橋臺臺背路基特點(diǎn)及處理關(guān)鍵技術(shù)

唐亮，熊建漓，許夢夢

（中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，武漢 430010）

1 引言

橋臺不僅是承載邊跨上部結(jié)構(gòu)， 傳遞邊跨上部結(jié)構(gòu)作用力到基礎(chǔ)的構(gòu)筑物，也是位于橋梁兩端，與路堤相銜接的構(gòu)筑物，具有抵擋臺后的填土壓力、穩(wěn)定橋頭路基、使橋頭線路和橋上線路可靠而平穩(wěn)地連接的作用。 因此，橋臺一側(cè)或兩側(cè)與主體路基銜接的一段路基即橋臺臺背。 路基的施工質(zhì)量不僅關(guān)系到橋臺的穩(wěn)定，也是保證橋臺與路基的平穩(wěn)連接，保證道路行駛平穩(wěn)性的關(guān)鍵。

2 橋臺臺背路基的特點(diǎn)

2.1 為不同剛度構(gòu)筑物的過渡段

橋臺一般是石砌或素混凝土結(jié)構(gòu)， 輕型橋臺則采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，為一種剛性結(jié)構(gòu)。 路基一般為填土路堤、填石路堤、土石路堤，為一種柔性結(jié)構(gòu)。 橋臺臺背為橋梁與主體路基銜接的一段構(gòu)筑物，因橋梁橋臺剛度大，而路基段剛度小，橋臺臺背路基是橋梁與路基兩種不同剛度構(gòu)筑物之間的銜接過渡段。

2.2 施工工序多為先橋臺后路基

道路工程中，如果先填筑路堤，待路基沉降穩(wěn)定后，再開挖路堤，修建橋臺結(jié)構(gòu)，則橋臺承受土壓力將減小。 但在工程實(shí)際項(xiàng)目中，由于工期緊張，設(shè)計(jì)、施工往往采用的施工工序?yàn)橄刃拗蚺_構(gòu)筑物，再進(jìn)行路堤的填筑。 由于橋臺受路堤填筑時(shí)壓路機(jī)碾壓作用和路堤填筑后沉降的影響， 橋臺受到的土壓力往往大于主動(dòng)土壓力。

3 橋臺路基常見問題及原因分析

3.1 橋頭跳車病害

造成橋頭跳車具有多種因素， 直接因素是橋臺位于為不同剛度構(gòu)筑物的過渡段， 前后不同剛度的橋臺與路堤引起了不均勻沉降。

產(chǎn)生不均勻沉降的因素是多方面的，拋開設(shè)計(jì)、施工、管理方面的錯(cuò)誤、失誤等因素外，從客觀實(shí)際出發(fā)，就橋臺臺背路基特點(diǎn)的客觀現(xiàn)實(shí)來講，主要原因如下。

1）回填作業(yè)面小，壓實(shí)困難。 橋臺臺背處路基，因受橋臺結(jié)構(gòu)物的限制，靠近橋臺處，壓路機(jī)無法正常碾壓，或?yàn)楸Ｗo(hù)結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，壓實(shí)機(jī)械受到限制，導(dǎo)致壓實(shí)困難。

2）不同結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不可避免的沉降差。 橋臺為剛性結(jié)構(gòu)，其基礎(chǔ)視持力層的深度不同，通常采用樁基礎(chǔ)，或擴(kuò)大基礎(chǔ)，或直接位于穩(wěn)定地層上，其沉降均較小。 而其本身為剛性構(gòu)筑物，可不計(jì)其壓縮變形。

路基不論為填土路堤、土石路堤，還是填石路堤，均為一種柔性結(jié)構(gòu)，在車輛荷載、自身和路面結(jié)構(gòu)層的重力作用下，不僅會產(chǎn)生一定量彈性變形，并將有較大的非彈性變形[1]。

因此，兩種不同剛度結(jié)構(gòu)物交接處，易引起不均勻沉降，從而造成橋頭跳車現(xiàn)象。

3.2 橋臺產(chǎn)生水平位移、彎曲、開裂等病害

在橋臺受力計(jì)算時(shí)，往往按主動(dòng)土壓力來進(jìn)行計(jì)算，但由于在實(shí)際實(shí)施時(shí)采用先橋臺后路基的施工工序， 橋臺受到的土壓力往往大于主動(dòng)土壓力，因此，導(dǎo)致橋臺抗滑力偏小從而造成水平位移、抗彎剛度不足產(chǎn)生彎曲、內(nèi)力大于設(shè)計(jì)承載力而造成開裂。

4 橋臺路基處理關(guān)鍵技術(shù)措施

4.1 針對橋臺水平位移、彎曲、開裂等問題

4.1.1 優(yōu)選適宜填料

橋臺臺背路基宜選用輕質(zhì)填料、透水性材料、無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料，不得選用包含腐殖質(zhì)、泥草、凍塊的填料，崩解性巖石、膨脹土也不得用于臺背填筑。

透水性材料可選用級配好的粒類土、砂類土，其不僅自身穩(wěn)定性好，對橋臺的側(cè)壓力小，而且有利于排除滲透進(jìn)路基內(nèi)的水分，減小路基內(nèi)孔隙水壓力對橋臺的影響；輕質(zhì)填料可選用粉煤灰、土工泡沫塑料，采用泡沫輕質(zhì)土、膨脹性聚苯乙烯泡沫塑料等特殊材料回填時(shí)， 應(yīng)符合現(xiàn)行JTG/T 3610—2019《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》和CECS 249—2008《現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土技術(shù)規(guī)程》，輕質(zhì)填料由于其自身重度小從而可減小其對橋臺的土壓力；無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料可選用水泥穩(wěn)定材料、石灰穩(wěn)定材料、石灰粉煤灰穩(wěn)定材料，無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料自身穩(wěn)定性好，從而對橋臺的側(cè)壓力小。

4.1.2 優(yōu)化碾壓順序

路基碾壓一般采用沿路線方向來回直線碾壓， 當(dāng)壓路機(jī)向橋臺方向前進(jìn)碾壓時(shí)，由于壓路機(jī)后方路基先被碾壓，當(dāng)壓路機(jī)靠近橋臺時(shí)，橋臺處路基填料因壓路機(jī)后方路基較密實(shí)，從而將增大填料向橋臺擠壓，造成對橋臺更大的土壓力。

為了減小碾壓時(shí)對土體的擠壓力，先從橋臺處開始，朝背離橋臺方向進(jìn)行橫向碾壓，此時(shí)，因遠(yuǎn)離橋臺端回填料還未碾壓，回填料松散，這將減小回填料對橋臺的擠壓力。 待橋臺處壓實(shí)完成后，再實(shí)施一般縱向壓實(shí)。

4.1.3 臺背1 m 范圍內(nèi)宜采用小型機(jī)具壓實(shí)

橋臺的受力計(jì)算一般采用主動(dòng)土壓力進(jìn)行， 而重型壓實(shí)機(jī)械碾壓施工時(shí)將產(chǎn)生較大的擠壓力， 為避免橋臺臺后回填時(shí)的受力遠(yuǎn)大于主動(dòng)土壓力，因此，當(dāng)壓實(shí)機(jī)械離臺背小于1 m 范圍，宜改用小型機(jī)具壓實(shí)。

4.1.4 加強(qiáng)臺背回填要求

在工程實(shí)際項(xiàng)目中，由于工期緊張，往往要求橋臺成型后盡快對路基進(jìn)行回填，但橋頭強(qiáng)度較低時(shí)實(shí)施臺背回填，易造成橋臺彎曲與開裂。 因此，臺背回填，應(yīng)在結(jié)構(gòu)物強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%以上時(shí)進(jìn)行。

臺背回填應(yīng)順應(yīng)路線方向，自臺身起，其填土的長度在頂面應(yīng)不小于橋臺高度加2 m，在地面應(yīng)不小于2 m；拱橋臺背填土的長度應(yīng)不小于臺高的3～4 倍。 拱橋的臺背填土宜在主拱圈砌筑或安裝以前完成； 梁式橋輕型橋臺的臺背填土宜在梁體安裝完成以后，在兩端橋臺平衡地實(shí)施；埋置式橋臺的臺背填土宜在柱側(cè)平衡、對稱的實(shí)施。

4.1.5 臺背與錐坡回填宜同步進(jìn)行

合理的施工工序是保證橋臺受力合理， 不至土壓力過大橋臺產(chǎn)生水平位移、彎曲、開裂等問題。 當(dāng)為減小機(jī)械及人員窩工現(xiàn)象，而先對臺背回填后再進(jìn)行錐坡回填，則橋臺不僅受到單側(cè)主動(dòng)土壓力，且在臺背側(cè)回填土采用壓路機(jī)碾壓時(shí)，還將受到機(jī)械碾壓時(shí)對橋臺的擠壓力； 而當(dāng)臺背與錐坡同步回填，則錐坡填土可有效抵消橋臺臺背回填土的壓力。

4.2 針對回填作業(yè)面小，壓實(shí)困難

4.2.1 嚴(yán)格控制回填壓實(shí)工藝

在橋臺臺背回填時(shí)，根據(jù)橋頭實(shí)際情況，優(yōu)選壓實(shí)機(jī)械規(guī)格以及機(jī)械組合，嚴(yán)控碾壓速度、碾壓遍數(shù)以及松鋪厚度，并且確保壓實(shí)時(shí)回填料處于最佳含水率。

臺背回填應(yīng)嚴(yán)格控制分層厚度和壓實(shí)度， 分層碾壓厚度不宜大于150 mm，填料粒徑宜小于100 mm，填土壓實(shí)度應(yīng)不小于96%，并且應(yīng)設(shè)專人負(fù)責(zé)質(zhì)量檢驗(yàn)，各點(diǎn)均應(yīng)合格，每50 m2應(yīng)檢驗(yàn)一點(diǎn)，當(dāng)剩余面積小于50 m2時(shí)，也應(yīng)檢驗(yàn)一點(diǎn)。

4.2.2 空間狹小時(shí)，可回填漿砌片石、低強(qiáng)度等級混凝土等材料

受現(xiàn)場實(shí)際情況限制， 橋臺附近可能存在壓路機(jī)無法進(jìn)行碾壓的狹小部位，回填難以保證橋臺臺背處的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性等要求，而混凝土具有較好的流動(dòng)性，可以有效填充至不便于回填壓實(shí)的狹小空間，且混凝土不需要采用壓實(shí)機(jī)械，通過細(xì)小的振搗棒振搗便可滿足橋臺臺背的性能要求，因此，狹小部位可采用低強(qiáng)度等級混凝土、漿砌片石等材料回填。

4.3 針對跳車問題

4.3.1 合理設(shè)置橋頭搭板

大量研究表明， 橋頭搭板為橋臺與路基段之間一種過渡結(jié)構(gòu)，對減小其沉降差具有重要作用。 在實(shí)際運(yùn)用過程中，往往發(fā)現(xiàn)橋頭搭板常出現(xiàn)脫空、滑落、錯(cuò)臺等病害，因此應(yīng)合理設(shè)置橋頭搭板。 在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，對地基沉降做出合理要求，對搭板厚度、長度、彈性模量、搭板配筋、搭板應(yīng)力與撓度等做出合理規(guī)定[2-3]。

橋頭搭板的厚度及長度應(yīng)根據(jù)橋的規(guī)模、 橋頭填土的高度以及臺背填土的破壞棱體長度綜合考慮確定。 破壞棱體的延伸線應(yīng)位于橋頭搭板范圍內(nèi)，通常條件下，橋頭搭板的長度應(yīng)不小于破壞棱體的長度再加2 m[4]。

搭板的厚度主要依據(jù)強(qiáng)度和變形要求來計(jì)算， 但是由于搭板受理復(fù)雜，很難簡單地確定搭板的受力狀況，因而通常采用的處理方法為將搭板換算為等效簡支板， 找出長度與計(jì)算跨度之間的關(guān)系，大致研究出各種板長的相應(yīng)計(jì)算跨徑，從而按簡支板的方法確定搭板的厚度。 根據(jù)研究結(jié)果，搭板厚度一般為其長度的1/16～1/24。 我國近年來的橋梁設(shè)計(jì)中，搭板厚度根據(jù)具體情況一般取0.25 m、0.3 m 或0.35 m[5]。

4.3.2 加強(qiáng)過渡段回填處理，減小不均勻沉降

二級及二級以上公路路堤與橋臺連接處應(yīng)設(shè)置過渡段。過渡段壓實(shí)度應(yīng)不小于96%，并應(yīng)做好地基處理、填料、臺背防排水等綜合設(shè)計(jì)。 過渡段長度計(jì)算見式（1）[6]：

式中，L為過渡段長度，m；H為路基填土高度，m。

加強(qiáng)過渡段回填處理，首先應(yīng)加強(qiáng)地基的處理，嚴(yán)格控制地基的彎沉值，對于軟弱地基，可通過換填、灰土處理、粒料樁、CFG 樁、剛性樁等措施提高地基的承載力，減小工后沉降。然后對于過渡段與一般路基段的銜接處，應(yīng)挖臺階處理，并優(yōu)選路基填料，如選用透水性材料、輕質(zhì)填料、無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料等，同時(shí)加強(qiáng)壓實(shí)要求，其壓實(shí)度應(yīng)不小于96%。 另外，水是造成路基病害的主要因素之一， 過渡段防排水應(yīng)做好系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)， 如背墻應(yīng)做好防水設(shè)計(jì)， 可通過墊油毛氈等方式， 而在臺背回填土區(qū)域則應(yīng)做好排水設(shè)計(jì)， 可通過設(shè)置盲溝、泄水管等方式，尤其當(dāng)橋臺采用U 形橋臺時(shí)，臺背填土區(qū)域排水困難更應(yīng)加強(qiáng)，以減少后期路基沉降。

4.3.3 回填部分路床宜與路堤路床同步填筑

對過渡段路堤進(jìn)行加強(qiáng)處理控制后， 為加強(qiáng)過渡段與一般路基段的整體效果，減小跳車現(xiàn)象，過渡段路床的回填宜和一般路段的路床同步進(jìn)行實(shí)施。

5 結(jié)語

橋臺前后為兩種不同結(jié)構(gòu)物，且剛度相差懸殊，將導(dǎo)致不可避免的沉降差，但可通過采取一系列措施，如加強(qiáng)過渡段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)化地基處理、優(yōu)選填料、嚴(yán)控過渡段壓實(shí)工藝、合理搭接等措施，確保沉降差在合理范圍內(nèi)。