高架橋下路面不均勻沉降防治措施

易山山 張 玉 于瑋曉 肖 昊

(1.華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院 武漢 430074; 2.河南交院工程有限公司 鄭州 450000)

隨著城市的快速發(fā)展，城市快速路的建設(shè)也越來越多，由于用地緊張，城市快速路多采用高架橋的形式，高架橋下方為普通市政道路。但在部分高架橋下，道路出現(xiàn)嚴(yán)重的不均沉降給行車帶來了極大不便，嚴(yán)重影響交通通行，同時(shí)還存在諸多安全隱患[1-2]。因此，分析高架橋下路面不均勻沉降的原因并提出合理解決方案，是十分必要的[3-4]。

1 高架橋下路面不均勻沉降機(jī)理

1) 當(dāng)高架橋建成，橋下路面通車后，路面及高架橋承臺處的填土密實(shí)度增大，孔隙率降低，結(jié)構(gòu)層之間被壓縮，橋梁承臺由于本身剛度大，因此產(chǎn)生的沉降變形相對于橋下路面小很多，可以忽略不計(jì)。久而久之，當(dāng)路面與承臺的相對沉降差超過一定程度時(shí)，瀝青混凝土路面就會出現(xiàn)沉降或斷裂，兩者之間形成錯(cuò)臺，便會在橋墩承臺附近處出現(xiàn)差異沉降[5-6]。這種情況主要是因?yàn)槭┕るA段未按照規(guī)范要求填土，導(dǎo)致工后沉降較大。

2) 由于道路建設(shè)在軟土路基上，在施工階段若沒有處理好軟土路基承載力的問題，在道路建成通車后，靠近橋墩處道路沉降小，遠(yuǎn)離橋墩處道路沉降大，也會出現(xiàn)上述問題。因此解決高架橋下不均勻沉降主要應(yīng)該在施工階段處理好路基和填土的問題，從這兩方面下手，才能有效治理高架橋下道路不均勻沉降。

2 防治措施

軟土地基處治方式有多種，但實(shí)際工程應(yīng)用中，軟土地基處治主要有置換類、振密擠密類、灌入固化物類、排水固結(jié)類、加筋類等方式。

2.1 置換類方法

1) 換土墊層法。將地基中的土質(zhì)較差的不良土挖除，然后回填一些力學(xué)性能較好的巖石材料，同時(shí)也可以對巖石材料采取強(qiáng)夯密實(shí)的措施。回填材料的力學(xué)性能主要指較強(qiáng)的抗剪性能和壓縮性能，這種力學(xué)性能可以使地基提升承載力及減小沉降值。

2) 擠淤置換法。為了使地基的承載力得到一定程度的提高，可以將碎石進(jìn)行爆破夯實(shí)或者回填置換出淤泥。

3) 強(qiáng)夯置換法。采取強(qiáng)夯堅(jiān)硬碎石的方式得到墊層，堅(jiān)硬的墊層能達(dá)到提升承載力的要求。

4) 石灰樁法。將混合有生石灰的填料經(jīng)過一系列的物理或化學(xué)反應(yīng)得到的產(chǎn)物灌入樁孔內(nèi)，可以采用機(jī)械設(shè)備或人為挖孔的方式。

5) EPS超輕質(zhì)料填土法。發(fā)泡聚苯乙烯(EPS)是一種新型的材料，單位體積內(nèi)的EPS的質(zhì)量相當(dāng)于單位體積內(nèi)的土體質(zhì)量的1/50～1/100。這種新型材料具有較好的力學(xué)性能，其較高的強(qiáng)度和抗壓性能不僅可以顯著地降低自重荷載，也使周圍擋土結(jié)構(gòu)處的壓力大大降低，對于置換地基土可以得到顯著的成效。

2.2 排水固結(jié)類方法

1) 加載預(yù)壓法。地基上部受到外界的作用荷載，而預(yù)先設(shè)置好的排水系統(tǒng)縮短了固結(jié)排水的時(shí)間。

2) 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法。預(yù)先在地基土體中設(shè)置豎向和橫向的雙向排水系統(tǒng)，同時(shí)令地基土體上部形成一個(gè)封閉空間，通過機(jī)械設(shè)備不斷抽取這個(gè)密閉空間內(nèi)的空氣和水分，使其達(dá)到一個(gè)真空的環(huán)境，這樣地基土體更容易快速固結(jié)，同時(shí)可快速起到加固土體的作用。

2.3 灌入固化物類方法

1) 深層攪拌法。為了提高土體的承載能力，降低地基土體的沉降量，可將水泥和地基土等原料混合均勻，制作成圓柱來達(dá)到目的。當(dāng)混合料中的有機(jī)質(zhì)含量較高時(shí)，可以先進(jìn)行試驗(yàn)檢測其相關(guān)指標(biāo)再決定是否可用。

2) 高壓噴射注漿法。該方法是通過專門的機(jī)械向地基土中高壓噴射漿液，與此同時(shí)，可使一些土體被噴射的漿液置換掉，這樣部分漿液和部分土體就形成了強(qiáng)度較高的結(jié)合體。

3) 滲入性灌漿法、劈裂灌漿法、擠密灌漿法原理類似，均是把填充材料生產(chǎn)成特定稠度的液體，這樣可使液體滲透進(jìn)地基土間的空隙并填充它，進(jìn)而達(dá)到提高土體的承載能力目的。其中擠密灌漿法可以抬高地表路面，產(chǎn)生較好的效果。

2.4 振密擠密類方法

1) 強(qiáng)夯法。為了改善土體的承載能力，使夯錘利用自身的重力下落至地面，下落的速度產(chǎn)生的沖擊力造成地基土體被夯實(shí)，而夯錘的質(zhì)量一般在10～40 t的范圍內(nèi)。

2) 振沖密實(shí)法。為了改善土體的承載能力，通過使用振沖器來減小土體間的空隙，也使填充料填充地更加充分。

3) 擠密砂石樁法。通過制作碎石樁的過程，對地基土體達(dá)到擠壓的效果。

4) 爆破擠密法。通過爆破的方式使地基土體受到擠壓，進(jìn)而提高其強(qiáng)度。

2.5 加筋類方法

土工織物法。通過在地基土體中鋪設(shè)強(qiáng)度較高的人工合成的聚化物來改善土體的強(qiáng)度及穩(wěn)定度，這種形式使土體成為了加筋土。而現(xiàn)階段，使用較廣泛的加筋材料便是土工織物，這種處治措施對提高軟土地基承載能力有較好的作用和效果。

2.6 挖填措施

道路出現(xiàn)波浪形不均勻沉降后，可以采用挖填的方法，挖去沉降較小處的填土，填補(bǔ)沉降較大處的填土，人為地將不均勻沉降的道路填平，然后再修筑路面。

以上每一類的處治措施都不是萬能的，都有各自的使用條件和前提，所以，應(yīng)根據(jù)每個(gè)工程的時(shí)間情況來選擇相應(yīng)合適的處治措施。改善地基性能、提高土體的強(qiáng)度、降低地基沉降等是處治地基的重要目標(biāo)。

3 有限元分析

為了研究路基中加筋對軟土路基的加固效果，建立有限元模型對有、無加筋兩種情況下軟土路基的變形進(jìn)行有限元計(jì)算。

3.1 計(jì)算模型

土體采用摩爾-庫侖彈塑性本構(gòu)關(guān)系，路基按設(shè)計(jì)分層，碎石層采用摩爾-庫侖模型。加筋置于路基中。土體的參數(shù)見表1，有限元幾何模型見圖1。

表1 土體計(jì)算參數(shù)表

注：h-厚度；γ-重度；E50ref-三軸試驗(yàn)割線模量；Eoedref-主壓密加載試驗(yàn)的切線模量；Eurref-卸載再加載模量；μ-泊松比；e0-初始孔隙比；n-孔隙率；φ-內(nèi)摩擦角；c-黏聚力。

圖1 數(shù)值分析模型

道路不均勻沉降主要發(fā)生在靠近橋墩一側(cè)，因此主要分析靠近橋墩一側(cè)道路的沉降情況，對比加筋前后道路沉降差的變化，以驗(yàn)證加筋處理對于不均勻沉降的治理效果。

3.2 計(jì)算結(jié)果

無加筋基層的計(jì)算云圖見圖2，有加筋基層的計(jì)算云圖見圖3。

圖2 無筋基層計(jì)算云圖

圖3 有筋基層計(jì)算云圖

提取有限元數(shù)據(jù)，無加筋基層下，兩橋墩處沉降為8.3 mm，兩橋墩中間的沉降為46.1 mm，沉降差為37.8 mm，有加筋層下橋墩處沉降為8.0 mm，兩橋墩中間的沉降為41.8 mm，沉降差為33.8 mm。由此可見，加筋對于減輕道路不均勻沉降有一定的作用。

4 結(jié)論

在軟土路基上修建道路，在高架橋的作用下，道路在靠近橋墩一側(cè)，極易產(chǎn)生不均勻沉降，從而

影響路基的整體性及道路的行車安全。

治理高架橋下軟土路基道路的不均勻沉降，主要在于提高道路承載力，減小路面工后沉降。

采用加筋處理道路路基，可明顯減小道路不均勻沉降。利用有限元的方法對有、無加筋兩種情況下的路面沉降進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果表明，加筋處理可以提高道路的承載力，有效地減小路面的不均勻沉降。

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