桥头跳车处治措施的研究

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1、桥头跳车处治措施的研究 国外早在上世纪五、六十年代就开始重视桥头引道与桥台的差 异沉降问题，如西欧国家就非常重视软土地基的处理，国内外消除 桥头差异沉降的主要措施是设置桥头过渡段，过渡段常采用路堤桩 （Embankment piles）处理桥头地基。欧洲、北美及日本等已广泛应 用土工格网、桥头搭板处治高速公路桥头跳车问题，进行了系列的 理论研究和试验。发达国家高速公路起步较早，路堤填土高度较低， 且施工周期较长，所产生的工后沉降较小，相应产生的危害较小。 近二十年来，我国公路建设处于飞速发展的阶段，施工周期短，施 工条件恶劣，特殊的地理环境和现实因素决定了桥头跳车的处治思 路与方法的多样性。表

2、 1列举了桥头跳车常见的处治措施。表 1 桥头跳车处治方法 处治思路 处治方法 减少地基 沉降 不良地基处理（超载预压，换填，塑料排水板，粉 喷桩，注浆法，强夯等） 采用轻质材料填筑路基（粉煤灰，聚苯乙烯泡沫塑 料 EPS，发泡珍珠岩等） 减小路基 压缩变形 提高路基填土的压实度 加筋（土工格栅，土工格室） 注浆补强、挤密桩 改良台背填料（如采用石灰石，水泥土，二灰土等） 差异沉降 平稳过渡 渐变桩 柔性桥台、半整体式桥台桥头跳车处治措施 路面处理 桥头搭板 设置过渡段路面 预设方向坡度1 强夯法 强夯法广泛的应用于地基沉降处治工程中。强夯法一般采用 100400kN 的重锤，从 640m 的

3、高处自由落下，对地基土施加强 大的冲击能，在地基中形成冲击波和动应力，将地基土压密、振实， 以加固地基土，达到提高强度、降低压缩性。对地基的强夯处治， 一方面是对地基产生压实和挤密作用；另一方面是通过强夯对地表 下一定深度土层施加动力荷载，达到破坏土体结构强度、结构性大 孔隙的作用。 (1) 强夯处治的作用 提高承载能力对于天然地基采用强夯处治后，地基承载能力将会成倍提高。 对于粘土，承载力可提高 103倍：对粉质砂土，承载力可提高 4倍 以上；对砂土及泥灰岩土，承载力可提高 24倍。 减少不均匀沉降通过一系列均匀的夯击及严格的施工控制，地基土体压缩性可 降低 210倍，大大改善了地基的均匀性

4、。能使施工加荷后的地基 差异沉降值控制在规定限度以内。在工程使用上可以忽略不计地基 的差异沉降。 缩短工期经验表明，经强夯一遍，可使 512m 厚的砂质冲击层产生瞬 间沉降 1550cm；再夯一遍，又可产生瞬时沉降约为初始沉降的 60。这种强迫沉降的速度是一般其他方法所不能比拟的。每台设备加固地基的效率平均每天为 300600mz（根据土质及处治深度而 异） 。当强夯设备退场时，地基上各种路基工程和结构工程可立即开 始，无须等待，因而较其它方法缩短工期。(2) 强夯施工步骤 清理并平整施工场地； 标出第一遍夯点位置，并测量场地高程； 起重机就位，使夯锤对准夯点位置； 测量夯前锤顶高程； 将夯锤

5、起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊钩，测 量锤顶高程，若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底 整平； 重复步骤 5，按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点 的夯击； 重复步骤 36，完成第一遍全部夯点的夯击； 用推土机将夯坑修平，并测量场地高程； 在规定的时间间隔后，按上述步骤逐次笼成全部夯击遍数，最后 用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。(3) 强夯施工要求和检测 开夯前应检查夯锤重和落距，以确保单击夯击能量符合设计要求； 在每遍夯击前，应对夯点放线进行复核，夯完后检查夯坑位置， 发现偏差或漏夯应及时纠正； 按设计要求检查每个夯点的夯击次数和每击的夯

6、沉量； 一遍夯击完成后，应检测夯坑深度、夯点间距和处治宽度。检查 强夯施工记录，基础内每个夯点的累计夯沉量，不得小于试夯时各 夯点平均夯沉量的 95，合格后方可填平； 满夯后，对场地进行平整和压实，应达到规范要求的各项指标， 并测量高程，填写地面标高变化； 满夯结束 7d后，在每 5001000m 2 面积内任选一处，应从夯击 终止时的夯面起，每隔 50100cm 取土样测定土的干密度、力学及 物理等指标； 当需要采用静力触探等方法测定强夯土的承载力时，宜在地基强 夯结束一个月后进行。根据试验和测试结果，应对不合格处进行补 夯，或采取其它补救措旌，达到试夯或设计规定的指标。强夯处理 原地基与铺

7、筑砂砾、灰土垫层相比，减免了使用砂砾、石灰等建筑 材料：对于处治面积大于 5000m 2 的情况，处治费用也较低，一般在 20元/m 2 以下，处治效果也十分显著。但有时候必须依据实际情况， 从经济性和处治效果方面相比较后选用处治方法。(4) 强夯法处治地基注意事项 地基的处理范围应大于基础的平面尺寸，每边超出基础外缘的宽 度不宜小于 3m； 施工前应按设计要求在现场选点进行试夯，在同一场地内如土性 基本相同，试夯可在一处进行，若差异明显应在不同地段分别进行 试夯； 在试夯过程中，应测量每个夯点每夯击一次的下沉量（简称夯沉 量） 。最后两击的平均夯沉量不宜大于 5cm，或按试夯结果确定； 试夯

8、结束后，应从夯击终止时的夯面起，每隔 50cm 取土样进行 室内试验，测定土的干密度、压缩系数等物理及力学指标； 试夯结果不满足设计要求时，可调整夯锤质量、落距或其它参数 重新进行试夯，也可修改设计方案。 2 排水固结法 在台背填土较高，软弱土层较厚时，地基沉降变形很大时，仅 靠换填不能有效解决问题，需对地基进行深层处治，此时可考虑采 用排水固结法。排水固结法是在修筑构造物前，对天然地基或己设 置竖向排水体的地基加载预压，使土体固结沉降基本完成或大部分 完成，从而提高地基土的强度，减少地基工后沉降的一种地基加固 处理方法。 排水固结法由排水系统和加压系统两部分组成。常用排水系统 由砂井、塑料排

9、水板、砂垫层等，主要作用在于改变地基的排水边 界条件，缩短排水距离和增加孔隙水排出的途径；加压系统由两类： 堆载法和真空法，主要作用在于增大地基土的固结压力，促使地基 固结。排水系统与加压系统总是联合使用的。只设排水系统，不施 加固结压力，土中的孔隙水没有压差，不会发生渗透固结；只施加 固结压力，不设排水体，孔隙水就很难排出，地基土的固结沉降就 需要较长的时间。 排水固结法包括袋装砂井、塑料排水板、超载预压，真空堆载预压等，排水固结法工程造价较低，但预压工期较长，工后沉降较 大，而搅拌桩复合地基可以大大减小地基总沉降量，并能使之在较 短时间内趋于稳定，但其工程造价较高，且施工质量不能完全保证。

10、 真空预压法最早是瑞典皇家地质学院杰尔曼教授于 1952年 提出的软土地基处理方法。我国 20世纪 50年代末开始真空预压法 的试验研究，1980年开始推广应用。理论和实践证明了真空预压和 堆载预压的加压效果可以叠加，因此开发了真空堆载联合预压法。 张海霞，王保田结合宁靖盐高速公路工程中使用真空堆载联合预压 法处理软土地基的试验，用对比试验结果说明了处理效果和有效处 理深度。2003年谢弘帅等从应力路径的观点出发，研究真空降水堆 载联合预压法加固高速公路桥坡深厚软弱地基的加固机理，提出了 相应的沉降计算方法和设计原理。2004年陈兰云等通过桥头试验段 的现场监测，对真空堆载联合预压加固软基进行

11、了研究。 袋装砂井堆载预压法是在天然地基中设置袋装砂井等竖向排 水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加荷，使土体中的孔隙水 排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐渐提高的方法。胡加 林结合某高等级公路袋装砂井堆载预压法处理软土路基工程实测资 料，围绕该法处理软基课题中的沉陷与稳定问题进行系统的研究。 复合加筋排水褥垫。2008年蔡晓光，刘汉龙采用二维平面 应变 Biot 固结有限元模型对复合加筋排水褥垫软土路堤进行了数值 模拟，表明复合加筋排水褥垫可以满足水平排水要求，另外与传统的水平排水砂垫层相比，该技术可降低地基附加正应力和超孔隙水 压力，有效抑制路基侧向变形的发展，减小路基沉降与不均匀

12、沉降， 提高路基稳定性，加筋效果显著。 3 复合地基处理法 复合地基是指通过置换、搅拌等方式在原地基中植入增强体， 由原地基和增强体两部分组成的人工复合体地基。结构物的荷载由 原地基和增强体共同承担。根据原地基中增强体的方向，复合地基 又可以分为纵向增强体和横向增强体两大类。复合地基分类如图1所 示。 刚性桩复合地基 半刚性桩复合地基 柔性桩复合地基 按增强体刚度划分 钢筋砼复合地基 桩复合地基 混凝土 水泥砂砾复合地基 水泥碎石复合地基 水泥土桩复合地基 水泥稳定 砂桩复合地基 碎石桩复合地基 灰土桩复合地基 散体材料 按增强体材料划分 复合地基分类 CFG 图1 复合地基分类 复合地基作为

13、一种行之有效的地基处理手段优点在于：处治后 地基强度增长快，强度高，侧向水平位移明显减小。 振冲碎石桩 振冲法就是采用振冲碎石桩加固湿软地基的方法,它的碎石桩用 水力冲孔或机械钻孔后填上碎石用振密来完成, 因而也叫作振冲碎石桩。它的施工机具简单方便、造价低、工期短，而且对砂性大的 湿软地基加固效果也尤为明显。另外,由于它加固后对地基抗震能力 的增强,所以在地震区便更可以突显其优点。这些桩本身的强度比挤 密砂桩的强度就要高很多, 同时它也有竖向排水的效果，它经济迅 速而且技术效果非常好，所以它是一种很好的加固方法。振冲碎石 桩是利用振冲器借高压水成孔，投以碎石使之密实，在土体中形成 一个密实的桩

14、体。碎石桩作用有二：一是复合地基作用，即桩体与 桩间土共同构成复合地基，以提高地基的承载力；二是排水固结作 用，碎石桩的桩体为一良好的排水通道，在路堤荷载的预压下使桩 间土固结，强度提高。振冲碎石桩最大的特点是桩径较大（一般为 0.8m1.2m） ，故承载力高。此外，振冲碎石桩的成桩设备较简单， 便于运输。但施工时用水量较大，冲出来的泥浆可能污染施工现场。 水泥搅拌桩 水泥搅拌桩是用于加固饱和软粘土地基的一种技术，它利用水 泥作为固化剂，通过深层搅拌机械，在地基深处将原状软土和水泥 强制搅拌，经过物理化学作用生成一种特殊的、具有较高强度、较 好变形特性和水稳定性的混合柱体，它对提高软土地基承载

15、力、减 少地基的沉降量有明显效果，是一种人工复合地基，搅拌桩是复合 地基的主要承载部分。 预应力管桩 预应力管桩作为采用先张法预应力工艺和离心成型法制成的一种空心细长混凝土预制构件,它具有单桩承载力高、对桩端持力层起 伏变化大的地质条件适应性强、施工速度快、工效高、工期短、抗 弯性好、成桩质量可靠等优点,可应用于处理高等级公路软基路段。 王爱军以具体试验为背景,对预应力管桩在高等级公路软基处理中的 应用进行了研究。 土工格栅、土工格室 土工格栅是国外上世纪60年代开发的一种新型工程加固材料， 因其优良的力学性能、抗变形能力与抗老化性能在欧美国家广泛地 用于路基路面加固、软土地基处理。 土工格栅

16、处治桥头跳车的原理是，在填土中沿路线方向分层平 铺土工格栅，格栅层的一端固定于桥台，另一段与台背连接，利用 土工格栅变形的连续性及其高强度、高弹性、大变形特性，将车辆 荷载及上部土体的自重荷载部分地传递到桥台，在台背局部范围内， 分层阻止填料沿台背沉降；与此同时，通过格栅与土体的相互作用， 改善局部荷载作用下土体内部的受力状态，将荷载扩散到一个较大 的范围内，从而达到减少外部荷载对土体的压缩沉降，延长沉降特 征长度，使台背与填土交界部位的阶梯状沉降变为连续渐变沉降。 1996年喻泽红等对采用土工网来处治路桥过渡段沉降差进行了 详尽的有限元分析，结合实地观测数据及模型试验进行土工网加固 桥头土体的机理分析。2