橋頭沉降差異分析及處理

　　【摘要】公路是國民經(jīng)濟的重要命脈，從已投入使用的公路特別是高速公路來看，常見的道路病害是路面在臺背回填處出現(xiàn)沉陷或斷裂，車輛通過臺背回填處跳車。文章對橋頭的沉降差異進行了分析，并初步提出一些處理措施。

　　【關(guān)鍵詞】橋頭沉降；差異分析；措施

　　一、 沉降差異產(chǎn)生的原因分析

　　目前的路橋過渡段常采用設(shè)鋼筋混凝土搭板和不設(shè)搭板兩種情況。本文就這兩種情況下過渡段的沉降機理進行分析。

　�。ㄒ唬┰O(shè)搭板時的沉降分析

　　對于使用鋼筋混凝土搭板的橋頭過渡段，橋頭搭板的一端擱置在橋臺背上，另一端通過枕梁設(shè)在引道土體上。為了便于分析沉降差產(chǎn)生的過程，我們做出如下假設(shè)：

　�。�1）竣工時橋面和搭板面的縱坡相等，均為i1；

　�。�2）橋頭沉降過程中，搭板繞簡支端轉(zhuǎn)動，且可以被視為平直的剛體；

　�。�3）搭板上和橋面上的面層結(jié)構(gòu)和厚度相同，不產(chǎn)生沉降差。

　　1．橋頭過渡段沉降差產(chǎn)生的過程

　　由于影響因素較多，為了便于分析問題，假設(shè)在沉降過程中存在橋面縱坡i2b等于搭板面縱坡i2a的情況(如圖1)，這樣可以將橋頭沉降過程分為以下兩個階段。

　　圖1設(shè)橋頭搭板時沉降差異示意圖　　

　　第一階段是竣工后至橋面縱坡i2b等于搭板面縱坡i2a時這一過程，主要是橋面由于墩臺產(chǎn)生沉降凡造成縱坡變化(Δ1=i2a－i1)控制，其值不能過大，否則將造成橋面破壞，伸縮縫擠壞及支座條件變差。因此，各國的橋梁設(shè)計規(guī)范均有限制。

　　第二階段是橋臺沉降趨于穩(wěn)定后至整個引道土體趨于穩(wěn)定。此時的主要特點是橋面縱坡i2b與搭板縱坡i3不相等，兩者之間稱為縱坡差△2，即△2=i3一i2b其大小對過渡段的行車舒適性影響很大。

　　2．沉降差異的表示

　　為了進一步分析差異沉降的危害，需對沉降差異用某一數(shù)學(xué)表達式來表示。通過對沉降差異的形成過程的分析，我們可以將搭板遠臺端部沉降趨于穩(wěn)定時的總工后沉降量Sa分成兩個部分，即

　　Sa＝Sb+△S

　　式中，Sb一橋臺基礎(chǔ)的預(yù)期工后沉降量；

　　△S一橋臺與搭板遠離臺端下土體之間的差異沉降量。

　　橋臺基礎(chǔ)預(yù)期工后沉降量可以用如下公式計算，即

　　Sb=α1α2L'

　　式中，α1一橋臺基礎(chǔ)工后沉降值占基礎(chǔ)總沉降值的比例系數(shù)，主要與地基土類型有關(guān)。對于低壓縮性飽和粘土，α1＝0.40；對于中壓縮性飽和粘土，α1＝0.70；對于高壓縮性飽和粘土，α1＝0.85。

　　α2一考慮橋臺基礎(chǔ)形式的系數(shù)，一般地，對于摩擦樁基礎(chǔ)，α2=1/500；對于擴大基礎(chǔ)，α2=1/300。

　　L'一橋梁邊跨跨徑(m)

　　以L表示搭板長度，以△S表示橋臺基礎(chǔ)與搭板遠離臺端下土體的工后沉降差，α2表示橋面縱坡和搭板面縱坡的差異值。如圖1所示，得到以下關(guān)系式

　　△S＝（△1＋△2）×L

　　由此可見，橋臺與引道土體容許沉降差并不是一個常數(shù)，而是與縱坡差和搭板長度均有關(guān)系。

　�。ǘ�）未設(shè)橋頭搭板時的沉降分析

　　未設(shè)置橋頭搭板的水泥混凝土路面、瀝青混凝土路面，由于橋臺和引道土體沉降差異在橋頭形成一個陡坎或臺階(如圖2所示)。從行車安全和舒適性來看，臺階對行車的影響比設(shè)置搭板時的影響要大。

　　圖2未設(shè)橋頭搭板時沉降差異示意圖　

　　未設(shè)置橋頭搭板時，由于橋臺和引道土體沉降差異在橋頭形成一個陡坎或臺階。為了便于分析，也將工后引道土體沉降趨于穩(wěn)定時的總沉降量Sa分成兩個部分，即

　　Sa＝Sb+△S

　　式中，Sb一橋臺基礎(chǔ)的預(yù)期工后沉降量；

　　△S一橋臺與引道土體之間的差異沉降值；

　　△S就是臺背產(chǎn)生的臺階高度，對行車舒適性的影響很大。

　　二、路橋過渡段沉降病害處治的措施

　　臺背過渡段的差異沉降是眾多因素的影響而形成的。要解決這個問題，就必須從多個方面入手，對于不同的影響因素采用相應(yīng)的方法解決。

　　（一）臺背地基處理

　　地基可以分為天然地基與人工地基。直接放置基礎(chǔ)的天然土層稱為天然地基。如果天然地基土質(zhì)過于軟弱或有不良的工程地質(zhì)情況，需要進行人工加固或處理后才能修筑基礎(chǔ)，這種處理過的地基稱為人工地基。

　　對于軟土地基處理，目前國內(nèi)已有換土法、超載預(yù)壓法、排水固結(jié)法、高壓噴射注漿法、振動碎石樁法、深層攪拌樁、擠密砂樁等方法，下面介紹采用深層攪拌法加固橋頭軟基的方法。

　　深層攪拌法是用于加固飽和粘性軟土地基的一種方法。深層攪拌法是20世紀60年代由日本和瑞典分別開發(fā)的軟土加固技術(shù)。目前應(yīng)用最多的為粉噴樁，一般借助于壓縮空氣，采用專門深層攪拌機械設(shè)備，從不斷回轉(zhuǎn)的中心軸端向四周被攪松的土體噴出漿體或粉體固化劑(如水泥等)，經(jīng)葉片攪拌并吸收周圍水分，在加固的深層軟土中進行一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性和一定強度的優(yōu)質(zhì)復(fù)合地基，從而提高橋頭軟土地基的承載力，減少沉降量(特別是工后沉降量)，縮短固結(jié)期，提高邊坡穩(wěn)定性。

　　采用石灰粉噴樁加固軟粘土，其原理與公路常用的石灰加固土基本相同。石灰與軟土主要發(fā)生以下作用：石灰的吸水、發(fā)熱、膨脹作用；離子交換作用；碳酸化作用(化學(xué)膠結(jié)作用)、火山灰反應(yīng)以及結(jié)晶作用。這些作用使土體中水分降低、土顆粒微聚而形成較大的團粒，同時土體化學(xué)反應(yīng)生成復(fù)合水化物在水中逐漸硬化而與土顆粒粘結(jié)一起從而提高了地基的物理力學(xué)性質(zhì)。水泥攪拌樁加固軟粘土地原理是在加固過程中發(fā)生水泥的水解和水化反應(yīng)；水泥水化生成鈣離子與土粒的納離子交換使土粒形成較大團粒。這些反應(yīng)使土顆粒形成凝膠體和較大顆粒；顆粒間形成峰高狀結(jié)構(gòu)；生成穩(wěn)定的不容于水的結(jié)晶化合物，從而提高軟土強度。

　　一般對攪拌樁的設(shè)計主要從以下幾個方面考慮：

　　1．?dāng)嚢铇兜脑O(shè)計，包括確定樁長和選擇粉體固化劑(如水泥或石灰)的摻入量；

　　2．置換率和樁數(shù)的計算；

　　3．樁位的平面布置；

　　4．下臥層地基的驗算。

　　對于利用深層攪拌法處理臺后路基時，應(yīng)當(dāng)特別考慮樁長及置換率。據(jù)資料表明，一般認為樁長在l0m左右比較有效，置換率以15%～25%最佳。工程中通常路中央處的樁較長，路肩處較短；在近橋臺處樁長些，在一般路段處樁短些。