道路橋梁建設(shè)中沉降段路基路面施工工藝

朱國(guó)威

（江蘇錦匯集團(tuán)有限公司，江蘇 南通 226200）

1 工程概況

某市政道路沿線環(huán)境比較復(fù)雜，村莊分布密集，沿線存在大橋、小橋、涵洞等構(gòu)筑物。該項(xiàng)目竣工運(yùn)營(yíng)2 年后，調(diào)查路橋過渡段的使用情況，以便分析沿線道路橋梁過渡段的沉降問題。路橋過渡段具體調(diào)查情況見表1。

表1 路橋過渡段使用情況調(diào)查結(jié)果

2 影響路基路面沉降的因素

2.1 路基結(jié)構(gòu)層沉降變形

由于表層土方碾壓不密實(shí)，路堤碾壓成形以后，假若土層內(nèi)的其他物質(zhì)出現(xiàn)變質(zhì)現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致路基松軟，進(jìn)而導(dǎo)致不均勻沉降現(xiàn)象；通順，地面橫坡超過1 ∶5 的路段，填筑前沒有嚴(yán)格根據(jù)要求將基底挖成臺(tái)階，填料與土基的結(jié)合效果不好，受到荷載的影響，填料容易失穩(wěn)進(jìn)而導(dǎo)致坡面滑移。

2.2 地基沉降

2.3 支座、防護(hù)設(shè)備移動(dòng)

由于橋臺(tái)后側(cè)承受土壓力，因此橋臺(tái)、防護(hù)設(shè)備發(fā)生位移，在該情況下土體發(fā)生側(cè)向變形。

2.4 局部沉陷

路堤、橋涵等構(gòu)筑物通常存在接縫處理段，由于長(zhǎng)時(shí)間受到行車荷載、自然因素的影響，因此增加了路堤損壞的概率。部分路段設(shè)計(jì)的是連續(xù)鋪裝，在使用過程中連續(xù)鋪裝的路段出現(xiàn)裂縫的頻率比較高。結(jié)合實(shí)際情況看，接縫以及裂縫在豎向方向都比較深，容易使雨水、融雪順著裂縫進(jìn)入地下結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)致基層材料中的骨料分離。在該情況下，路基的強(qiáng)度必然會(huì)降低，進(jìn)而出現(xiàn)沉陷現(xiàn)象。

3 施工工藝要點(diǎn)

3.1 驗(yàn)證過程

對(duì)橋臺(tái)前側(cè)的土體沉降量進(jìn)行分析，對(duì)回填土的壓實(shí)度與沉降量之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行分析。路基頂部收到的壓力為10kPa～70kPa。該項(xiàng)目中取值為=62.5kPa。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來看，回填土的壓實(shí)度設(shè)計(jì)為95%，回填土的含灰量設(shè)計(jì)為10%、養(yǎng)護(hù)時(shí)間確定為30d。由此可以計(jì)算出石灰土的割線模量與壓力曲線之間的關(guān)聯(lián)性，如公式（1）所示。

式中：是指?jìng)?cè)限割線模量（單位為MPa）；是指路基頂面的壓應(yīng)力（單位為kPa）；是指曲線與沉降觀測(cè)值擬合的質(zhì)量。

沉降計(jì)算步驟如下：1）做出計(jì)算所需分層。通常分層厚度為h=0.4，因此層厚取值0.8m。2）對(duì)頂部、底部承受的應(yīng)力、自重均值進(jìn)行計(jì)算。3）對(duì)頂部、底部承受的附加應(yīng)力、附加應(yīng)力均值進(jìn)行計(jì)算。4）壓縮層厚度Z。根據(jù)σ=0.1σ（σ是指壓縮層的自重應(yīng)力，σ是指平均附加應(yīng)力），取Z=5.6m。5）分層的沉降量ΔS。結(jié)合以上分析的割線模量與壓力曲線之間的關(guān)聯(lián)性，計(jì)算出分層的平均自重應(yīng)力、平均附加應(yīng)力與平均自重應(yīng)力之和所對(duì)應(yīng)的側(cè)限割線模量E和E，由公式（2）計(jì)算該分層的變形量ΔS：

式中：是指沉降值的系數(shù)；ΔP是指第層復(fù)合土上附加應(yīng)力，kN；H是指第層的厚度，m。6）總沉降量。將各個(gè)分層土的變形量ΔS相進(jìn)行疊加，得到最終沉降量，如公式（3）所示。

式中：為壓縮層厚度內(nèi)分層的總數(shù)。

1.2 凍害發(fā)生規(guī)律 經(jīng)過對(duì)歷次凍害發(fā)生區(qū)域調(diào)查結(jié)果分析：從地形上看，秦嶺北麓淺山區(qū)、山前河谷地帶、渭河灘地以及低洼地、盆地、空氣不流暢的區(qū)域凍害發(fā)生重，地勢(shì)較高、平坦透風(fēng)的園從來沒有發(fā)生過凍害；從土壤類別看，沙土地比黏土地受凍嚴(yán)重；從樹齡看，幼樹、初果樹比盛果期受凍嚴(yán)重；從品種看，美味獼猴桃比中華獼猴桃受凍嚴(yán)重，徐香獼猴桃受凍最重，海沃德、秦美、金香等也有凍害，實(shí)生苗受凍最重，紅陽受凍較輕。

素土與石灰土的割線模量、壓力曲線的表達(dá)式如公式（4）和公式（5）所示。

按照上述步驟能夠計(jì)算出當(dāng)填土為壓實(shí)度為95%的素土和壓實(shí)度為90%的石灰土?xí)r路基的沉降，根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果可知：石灰土的壓實(shí)度從90%增至95%，路基沉降從1.50 降至1.28，下降幅度為17%左右，也就是說增強(qiáng)壓實(shí)度對(duì)降低路基沉降具有較好的效果；95%素土路段的路基沉降量為1.90，其沉降量明顯超過石灰土路段的沉降量，因此在橋臺(tái)后側(cè)使用石灰土進(jìn)行回填比較合適。

3.2 采取措施

搭板設(shè)置方法。一般來說，可通過以下4 種方法來設(shè)置搭板：①在搭板長(zhǎng)度范圍中，受行車荷載的影響，路面厚度變化情況即路面剛度波動(dòng)情況，該方式加大了施工難度（圖1）。②將圖1 中的搭板與面層頂部保持平行，搭板頂部的標(biāo)高與面層標(biāo)高相同，這種設(shè)置方法可以有效彌補(bǔ)方法①的缺陷，但是無法妥善處理剛?cè)徇^度問題。③參照?qǐng)D2。這種設(shè)置方法與前2 種方法的優(yōu)點(diǎn)相同，圖2 中的值可以結(jié)合實(shí)際情況確定，通常情況下值≥8cm。④預(yù)留反向坡度。搭板與橋臺(tái)連接處的標(biāo)高需要保持一致，連接段可以適當(dāng)?shù)爻^設(shè)計(jì)標(biāo)高，使搭接部位形成坡度，具體的坡度比可以根據(jù)沉降量進(jìn)行確定。

圖1 搭板直接傾斜設(shè)置

圖2 搭板的一端與路面平行設(shè)置

搭板與橋臺(tái)的連接：①錨栓。將搭板的端部安裝在橋臺(tái)上，保證搭板不會(huì)出現(xiàn)滑移現(xiàn)象。具體情況參照?qǐng)D3（a）、圖3（b），鋼筋的直徑為22mm，鋼筋綁扎的間距控制在75cm～80cm。圖3（a）有可能會(huì)導(dǎo)致搭板或是牛腿部位因拉裂而被損壞，圖3（b）與限制位移方向保持統(tǒng)一，所以效果更理想；②支座。在搭板的下側(cè)設(shè)置油氈墊層，墊層的厚度控制在1cm～2cm。③倒角。為保證搭板不會(huì)對(duì)路面結(jié)構(gòu)造成損傷，將搭板鄰近橋臺(tái)一端的上側(cè)與牛腿的上側(cè)設(shè)計(jì)為倒角形式。④填縫。為了確保雨水不會(huì)滲透至搭板與橋臺(tái)連接部位，在連接部位的縫隙中回填透水材料。例如玻璃纖維、瀝青麻絮等并灌注瀝青。

圖3 搭板與橋臺(tái)連接

搭板及其頂層施工技術(shù)。在混凝土澆筑過程中，要保證模板密實(shí)，不能出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，混凝土完全硬化以后外觀質(zhì)量須滿足規(guī)范要求。由于搭板與基層頂部的距離比較小，即基層厚度較薄，當(dāng)壓路機(jī)在基層表面碾壓時(shí)可能出現(xiàn)基層壓碎現(xiàn)象。為了解決該問題，對(duì)基層厚度≤10cm 的情況，應(yīng)將原先鋪好的水穩(wěn)層鑿除，換填瀝青混凝土，確保橋臺(tái)后側(cè)具有足夠的強(qiáng)度。

若不設(shè)置搭板，須對(duì)橋臺(tái)后側(cè)的回填作業(yè)進(jìn)行縝密地設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按照規(guī)范施工，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)回填料與碾壓質(zhì)量的監(jiān)管。

合理處理橋背區(qū)域的軟弱地基，可以有效避免橋頭跳車現(xiàn)象。軟弱地基的處理方法非常多，例如換土、排水加固、振動(dòng)碎石樁、減少附加應(yīng)力、高壓噴射注漿等，可根據(jù)實(shí)際來選擇，改善地基性能，加強(qiáng)地基承載力，減少地基沉降量，降低路堤和橋臺(tái)的沉降差，保證不發(fā)生錯(cuò)臺(tái)情況。軟土地基上建設(shè)的橋臺(tái)基本上都是使用樁基礎(chǔ)，若在比較厚的軟土層中修筑高路堤，軟土則會(huì)因回填材料的質(zhì)量而存在側(cè)向擠壓力，這部分?jǐn)D壓力會(huì)對(duì)樁基礎(chǔ)施加巨大的作用力，促使橋臺(tái)的位置發(fā)生偏移。一旦橋臺(tái)的位置發(fā)生偏移，則會(huì)導(dǎo)致橋面或是橋臺(tái)受損。為確保橋臺(tái)不會(huì)發(fā)生位移，減輕回填材料的質(zhì)量，從而提高側(cè)向流動(dòng)的強(qiáng)度。

如果土層的含水量比較高并存在較多有機(jī)物，此時(shí)可運(yùn)用換土方法。換填土的厚度可以結(jié)合實(shí)際情況確定。對(duì)一般黏土，可以直接作翻曬處理。假若回填土的厚度未超過4cm，可以將開挖的深度設(shè)計(jì)為60cm，反之，則開挖深度至少設(shè)計(jì)為1m。當(dāng)土層翻曬至最佳含水量時(shí)，便可進(jìn)行回填碾壓處理。若遇到雨季無法晾曬時(shí)，選擇全部換填石灰土。使路基底部形成一個(gè)漸變帶，確保沉降不會(huì)出現(xiàn)突變現(xiàn)象。

橋頭部位可以使用輕質(zhì)回填材料、樁板法、連續(xù)板等方法進(jìn)行施工，同樣可以降低路基的沉降量。

橋臺(tái)后側(cè)的回填材料質(zhì)量，會(huì)對(duì)路堤沉降造成巨大影響。使用輕型材料能減少地基的沉降量，還可以有效避免路堤下方的土體發(fā)生變形?；靥畈牧夏雺好軐?shí)后，在上部荷載的影響下會(huì)形成豎向積累變形，所以要合理選擇回填材料。1）臺(tái)背填料的選擇。對(duì)橋臺(tái)后側(cè)5m～10m 的區(qū)域，盡量選擇材料性能比較好的回填料。橋梁沿線存在剛?cè)徇^渡路段，所以應(yīng)該根據(jù)該路基的剛度合理地選擇原材料的剛度。因?yàn)闃蚺_(tái)后側(cè)的回填材料碾壓作業(yè)的難度比較大，且回填材料的壓實(shí)度要求比較高，所以優(yōu)先選擇便于壓實(shí)的材料。此外，回填材料還必須具備良好的透水性。例如石灰土、碎石土、砂礫土等。如果采用的是非滲水性土，應(yīng)在土料里添加中適量石灰或水泥。2）土工合成材料加固橋臺(tái)后側(cè)能夠?qū)靥钔恋某两?、變形進(jìn)行控制，特別是對(duì)治理不均勻沉降有顯著的效果。其原因是土工合成材料可以提高材料相互之間的咬合力，導(dǎo)致土體承受的部分應(yīng)力轉(zhuǎn)移，且還可以降低土體承受的水平方向應(yīng)力及垂直方向應(yīng)力。在這種情況下，土體的承載性能必然會(huì)大幅度提高。3）在回填橋臺(tái)后側(cè)部位時(shí)，需要注意以下4 點(diǎn)：①回填材料的級(jí)配設(shè)計(jì)必須具備合理性，基底部位的回填長(zhǎng)度≥2m，按照1 ∶1 的坡比設(shè)置斜坡或臺(tái)階，確保回填的長(zhǎng)度超過搭板的長(zhǎng)度；②橋臺(tái)后側(cè)的回填土與斜坡可同時(shí)施工，涵洞部位的回填土確保兩側(cè)分布均勻，回填料的壓實(shí)度滿足設(shè)計(jì)要求；③若回填過程中出現(xiàn)侵水現(xiàn)象，可以按照設(shè)計(jì)文件的要求設(shè)置碎石、粗砂，便于排水；④回填材料應(yīng)分層回填，橋臺(tái)、翼墻部位的壓實(shí)度必須滿足設(shè)計(jì)要求。4）臺(tái)背壓實(shí)工藝研究。要想保證不出現(xiàn)沉降和跳車情況，就需要保證 臺(tái)背部位回填材料的質(zhì)量。道路沿線的橋涵數(shù)量比較多，考慮到排洪、行車影響，回填量較大且整體工程規(guī)模偏大，但施工作業(yè)面有限，大型施工設(shè)備無法正常作業(yè)，所以臺(tái)背后側(cè)的回填作業(yè)難度較大。

臺(tái)背回填是整個(gè)路基施工過程中最薄弱的環(huán)節(jié)，所以在實(shí)際施工過程中必須要加大管控力度包括5 個(gè)方面：①正式施工前，將回填部位作為著重夯實(shí)區(qū)域，并明確夯實(shí)寬度，一般夯實(shí)的寬度＞3m；②必須采用分層碾壓方式進(jìn)行作業(yè)，回填料的虛鋪厚度保持在基層厚度的基礎(chǔ)上再額外增加5cm～10cm，單層回填料的厚度＜20cm；③涵洞部位應(yīng)先填筑路基，然后開挖，減少路面夯實(shí)的寬度；④保證路面雨水不會(huì)滲入至臺(tái)背結(jié)構(gòu)內(nèi)部，避免臺(tái)背回填土發(fā)生沉降；⑤控制回填料的壓實(shí)度，其應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和規(guī)范。5）斜坡上路堤的施工。對(duì)斜坡上的橋頭引道路堤典型橫斷面，容易出現(xiàn)回填材料沿著斜向邊坡滑動(dòng)的現(xiàn)象。若地基土不透水，回填料下滑會(huì)大量聚集在底面，施工人員可以將地基土開挖成臺(tái)階狀。為了保證施工設(shè)備有足夠的作業(yè)空間，每層臺(tái)階的寬度≥2.4m。

針對(duì)橋頭跳車問題，各研究學(xué)者提出以下解決方法：1）對(duì)路堤進(jìn)行加固?，F(xiàn)階段，大部分的施工單位對(duì)土體進(jìn)行加固時(shí)都會(huì)選擇力學(xué)加固法。早期一般都是使用金屬進(jìn)行加固，隨著施工技術(shù)的不斷成熟，選用各種土工合成聚合物進(jìn)行加固，開始運(yùn)用在施工中。土工合成物的類型和功能見表2。

表2 土工合成物的類型和功能

土工格網(wǎng)施工工序如下：①鋪設(shè)土工格網(wǎng)。沿著鋪設(shè)路線的縱向方向進(jìn)行鋪設(shè)，將土工格網(wǎng)沿著橋臺(tái)后側(cè)向外展開。如果橋臺(tái)與線路以斜向的方式交叉，就將土工格網(wǎng)沿著路段的走向進(jìn)行鋪設(shè)；②土工格網(wǎng)的定位、錨固。使用膨脹螺釘或是預(yù)埋螺桿將土工格網(wǎng)固定在橋臺(tái)后側(cè)；③土工格網(wǎng)搭接。每層格網(wǎng)相鄰的兩幅進(jìn)行搭接處理，搭接的寬度＞20cm，按照“之”字形進(jìn)行布設(shè)，確保相鄰兩幅格網(wǎng)可以形成一個(gè)整體；④回填材料檢查。施工人員先鋪設(shè)土工材料，然后開始回填作業(yè)?；靥畈牧吓c臺(tái)背之間需要鋪設(shè)20cm 厚度碎石。2）石灰加固土路基。當(dāng)回填料的壓實(shí)度提高以后，素土的壓縮模量確實(shí)能夠提升，由于基數(shù)比較小，即使使用95%壓實(shí)度的素土，地基最終的沉降量也會(huì)比灰土大。所以，對(duì)高填方橋頭路基，盡量少使用素土回填。當(dāng)行車產(chǎn)生的應(yīng)力與路基的土重應(yīng)力之間的比例為1 ∶5 時(shí)，行車荷載下的路基深度最大為2.9m，所以須對(duì)路基沉降引起的橋頭跳車現(xiàn)象進(jìn)行分析。在不設(shè)置搭板的情況下，盡量選擇使用無機(jī)結(jié)合料，基層的鋪設(shè)厚度應(yīng)＞3m，素土的壓實(shí)度確定為95%。3）預(yù)設(shè)反向坡度。當(dāng)可以估測(cè)出路基沉降的具體規(guī)律時(shí)，為了縮短工期，可以直接在橋臺(tái)結(jié)合部位設(shè)置反向坡度，這種施工類似于橋梁預(yù)拱度施工。結(jié)合橋臺(tái)與路堤之間的沉降差異確定坡度。路面鋪裝結(jié)束后，通常沉降量為拋高值的50%以上。需要注意的是，由于不可能完全精確地估測(cè)出實(shí)際拋高值，因此只有利用現(xiàn)有的資料估測(cè)，盡可能地減少與實(shí)際數(shù)據(jù)之間的差異。

4 結(jié)語

綜上所述，在實(shí)際施工過程中，施工單位必須要重視路基沉降問題，提高基層部位土石方的壓實(shí)度，提升墊層、路面的施工質(zhì)量，加大對(duì)施工關(guān)鍵點(diǎn)、難點(diǎn)的監(jiān)管力度，保證道路橋梁沉降的穩(wěn)定性。