因此在路桥过渡段处必有沉降差。路桥过渡段由于其结构的原因,桥头路基的填筑高度较大,产生的基础应力也较高,因此在路桥过渡段产生的沉降较其他的路段要大些。
 2)路台后路堤填料的原因。桥台后路堤填料一般全是填土。由于施工的原因,往往作业面相对狭小,碾压质量不易控制,其压实度达不到设计要求。即使施工时压实度全部达到了设计的要求,但因运营时路堤填土本身的自重和动荷载的作用,也将使路堤填土进一步压缩变形,使得路桥过渡处出现沉降差。
  3)施工原因。施工时对路桥过渡区段的回填料不按设计要求填筑,或采用不良填料,或碾压厚度超过要求,或压实度达不到设计要求,都将造成质量缺陷。施工时碾压器械配置欠佳,压实功率不够,不进行分层次质量检查,也会使压实质量达不到控制要求。
 
过渡段病害的防治   

                                    

1、解决路桥过渡段病害的关键施工
1)施工前,应调查强夯范围内地表附着物与地质情况、地下构造物和各种地下管线的位置及标高等,对影响施工的各种不利因素,采取切实可行的措施消除各种隐患。
2)施工前要测量夯锤落距。通过检测不同夯击能、夯击次下不同深度土的干密度、地基承载力、含水量、湿陷系数、夯沉量,判定湿陷是否消除或消除湿陷深度及地基承载力是否满足设计要求。
3)施工使用的起重设备应选用起重能力大于锤重1.5~2.0倍的带有自动脱钩装置的履带式起重机或其他专用设备,但必须满足提升高度的要求,并设置安全装置。施工中应经常性对夯锤、脱钩装置、吊车臂杆和起重索具等关键部件进行检查,发现问题及时采取有效措施。
4)施工单位必须按施工规范要求,开夯前检查夯锤重量及落距,以确定单击夯击能量符合设计要求。
5)强夯时土块、石子等飞击,现场人员必须戴安全帽,做好安全措施,画出影响范围,禁止闲杂人员进入。
6)其它未尽事按有关规范及规定办理。
 
2、路桥过渡段病害处理方法
1)优质填料填筑法
   使用强度高,变形小的优质填料(如级配碎砾石、低标号混凝土等)进行过渡段的填筑。使用轻质力学性能较好的材料,如EPS(聚苯乙烯泡沫塑料)、人工气泡混凝土(泡沫水泥砂浆)、火山灰、粉煤灰等,填筑路桥过渡段是近年来国内外研究、开发和应用的一种减轻构筑物自重的工艺方法。采用粉煤灰粉煤灰和一般细粒上相比具有自重轻(减小20%以上)、强度高、压缩性小,透水性能良好等特点。在一定的工艺条件下,可形成具有一定强度的整体性材料。用其填筑路堤,可有效减小桥头路堤的总沉降。与地基处理进行综合考虑,能降低地基的处理费用,减小地基处理的范围和缩短施工工期。
2) 加筋土法
  在过渡段路堤填土(必要时也可包括路基)中埋设一定数量的拉筋及上工合成材料,形成加筋土路堤结构。土工合成材料所以能用于土体的加筋、加固,主要是利用了在不能受拉的土体中加入了能够受拉的材料。由于两种材料弹性模量的很大差异,在共同受力作用下,其变形的不一致将会引起两种材料的相互错动趋势,土筋(土工合成材料)之间将产生很大的摩阻效应。这一摩阻反映在加筋上使筋材受到了张力,反映在土体上是约束了土体的侧向变形,从而提高了加筋土的整体强度,限制了加筋土的整体变形。加筋土不仅能增加路基的强度,还能大幅度提高路基的刚度,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,使路桥过渡段轨道下部结构的刚度变化平缓,达到路桥间线路平顺过渡的目的。必须注意的是,拉筋埋设范围与位置不同,将达到不同的处理效果。拉筋仅布置于基床内,其主要作用是加强基床结构,增大基床刚度,减小列车动荷载引起的路基变形。拉筋满布于路基面以下的路堤(包括地基)内,既能增大基床的刚度,又能减小动载和自重引起的路基变形。实践表明,当使用了土工加筋材料后,过渡段填土形成一个刚度较大的复合体,能够将交通荷载分散在较宽面积上。一是能大大降低过渡段的沉降;二是将台背与路堤交界面处的台阶或跳跃沉降变成连续的斜坡沉降;三是降低台背处侧向和竖向应力所引起的较大剪应力,自然也就限制了剪应力破坏区域的变形。

3 )挤密桩复合地基
  采用挤密复合地基的方法来处理路基填土,是利用在填筑完毕的路基上成孔,通过挤密作用,使路基土密实度提高,然后在孔内填入材料并振动压实成桩。随着路基向桥台的靠近,可通过桩变长或减小桩间距的方式,使路桥过渡段刚柔得到过渡。由于桩的挤密和置换作用,路堤填土的密实度提高,应力减小,路堤整体刚度增大,从而减小了路堤的压缩变形。常用的挤密桩有砂桩、土和灰土桩及二灰土桩等。虽然土桩的材料较为低廉,但其需要一整套打入桩施工设,故在经济上代价较高。刘绍云等提出了采用渐变混凝土桩根治桥头跳车的方法。它首先在填筑完毕的路基上选择适当长度范围内,用麻花钻机钻40cm的干孔,平面布置成三组群桩(每组两排,每排5根桩),并且逐渐减短桩长,以此渐变路基变形量;然后灌入膨胀混凝土,使路基密实度增加。最后在混凝土桩顶铺设钢筋混凝土路面,由此形成渐变混凝土桩刚性过渡段。渐变混凝土桩属于刚性挤密桩的范畴,但其相对于半刚性挤密桩造价偏高。刘代全等应用半刚性挤密桩实现桥头刚柔过渡来处治桥头跳车,该方法是利用半刚性挤密桩加固搭板枕梁基础及附近一定范围内的路堤,减小搭板路基端的沉降,从而实现沉降的过渡。