道路橋梁沉降段路基路面施工技術(shù)

王 娜

中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司

1 引言

由于道路橋梁沉降段的基底水文與工程地質(zhì)條件非常復(fù)雜，加之路面與橋梁之間的連接部分受到水平與縱向交通運輸荷載的沖擊，因此極易引發(fā)路基、路堤填料以及基礎(chǔ)的不均勻沉降和變形，造成路基路面乃至橋梁端頭的結(jié)構(gòu)病害，給路橋使用壽命以及過往車輛的駕乘安全都帶來嚴(yán)重負(fù)面影響。所以沉降段的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工需要對交通荷載、不同地段的基礎(chǔ)沉降差以及結(jié)構(gòu)變形量進行準(zhǔn)確的評估、預(yù)測和控制。

2 沉降段施工技術(shù)難點

在路橋工程的施工中，橋梁通常設(shè)置于穿越水面或溝壑的位置，因而在其兩端與路面銜接路段，橋臺和道路基底存在呈不均勻分布的軟土層，不僅含水率高和有較大的孔隙率，而且具體的土質(zhì)和厚度不一致。因此沉降段施工有極高的不均勻沉降風(fēng)險，要想保障道路橋梁整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性，必須有效控制不同部位的沉降差。因此無論是基底處理，還是路基路面以及橋臺的結(jié)構(gòu)施工，都具有較高的技術(shù)難度。

2.1 軟土層處理與沉降差控制

道路橋梁沉降段的軟土層廣泛存在，由于其厚度、含水率等存在較大不確定性，因此給具體的處理方案設(shè)計和實施帶來較大困難。如果事先對沉降段的地質(zhì)勘察深度不夠，極有可能無法準(zhǔn)確掌握軟土層的分布以及地下水水位變化狀況，導(dǎo)致對不同區(qū)段的沉降量估算錯誤。從而造成軟基處理不合理，帶來后續(xù)路基路面以及橋梁的不均勻沉降和變形問題。而沉降差控制是在了解軟土層分布特點的情況下進行的，但除了制定合理的基底處理和路基、路堤填筑方案，還需要考慮不同材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的橋臺、道路基礎(chǔ)與面層結(jié)構(gòu)的變形量差異。因此需要在施工進行過程中，基于對沉降量的觀測和分析，不斷的調(diào)整相關(guān)施工技術(shù)方案，對施工技術(shù)以及現(xiàn)場管理水平都有很高的要求。

2.2 結(jié)構(gòu)剛度存在明顯差異

橋梁端頭與道路的路基路面結(jié)構(gòu)在沉降段相互銜接，橋臺多采用樁基等深基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式、橋面則為剛性的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而道路的路基與路堤則由可壓縮性較強的砂石等填料構(gòu)成[1]。因此沉降路段相互銜接的道路與橋梁的剛度存在明顯差異，如果不能運用合理的工藝設(shè)計來均衡二者的塑性變形量，在后續(xù)的行車荷載作用下，必然會出現(xiàn)橋臺和路基路面的變形差并逐漸積累擴大，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞和失穩(wěn)。

2.3 填料質(zhì)量與壓實度控制

在道路橋梁沉降段的路基和路堤填筑施工中，由于基底土質(zhì)和上部結(jié)構(gòu)形式、施工工藝都比較復(fù)雜，因此需要結(jié)合現(xiàn)場情況，選擇不一樣的填料和填筑方案，給原本就比較復(fù)雜的施工技術(shù)又增添了難度。首先路基和橋臺部位的路堤對填料性質(zhì)有不一樣的要求，前者需要填料能夠具有良好的排水性能，以防結(jié)構(gòu)受到積水侵蝕而引發(fā)沉降變形，而后者則更注重填料能否均衡過渡段不同結(jié)構(gòu)之間的剛度差異。此外，由于過渡段道路橋梁的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，給路基、路面以及路堤的壓實度控制帶來較高難度，尤其是橋臺背面的路堤部分。

3 易發(fā)結(jié)構(gòu)病害及其成因

3.1 路基路面變形破損

沉降段在道路橋梁整體結(jié)構(gòu)中屬于病害易發(fā)路段，路基和路面破損變形是最常見的病害形式。其成因通常是軟基處理、路基填筑施工質(zhì)量不佳，也和路橋過渡段的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理存在一定的關(guān)系。首先，軟基加固效果不良或者對沉降差評估不夠準(zhǔn)確，都會導(dǎo)致路基路面出現(xiàn)使用中的不均勻沉降，沉降差在過往車輛荷載的沖擊作用下逐漸積累并最終形成路面局部凹陷、路基變形等問題。其次，如果在路基填筑過程中壓實度不均勻或不達標(biāo)，同樣會在通車后造成路基路面局部的后續(xù)沉降和變形，從而出現(xiàn)路面坑洼以及路基失穩(wěn)[2]。而路橋過渡段的結(jié)構(gòu)決定了沉降段路基路面的荷載分布，如果設(shè)計不合理或者施工質(zhì)量沒有達到預(yù)期，則會導(dǎo)致局部受到過大的荷載沖擊，造成路基路面結(jié)構(gòu)的損壞。

3.2 搭板脫空和斷裂

設(shè)置鋼筋混凝土搭板是最常見的道路橋梁過渡銜接方式，起到了均衡結(jié)構(gòu)剛性以及實現(xiàn)平順過渡、控制不均勻沉降的作用。但由于搭板長度或橋臺部位結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、施工以及軟基處理質(zhì)量不理想等原因，會導(dǎo)致后續(xù)基底沉降量超標(biāo)而出現(xiàn)脫空現(xiàn)象[3]。如不及時加固填充，則會出現(xiàn)跳車以及搭板斷裂。此外由于橋臺與道路路面結(jié)構(gòu)銜接處存在坡度，如果不能有效控制結(jié)構(gòu)變形和沉降差，車輛經(jīng)過時的橫向動載就會造成應(yīng)力集中，在反復(fù)沖擊下發(fā)生搭板斷裂以及路基路面結(jié)構(gòu)變形問題。

3.3 整體結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)變形

當(dāng)沉降段的軟土層較厚時，雖然對路基和路堤所在位置進行了加固并確認(rèn)其具備了足夠的穩(wěn)定性，但如果對通車載荷沒有準(zhǔn)確的評估，在路橋投入使用一段時間之后，就會因車輛荷載作用導(dǎo)致基礎(chǔ)發(fā)生位移、不均勻變形以及搭板等結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)，并且逐漸破壞道路以及橋梁的主體結(jié)構(gòu)。

4 施工技術(shù)要點

4.1 深化水文與工程地質(zhì)勘察并保障軟基處理得當(dāng)

為了確保沉降段的軟基得到合理的加固處理，應(yīng)確保前期水文與工程地質(zhì)勘察達到足夠深度，充分掌握沉降段軟土層的厚度、土質(zhì)以及分布狀況，從而設(shè)計最為可行和有效的基底處理方案。首先需要在相應(yīng)地段進行足夠的鉆孔取樣分析，準(zhǔn)確評估不同區(qū)段的沉降量，優(yōu)化軟基處理技術(shù)方案。根據(jù)軟土層含水率、深度和位置等參考數(shù)據(jù)確定施工工藝。當(dāng)軟土層含水率高且位于地下水水位之下時，需要進行排水和設(shè)置路基排水設(shè)施。而較厚的軟土層可采用石灰土、粉煤灰置換固結(jié)工藝，或者利用深層攪拌樁、粉噴樁以及實施超載預(yù)壓等進行加固[4]。其次無論采用哪一種具體的軟基處理方式，都應(yīng)在施工進行中進行沉降觀測，實時評估施工技術(shù)方案的合理性，從而進行必要的調(diào)整和修復(fù)，例如對搭板脫空問題實施灌漿填充等，原則上應(yīng)將各部分結(jié)構(gòu)的沉降差控制在5cm以內(nèi)。

4.2 優(yōu)化過渡段結(jié)構(gòu)與施工工藝設(shè)計

不均勻沉降和變形是引發(fā)沉降段結(jié)構(gòu)病害的根源，而結(jié)構(gòu)形式和施工工藝的合理選擇，有助于控制沉降和變形差，抑制裂縫以及塌陷等病害的形成。首先橋臺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)采用樁基礎(chǔ)有益于增強其抗不均勻沉降能力，而過渡段的道路基層和面層結(jié)構(gòu)設(shè)計中，根據(jù)基礎(chǔ)條件適當(dāng)增加水泥或石灰穩(wěn)定土墊層、使用土工格柵，也是均衡結(jié)構(gòu)變形差和剛性的有效措施。

4.3 合理選擇路基與路堤填料并保障施工質(zhì)量

填料的物理性質(zhì)與力學(xué)特性決定了路基和路堤的結(jié)構(gòu)強度、塑性變形量，因此需要依據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范和現(xiàn)場情況，選擇能夠滿足沉降段路基、路堤設(shè)計要求的填料。首先路基填料必須有足夠的透水性，砂石以及礦渣基本都能夠滿足要求[5]。而橋臺部位的路堤填料需要有更強的可壓縮性，保障路橋銜接段的剛性平緩過渡，有效控制施工材料的塑性變形差。其次在填筑過程中需要基于實時檢測，保障壓實度均勻且滿足設(shè)計要求。

4.4 控制好搭板施工質(zhì)量

搭板施工質(zhì)量關(guān)系到橋臺與路面之間能否平順過渡，因此在沉降段施工中應(yīng)重點加以控制。首先搭板長度設(shè)計在施工前要再次進行評估和優(yōu)化，確保其起到均衡結(jié)構(gòu)剛度、合理傳遞行車荷載的作用。其次在鋼筋敷設(shè)定位以及錨固過程中，精確測量和復(fù)核其間距、標(biāo)高以及長度等參數(shù)，并且通過規(guī)范化的測試保障鋼筋以及彈性支座等材料的性能。此外為了有效控制橋臺與路基路面之間的沉降差，應(yīng)在搭板混凝土施工中設(shè)置反向坡度，縮小施工后的沉降差并保障路面平順過渡[6]。而在搭板與橋臺間的細節(jié)處理方面，應(yīng)按照相關(guān)設(shè)計規(guī)范設(shè)置倒角和進行縫隙填充，填充材料需要具備良好的防水性能，避免在結(jié)構(gòu)變形和沉降過程中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損壞和滲水問題。

5 結(jié)束語

沉降段施工質(zhì)量對道路橋梁的耐久性有重要影響，只有基于深入的現(xiàn)場勘察，合理選擇路基、路面施工材料與工藝，才能有效控制不同結(jié)構(gòu)部分的沉降差和變形量，避免發(fā)生跳車現(xiàn)象以及道路橋梁結(jié)構(gòu)病害，確保工程使用安全并使之達到設(shè)計使用年限。