于 博
(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司,山西 太原 030032)
橋梁墩臺一般采用剛性基礎(chǔ),而相接的路基往往采用填方技術(shù)建造而成,基礎(chǔ)形式的不同使橋梁和道路之間產(chǎn)生了較為明顯的差異沉降,從而引起了“橋頭跳車”。在工程實踐中,盡管采用搭板過渡、輕質(zhì)路堤、橋頭特殊路基處理等技術(shù)措施,但實施的效果并不理想,而中小型橋梁由于受到經(jīng)費的限制,這種問題更為普遍。
近年來,基于土工合成材料加筋土擋墻衍生出了一項新工程技術(shù):土工合成材料加筋土橋臺,即采用加筋土擋墻作為橋臺,直接支承橋梁上部結(jié)構(gòu)[1],具有施工簡便快捷、造價低廉、性能優(yōu)越等優(yōu)點。這項技術(shù)與傳統(tǒng)樁承式橋臺相比,橋梁與路堤間差異沉降較小,可有效緩解“橋頭跳車”問題。據(jù)研究表明,加筋土橋臺對于壓實度高的砂土地基和堅硬的黏土地基效果明顯,橋臺沉降和差異沉降量小,適用范圍主要以低等級公路橋梁為主。
本項目為太行一號國家風(fēng)景道(陵川段)公路,項目區(qū)位于太行山南端絕頂,太行山脈蜿蜒起伏于陵川縣境內(nèi),構(gòu)成東北高、西南低的天然地形,有明顯的垂直差異,項目起點高程1 209 m,終點1 284 m,區(qū)域內(nèi)最高點1 365 m,最低點1 050 m,最大相對高差315 m。
本座公路橋梁中心樁號為K43+175,前右角為90°,上部結(jié)構(gòu)采用一孔8 m裝配式混凝土簡支空心板梁,橋臺采用GRS臺(見圖1)。
圖1 橋臺布置圖(單位:cm)
a)主要技術(shù)指標(biāo) 公路等級:三級公路;設(shè)計速度:30 km/h;路基寬度:整體式路基7.5 m;設(shè)計荷載:公路-Ⅰ級。
b)主要材料 預(yù)制空心板、橋臺擋墻模塊采用C30混凝土,普通鋼筋采用HPB300和HRB400鋼筋。
a)本橋上部采用簡支空心板結(jié)構(gòu)。
b)設(shè)計按常規(guī)方法計算和校核。
c)本工程設(shè)計采用HDPE單向整體拉伸格柵筋材,筋材應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范的要求。
d)加筋土擋墻一共3面,垂直方向鋪設(shè)格柵時接觸部分格柵應(yīng)在中間填一定厚度的填料,防止格柵打滑(見圖2)。
圖2 橋臺結(jié)構(gòu)圖(單位:cm)
e)擋墻采用現(xiàn)澆C30混凝土條形基礎(chǔ),澆筑時應(yīng)預(yù)留凹槽,以便安放面板模塊;擋墻上部1 m范圍內(nèi)及帽石采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土。
f)擋墻面板采用C30現(xiàn)澆混凝土,面板內(nèi)側(cè)鋪設(shè)鋼架網(wǎng),筋材與鋼架連接從而保證整個體系完整性。
g)筋材應(yīng)水平鋪設(shè),填料應(yīng)分層壓實,分層厚度和筋材間距一致,采用光面壓路機(jī)碾壓,每層土不少于3遍。
h)GRS橋臺施工工序為:先進(jìn)行基礎(chǔ)土處理,再施工加筋土擋墻基礎(chǔ),然后逐層進(jìn)行加筋土擋墻施工,最后澆筑頂部帽石[2]。
有關(guān)橋梁的施工工藝、材料要求及質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn),除應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)范、條文外,還應(yīng)特別注意以下事項。
a)空心板梁的附屬設(shè)施預(yù)埋件是提前同梁板鋼筋一起綁扎連接的,因此在澆筑空心板混凝土前應(yīng)嚴(yán)格檢查是否齊全?;炷翝仓凑帐┕な謨院凸芾磙k法嚴(yán)格執(zhí)行。
b)空心板預(yù)制時,除注意預(yù)埋鋼筋和預(yù)埋件外,橋面系、伸縮縫、護(hù)欄及其他相關(guān)附屬構(gòu)造,均應(yīng)參照有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)施工,護(hù)欄預(yù)埋鋼筋必須預(yù)埋在預(yù)制空心板內(nèi)。
a)架設(shè)前應(yīng)先檢查支座墊石頂面標(biāo)高及平整度。用水準(zhǔn)儀檢查墊石頂面中心位置標(biāo)高誤差不大于1 mm,否則應(yīng)進(jìn)行處理并用砂漿抹平。
b)預(yù)制板采用兜底吊裝方法[3]。
c)橋梁架設(shè)采用架橋機(jī)吊裝,須經(jīng)過驗算方可進(jìn)行。
d)橋面鋪裝混凝土澆筑前不容許汽車、壓路機(jī)等重型機(jī)具通過。
作為一項新技術(shù),土工合成材料加筋土橋臺復(fù)合結(jié)構(gòu)在施工前,需要進(jìn)行詳細(xì)施工交底,承擔(dān)單位應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計要求和施工說明進(jìn)行施工。主要施工步驟和要求如下。
4.3.1 基槽開挖
按設(shè)計坡率,并在保證坡體穩(wěn)定前提下,開挖至基底設(shè)計深度,清除基槽內(nèi)的軟弱土體和其他障礙物。保持基槽干燥,及時進(jìn)行后續(xù)的加筋土基礎(chǔ)施工,必要時對地基土進(jìn)行夯實(見圖3)。
圖3 場地平整、基槽開挖
4.3.2 加筋土基礎(chǔ)施工
先在開挖的基槽內(nèi)鋪設(shè)土工織物(見圖4),當(dāng)基礎(chǔ)位于水流沖刷線以下時應(yīng)做好防滲措施。然后攤鋪碎石層并分層碾壓,分層厚度15 cm,加筋間距一般為30 cm,壓實系數(shù)應(yīng)達(dá)到95%以上。達(dá)到基礎(chǔ)高度后,用土工織物回折,包裹加筋碎石體,形成加筋土基礎(chǔ)。
圖4 加筋基礎(chǔ)施工
4.3.3 GRS橋臺施工
采用砌塊作為面板,GRS橋臺施工按“鋪放一層砌塊→攤鋪一層碎石填料→施工碾壓至規(guī)定壓實度→鋪設(shè)一層加筋材料”的工藝順序重復(fù)進(jìn)行,直到橋臺設(shè)計高度。
GRS橋臺施工應(yīng)嚴(yán)格控制填料壓實度。每鋪設(shè)一層(20 cm厚)填料,即進(jìn)行碾壓密實,壓實系數(shù)應(yīng)達(dá)到95%以上(頂部承載區(qū)宜達(dá)到100%)。在距離面板1.0 m范圍內(nèi),應(yīng)采用輕型振動平板夯進(jìn)行夯實(壓實過程中對砌塊頂面臨時施加豎向壓力),其他區(qū)域則應(yīng)采用20 t振動碾壓設(shè)備壓實。在攤鋪碎石過程中,應(yīng)避免機(jī)械在加筋材料上直接碾壓。
加筋材料鋪設(shè)應(yīng)沿道路縱向整幅鋪設(shè),不得拼接;沿道路橫向可進(jìn)行拼接,但上、下層筋材的拼接縫應(yīng)錯開。先將筋材嵌入面板,筋材與砌塊之間的摩擦接觸面積應(yīng)超過砌塊面積的85%;然后從面板處開始,向墻內(nèi)鋪設(shè);鋪設(shè)完成后,應(yīng)對筋材進(jìn)行張拉,筋材應(yīng)繃緊、平整、無褶皺;然后在張拉情況下及時攤鋪填料。橋梁基座(基礎(chǔ))下1 m范圍內(nèi)采用短筋材加密,加筋間距為10 cm。
砌塊面板應(yīng)分層錯縫碼放,碼砌過程中應(yīng)注意每一層的調(diào)平。同層砌塊之間應(yīng)無明顯的縫隙,不得夾有顆粒碎屑物質(zhì)。上下砌塊之間的筋材鋪設(shè)厚度應(yīng)一致,當(dāng)出現(xiàn)筋材搭接時,應(yīng)修剪使其無搭接。每碼放一層,均應(yīng)檢驗面板的垂直度,控制偏移量在0.01 m之內(nèi)。每一層砌塊的內(nèi)邊緣需對齊(見圖5)。最上面3層砌塊應(yīng)插鋼筋進(jìn)行澆筑,并設(shè)置頂蓋(見圖6)。
圖5 砌塊內(nèi)邊緣對齊
圖6 頂部3層砌塊的連接
4.3.4 橋梁基座施工
當(dāng)不設(shè)置橋梁基礎(chǔ)時,可采用加筋土基座。橋梁基座位于承載區(qū)(短加筋加強(qiáng)區(qū))之上,由兩層厚10 cm的加筋材料包裹碎石形成GRS復(fù)合體疊置構(gòu)成,總厚度20 cm。橋跨結(jié)構(gòu)直接安置在基座上。
4.3.5 橋跨結(jié)構(gòu)安置
當(dāng)橋臺及基座施工完成,先在墻頂鋪設(shè)一層加筋材料(見圖7),然后吊裝安置橋跨結(jié)構(gòu)。橋跨結(jié)構(gòu)放置應(yīng)施壓均勻,避免脫空區(qū)產(chǎn)生。起重機(jī)的位置應(yīng)在距離面板一定范圍之外。
圖7 橋跨結(jié)構(gòu)安置
4.3.6 翼墻施工
橋跨結(jié)構(gòu)安置完成后,再修建翼墻。應(yīng)保證GRS橋臺與翼墻之間的墻面結(jié)構(gòu)合縫嚴(yán)密(見圖8),以防止填料漏失而影響局部穩(wěn)定性。
圖8 翼墻施工
4.3.7 路面施工
路面鋪設(shè)前宜先進(jìn)行預(yù)加載,以盡量減少GRS填土結(jié)構(gòu)的工后沉降。鋪設(shè)路面前,應(yīng)在路基返包筋材之上鋪設(shè)一層集料覆蓋層,以保護(hù)筋材免受熱拌瀝青的腐蝕。
4.3.8 材料要求
加筋土橋臺復(fù)合結(jié)構(gòu)的核心部分——GRS橋臺,由面板(面板有多種形式和尺寸,這里以常用的砌塊面板為例)、加筋材料和碎石填料組成,各種材料的要求如下:
a)砌塊面板 采用預(yù)制的空心砌塊或?qū)嶓w砌塊。標(biāo)準(zhǔn)砌塊的技術(shù)規(guī)格為40 cm×20 cm×20 cm,抗壓強(qiáng)度大于等于28 MPa,吸水率小于等于5%。
b)加筋材料 加筋材料應(yīng)首選有紡?fù)凉た椢?,也可以考慮延伸率低的雙向土工格柵[4]。
目前,GRS技術(shù)在國外的應(yīng)用正在迅速發(fā)展,相關(guān)工程實例表明GRS橋臺結(jié)構(gòu)的工后墻面位移和橋頭沉降均較小,具有良好的服役性能。加筋土柔性橋臺施工工藝簡單、建設(shè)成本低、后期維護(hù)方便且較好地適應(yīng)山西省的地質(zhì)條件,該技術(shù)主要適用于低等級公路橋梁,在減輕“橋頭跳車”問題上的優(yōu)異表現(xiàn)具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢,是一個較為理想的解決方案。