路桥施工过渡段加固技术研究
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摘要：随着我国经济的快速发展，交通量日益增大。早期修建的钢筋混凝土桥梁，大部分已经表现出不能满足通行需求。一是荷载标准低，二是在重车、超重车的作用下，出现了许多病害。笔者结合自己多年的工作经验与实践，对路桥过渡段桥梁加固施工技术的相关问题进行探讨，仅供同行参考。
引言
中国桥梁工程的发展已具有相当规模，公路交通量不断增加，行车密度及车辆载重越来越大，公路桥梁负荷日趋加重。有一部分公路桥梁是中国20世纪80年代以前修建的，因其设计荷载标准偏低，普遍存在承载力不足的问题。而20世纪80年代以后修建的，其中已有不少桥梁暴露出缺陷，更有一些在远没有达到设计寿命时出现耐久性能严重退化的现象，影响其承载能力和使用寿命。因此，采用适当的加固和改造技术措施，恢复和提高桥梁的承载能力及通行能力，延长桥梁的使用寿命，以适应现代化交通运输的需要变得十分迫切。随着碳纤维修复和补强技术的深入研究和发展，该项先进技术必将广泛为工程界所接受和采用，真正、有效地提高桥梁通行荷载及安全性能，为我们的公路工程建设服务。
1 桥梁加固的必然性
桥梁和其他建筑物一样都具有“生命周期”，主要包括建造、使用和老化三个阶段。由于桥梁是建在大地上的特殊产品，不仅要受到自然环境如大气腐蚀、温度、温度变化等的影响。而且还受到使用环境的影响，难以难免地会逐渐产生损坏现象。这使桥梁的维修、养护、加固、改造已成为必然。首先，桥梁加固有利于节约资金和资源。从经济上分析，桥梁加固可以节省大量投资，收到良好的社会经济效益。采用适当的加固技术和拓宽措施，不仅可以避免因拆除旧桥与重建新桥而增加工程费用，同时也恢复和提高了旧桥的承载能力及通行能力，延长桥梁的使用寿命，满足现代化交通运输的需求。其次，桥梁加固有助于保证桥梁的质量。对桥梁进行维修、改造和加固，不仅可以提高公路桥梁的通行能力和服务水平，而且存更大程度上能够消除交通安全隐患。再次，公路旧桥加固有利于促进桥梁建设的可持续发展。
可持续发展是指既满足现代人的需求以不损害后代人满足需求的能力，就是指经济社会、资源和环境保护协调发展，它们是一个密不可分的系统，既要达到发展经济的目的，又要保护好人类赖以生存的大气、淡水、海洋、土地和森林等自然资源和环境，使子孙后代能够永续发展和安居乐业。
2路桥过渡段施工中的常见问题
所谓路桥过渡段，即是在桥涵、通道等构造物与两端路堤联接的地方，在路基、桥涵等地方，通常会产生不均匀沉降而出现一些台阶，当此台阶达到一定的数值，行车便会产生明显的跳动颠簸。由于路面上车辆荷载的原因，一般的台阶呈现中间低两边偏高的态势。桥涵两端台阶的产生和形成，使车辆的行驶速度受到不同程度的影响。车速的降低幅度因路面类型、公路等级、车辆种类、台阶高度、和行车速度而异。公路等级越高所设置的结构物也越多，因此形成许多高低不一的桥头台阶。因为桥头台阶导致汽车减速行驶使得车辆不可能在高等级公路的全线以设计的速度运行。根据观察和测试，汽车遇到桥头台阶，一般要提前150―200m减速，通过台阶以后还需要大约相同的距离加速以恢复正常行驶速度。高速公路线形标准高，桥头引道路堤高，容易产生沉陷和变形，出现桥台与引道错台、桥台路基下沉、路面裂缝、不平、甚至积水等问题。这些常见问题使快速行驶的车辆颠簸、振动、跳车产生噪音。解决这一问题，需从设计与施工两方面着手。
3从设计方面解决路桥过度段问题
一般地，解决设计方面的问题，主要取决于是否设置搭板，搭板如何设置更为安全有效。
3.1 设置搭板
搭板的设置方法有以下三种：其一，从理论上看，在搭板长度L范围内，在车辆荷载作用下，路面的弯沉逐渐变化，可这种方法给实际施工带来很大困难；其二，这个方法的特点其实是克服了第一种方法中的施工困难，而且又有效地解决刚柔过渡的问题。其三，是采用预留反向坡度，即搭板与桥台连接处标高一致，而与路面连接端则高于设计标高，形成一个预留的反向坡，强度大小根据路桥之间的沉降差而定。这一方法的关键在于考虑路线纵断面平顺的前提下，确定沉降差和预留反向坡度。搭板与桥台间的锚固有竖向和水平向两种方法。考虑到搭板自由端在车辆荷载作厢下必然发生竖向位移，而水平向的锚固更符合这一受力状态，并有利于桥台受力，因而搭板与桥台间宜采用水平锚固。对于是否设置枕梁，曾有人研究过，认为枕梁布置在搭板尾端对于搭板受力没有影响。通过进一步的研究发现，枕梁设在搭板尾端对于控制板底弯拉应力是不利的，它可使板底最大弯拉应力增大约三分之一，如果板端枕梁附近一定范围内板下地基处理不当，将发生局部下沉造成二次跳车。同时，枕梁可以将搭板传递下来的荷载分散到更大面积的地基上，还可以增加搭板的横向抗弯刚度，因此加设枕梁是有利的。
相关资料证明，枕梁下的路基内设置碎石桩或水泥石屑桩可以改善枕梁及其下部路基土承载能力减少该处沉降。经实践检验这种处理方法效果明显，且所需费用不大。因此我们认为搭板可设计成不设枕粱和设枕粱两类，将其分为设置碎石桩或水泥石屑桩和不设两类对这三种情况应在实践中进一步检验其优劣。有关研究表明，设置115m宽路肩可以使搭板底部最大弯拉应力减少20％，因此，设置搭板时，应注意修筑好路肩，以此来改善搭板的受力状况。搭板的长度确定至关重要，其长度与路堤填高成正比，并与路基状况有关。依据实际沉降差的大小来确定搭板的总长，是成功防止桥头跳车的重要技术措施。一般情况下，设置与否需论证确定。如果设置，搭板长度可为5m。小桥涵搭板、中桥的搭板长为5～8m，大桥搭板长度为8～12m。搭板下面地基的非均匀特别是脱空，能显著地增大板底的弯拉应力，对搭板效用发挥极为不利。由搭板的受力分析可知，当地基从均匀到非均匀再到脱空，其相应的最大竖向位移各增大100％左右。而增加搭板厚度能显著地增大搭板抵抗弯拉应力和变形的能力，研究表明，板厚从20cm增到30cn 板底最大弯拉应力减少30160％,应的竖向位移也减少19l85％。因此按弹性地基板和脱空板分别计算板厚，根据实际情况确定厚度对钢筋混凝土搭板可取板厚为约为30cm。
3.2不设置搭板
当前，我国高速公路在大中桥头处均设置搭板，若搭板一旦破坏，不仅严重影响车辆的正常通行，而目施工难度大、维修费用高。一些西方国家在桥头处没有设置搭板。如果不设置搭板，则应对台后填筑作周密设计和认真施工，对填料和压实应有更高要求威采用专门的结构措施，如填筑聚乙烯块、铺土工格网等。
4从施工技术方面改进路桥过度段问题
4.1台后填筑方式
路堤沉降由桥梁两端的地基、路基、路面三部分压缩变形组成。其中地基的压缩变形由路基路面的恒载和车辆荷载引起，填料的压缩、固结、次固结引起路基路面结构层因行车作用而被压缩。对于面层，若搭板上和桥面上的面层结构和厚度相同，则不会产生沉降差，因此搭板上和桥面上应采用相同的面层结构和厚度。车辆荷载的作用的影响深度一般2m左右，因此一般搭板下的加强层不超过2 m。实践证明，由于填料自身固结和施工要求不严，若不对整个台背填方作加固处理，则不能彻底解决桥头跳车问题，国内一些成功解决桥头跳车的实例也证明需对整个台背填方作加固处理，如京港澳高速公路要求所有构造物台背回填透水性好的砂性土或石灰土，郑许高速公路要求原设计95％区由素为石灰稳定土，压实度要求从地基开始均为95％。因此，对整个台背填筑从地基开始应采取适当的加固措施，采用砂性土、砂砾、碎石土填筑，必要时用石灰或水泥进行稳定处理也可采用半刚性材料填筑，以此减少路基工后沉降，同时相应提高压实度要求。土工合成材料加固台背路基可以有效地控制填土荷载作用下的变形和自然沉降，尤其是不均匀沉降。这是由于土工合成材料可以增强土体本身颗粒间以及土颗粒与土工合成材料接触面间的磨擦咬合作用使土体部分应力得到扩散和转移从而使土体的垂直应力和水平拉应力明显降低，土体剪应力明显提高，土体承载能力和抗变形能力、抗裂能力因此而得到明显的提高。但地基为软基时应先预以加固处理。台背回填的压实质量是影响台背路基沉降与跳车的―个重要因素，台背回填因位于台背这个特殊位置成为碾压的一个薄弱部位，压路机难以碾压。且机械振动力太大时对台墙有影响。因此，台背回填处的压实宜选用小型压实机具，分层压实厚度宜薄，一般在10―15cm范围内。在材料选择上应选用易于压实的材料。实践表明，在达到同一压实标准的条件下，台背回填处粘性土的压实功要比砂砾料或二灰碎石的压实功多一倍以上。要台背回填粘性土压实度达到95％以上使用小型压实机具是相当困难的。
在路桥过渡段，若单纯依靠桥头搭板，由于路基压实度没有得到保证，路基下沉，将造成搭板下地基的非均匀甚至脱空，而这对搭板的受力是极为不利的，因此，配合设置桥头搭板，对路基的压实必须进行有效的控制。在压实时，距路基顶面l m左右范围内最好用振动式压路机，或其它小型压实机械每层填筑厚度视压路机械的振压作用深度而定按分层填筑、分层碾压、分层检测法施工。为了使压路机尽量靠近构造物，可将路基纵向填筑成10°～15°的斜坡，使与构造物(如翼墙)成钝角，以便压路机碾轮尽量接近。此角度不宜过大，便于碾压机械作业稳定安全。该段坡长不小于5m。
4.2地基加固处理
桥背软弱地基的处理是控制桥头跳车的重要措施。对软基处理方面，国内已产生了减少附加应力法、换土法、振动碎石桩法、超载预压法、排水固结法和高压喷射注浆法、深层搅拌法等处理方法，据实际情况而定，以改善地基性能，提高承载力，减少沉降，缩小桥台与路堤的沉降差避免错台。修建在软土地基上的桥台通常采用桩基础。如果在相当厚的软土层修筑高路堤，那么软土会因回填材料的质量而向侧向挤动并对基桩施加很大的力。其后果是使桥台产生水平位移或转动。这将损坏支座、伸缩缝有时还会损坏桥面和桥台。为了避免不正常的位移的出现必须减轻回填材料，或者增强地基土或用基桩。达到抵抗侧向流动的强度。此外在桥头采用桩板法、轻质填料、连接箱式桥台、支撑连续板等措施可有效地减少路基的沉降。
4.3排水施工
路桥过渡段如果排水处理不当，会使水沿桥台路基连接处下渗，降低路面结构层的稳定性，路基和地基的稳定性，加剧错台和跳车。因此，应根据填料类型、降雨资料及渗水量等选择适宜的排水方式，以疏干台后填料的水分。台背路基填筑前，在土拱上可设置泄水管或盲沟。在基底上，先作必要的处理。然后填筑横坡为39％―40％的夯实粘土形成土拱，再在土拱上挖成双向坡的地沟。在台背后全宽范围内满铺一层隔水材料（可以用油毡或下垫尼龙薄膜上盖油毡)。在地沟内四周铺设有小孔的硬塑料管(塑管直径一般不小于10cm。其上小孔孔径为5mm，布成梅花形，间距控制在l0cm以内)。塑料泄水管的出口应伸出路基外或桥头锥坡外。在硬塑料管四周填筑透水性好、粒径较大的砂石材料。再分层填筑台后透水性材料。直到路基顶面。横向盲沟的没置与上相同，取消泄水管，以渗透系数较大的透水性材料填筑地沟(加大粒径碎石)。用土工布包裹盲沟出口处，并对其作必要的处理。有时视需要可在台后填方中设排水垫层。
排水垫层的作用：第一，可使地基和其下软弱层能在施工期内基本上完成渗透固结，减少后期下沉量；第二，排走上部填方因降雨等原因下渗的多余水分；第三，空隙压力增大时有渗透出路，不会由于地下水和潜水在底层的积聚，而降低土体的强度和稳定性。
排水垫层的厚度为1―2m，并要高过原地面不少于5m，使地基沉陷后，原地面和地下水位不高过垫层。桥台背面应设置防水涂层以避免渗水对结构物的侵蚀。对于回填区顶面与底面排水周填表面应夯实并设置截、排水设施必要时表面予以封闭，以减 地面水下渗。当回填范围较大且表面渗水较多时，应沿回填区底部原地面设置横向水平渗沟或透水管，掺沟或透水管水平间距一般为1―2m，排水管管径l0-15cm。
5结论
桥梁的加固维修技术是最近兴起的一门新技术，为了指导桥梁加固技术的应用，需提出一整套完整的实用性公路桥梁检测、评定与加固成套的技术规范，为我国公路危旧桥的改造提供技术支持，确保危旧桥的改造工作科学合理、经济安全，使得桥梁加固做到“有法可依”。 有计划、有步骤地及时对现有桥梁承载能力进行维修加固，提高其荷载等级，确保交通运输的畅通无阻，充分发挥经济效益和社会效益。