改扩建工程公路桥搭板坡度差异沉降控制技术研究.pdf
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1、科技创新与生产力 2023年第 44卷第 8 期随着我国汽车保有量的持续剧增,公路交通压力不断加大,为缓解交通压力,许多省级公路需要改扩建。限于土地资源保护政策,省级公路的改扩建主要是拓宽原有路基。在改扩建过程中,由于受路基压实难度大和回填料的强度、粒径级配等因素影响,台后路堤的土体在荷载作用下除了弹性变形外,还伴有残留变形,即使压实度达到 95%以上,台后填料也会在自重和车轮荷载的作用下产生压缩沉降。这种同一结构体中,相邻的两个基础沉降量的差值就是差异沉降,在改扩建施工中差异沉降多有发生,沉降过大极易出现桥头跳车现象。对于改扩建施工中的差异沉降,国内外许多专家和学者进行了广泛研究,提出了加固
2、土基、配置搭板、填装新材料、采用复合桩基和强化路基排水等方法和措施,这在一定程度上降低了差异沉降的差值,但并未从根本上解决此问题。针对差异沉降控制效果的不甚理想,以美国为代表的国外学者 Stanley 提出了地面沉降模型研究,德国、伊朗、意大利、日本、中国、墨西哥等地面沉降研究较为活跃的学者认为,桥头是否设置搭板直接关系到行车舒适性的评价指标,如果设置了搭板,以纵坡的变化率为行车舒适性的评价指标;若未设置搭板,行车舒适性的评价指标为台阶高度。而以中国为代表的南京大学叶淑君学者提出了改进的 Merchant 模型,并以长三角地面沉降区为案例,提出了复杂变形特征的区域性地面沉降模型研究,国内外学者
3、对台阶高度的容许值及纵坡的变化率尚未形成统一的认识。这是因为在公路桥台台背处压实度比相应路基提高 12 个百分点,差异沉降或伸缩缝破坏而使路面纵坡出现台阶,车辆经过台阶产生的瞬态振动极易发生桥头跳车,给行车安全及行车舒适性带来威胁。本文以省道 325 漯嵩线公路的改扩建工程为依托,探讨其差异沉降的控制方法和相应问题。省道325 漯嵩线改扩建工程路面采用差异沉降的控制技术,通过设置桥头搭板,解决桥台与路堤衔接处的跳车和搭板远端跳车的问题,同时消除桥台与路堤衔接处沥青混凝土路面的隆起问题,使拼接路桥过渡段获得良好的预防沉降效果。1改扩建工程概况改扩建工程差异沉降控制技术以省道 325 漯嵩线公路改
4、扩建工程为例开展研究,公路路线长度18.224 km,其中新建路线长 5.4 km,改建路线长12.824 km。路面面层采用沥青混凝土结构,桥涵与路基同宽,桥梁、涵洞及路基设计洪水频率 1/100。该项目周边环境复杂,台背回填量大,如果施工中对桥头跳车问题不够重视,势必会严重影响此段公路的施工质量及公路使用质量。此路段的横断面属双向四车道,坡度 2%,路肩宽度 3.3 m。原路面结构种类分为以下 3 种。A:抗滑表层(4cm),中粒沥青混凝土(5cm)+粗粒沥青混凝土(6 cm)+6%水泥碎石(26 cm)+石灰、水泥稳定风化砂(32cm)等结构层,厚度共计75cm。B:抗滑表层(4cm)中
5、粒沥青混凝土(5cm)+粗粒沥青混凝土(6cm)+6%水泥稳定碎石(36cm)+12%石灰土(20m),厚度共计 71cm。C:抗滑表层(4cm),中粒沥青混凝土(5cm)+收稿日期:2023原02原04曰修回日期:2023原03原10作者简介:孙佳星(1987),男,河南郏县人,工程师,主要从事公路路面设计、公路桥设计、景观设计研究,E-mail:。改扩建工程公路桥搭板坡度差异沉降控制技术研究孙佳星摘要:为分析公路改扩建中路桥过渡段差异沉降的控制方法及行车舒适性的影响因素,本文以某省道 325 漯嵩线公路改扩建工程为例,提出了控制差异沉降的方法,并构建了车辆瞬态振动模型,探讨了影响行车舒适性
6、的主要因素。结果显示,路桥过渡段布置搭板、搭板坡度、坡度变化率、搭板长度等是影响差异沉降控制与行车舒适性的主要因素。关键词:公路改扩建;路桥过渡段;差异沉降;跳车现象;搭板;坡度;行车舒适性中图分类号:U416.1;U416.2;U461文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1674-9146.2023.08.058(平顶山市公路交通勘察设计院,河南平顶山467000)文章编号:1674-9146渊圆园23冤08原058原03科 技 创 新 与 生 产 力SCI-TECH INNOVATION&PRODUCTIVITY第 44卷第 8 期2023年 8 月Vol.44No.8Au
7、g.2023孙佳星:改扩建工程公路桥搭板坡度差异沉降控制技术研究路床类别路基顶面以下深度/cm压实度/%全幅新建路段路基 开挖台阶及拼宽路基上路床0309596下路床30809596上路堤801509495下路堤1509293表 1路桥过渡段路基压实度标准粗粒沥青混凝土(6 cm)+6%水泥碎石(46 cm)+级配碎石(19 cm),厚度共计 80 cm。省道 325 漯嵩线公路改扩建中,铣刨原硬路肩形成了大量的水稳铣刨料,为节约资源和降低环境污染,对施工中产生的水稳铣刨料进行再生利用。按照旧料全部利用的原则,将水泥搅拌桩与土工织物加筋人工硬壳层结合加固软土路基,加固深度在10 m 左右,提高
8、了地基承载力,减少路基总沉降量及不均匀沉降。对废旧料的再利用,即节约了资源,又降低了环境污染。2差异沉降的控制技术省道 325 漯嵩线公路的改扩建施工中,对其路桥过渡段的差异沉降采取设置桥头搭板、布设拼接段台阶排水设施、以水稳铣刨料回填台背、增强拼接段台阶路基压实度、双向设置土工格栅等措施。2.1桥头搭板的设置通过设置桥头搭板,使项目扩建路基之间柔性大沉降向刚性桥台过度,起到匀顺纵坡的效果,减弱行车时的跳车现象。此路段的路桥过渡段填筑高度为 2H,长度 300 cm,搭板长 6 m,拼接路基宽度与路桥过渡段宽度相同,厚度从 44 cm 渐变至24 cm,选用水泥混凝土(C40 水泥)材料。2.
9、2布设排水设施并设置拼接台阶施工改扩建之前,对排水构造物的位置及形式进行仔细核对,使其有效衔接实际地形。常规路段、旧路基的回填中要设置搭接台阶。挖台阶之前,要对台背回填断的路基底基层(20 cm)和老路基的边坡(30 cm)实施清坡处理、设置拼接台阶,拼接位置水泥稳定碎石基层顶部布设 100 cm宽的钢筋网片,排水设施对应的油层下面层下布设50 cm 宽的防水土工布。在台阶底面的向路中心处、常规路段处布设横向内倾 2%横坡,由下至上,台阶设计宽100 cm 的台阶,在路床底面的下路床、上路床均布设 25 cm 宽的台阶。2.3台背回填采用水稳铣刨料改扩建中形成大量水稳铣刨料,在水稳铣刨料中加入
10、 3%水泥后用作台背回填料,有效解决了路桥过渡段中的诸多问题。这是因为水泥稳定铣刨料不会形成压缩变形,能够有效降低沉降。拼接台阶铣刨施工应选用带自动找平装置的高性能铣刨机,铣刨最大宽度逸1.9 m,铣刨最大深度逸30 cm,沥青面层的铣刨应为精铣刨。同时,铣刨切边线型顺直,不能出现明显的啃边现象,铣刨面平整,高低差8 mm,铣刨深度误差依1.0 cm。当然,台背回填过程中应注意用细料对拼接缝处进行补料,防止拼接缝位置空隙率过大、碾压不密实现象的出现。2.4增强路基的压实度路基压实度的提高能够有效降低跳车现象。路桥过渡段路基的压实度要根据土质状况确定碾压次数,台阶竖向设置 1颐0.25 外倾斜坡
11、,水平向设置3%内倾斜坡,并且拼宽部分路床以下各层压实度较新建路段应提高 1 个百分点,路床 80 cm 压实度均应达到 96豫,以保证路桥过渡段路基的整体强度,减少不均匀沉降发生。拼接路基的填土采用重型击实标准,分层压实,路桥过渡段开挖台阶及新填路基压实度控制标准高于老路原有压实标准。表1 为路桥过渡段路基压实度标准。2.5双向设置土工格栅双向土工格栅可增加土体间的抗拉强度,减小变形量,有效控制新路基沉降问题。依照省道 325漯嵩线公路改扩建工程差异沉降控制设计要求,在路桥过渡段路基填挖交界处铺设双向土工格栅,土工格室共铺设 3 层,接缝处土工格栅的纵线应垂直线路方向铺设,两幅间搭接长度0.
12、5 m,连结强度不低于设计抗拉强度,铺设时上、下两层应交替错开,错开距离0.5 m,土工格栅加筋后路基水平位移减小,设计双向设置土工格栅应对不均匀沉降,等间距加筋 3 层可满足路基不均匀变形控制要求。3路桥过渡段车辆振动影响评价3.1路桥过渡段搭板的影响评价如果路桥过渡段不设置搭板,桥台同过渡段的差异沉降形成的台阶高度 h 是导致行车跳车问题的主因,如果路桥过渡段设置搭板,纵坡的变化 兹 过大是发生行车跳车的主因。基于以上情况,假设路面和桥面的平整度较好,在未设置搭板过渡段行车,车辆会受到 1 次的不平整度激励,在设置有搭板的过渡段行车,车辆则会受到 2 次的不平整度激励。图 1 为路桥过渡段
13、搭板设置的评价。桥面路桥过度段(a)不设搭板图图 1路桥过渡段搭板设置的评价 59 科技创新与生产力 2023年第 44卷第 8 期搭板长度会对两侧激励时间间隔产生影响,进而影响行车的舒适性。冯忠居等1对高速公路改扩建旧桥加宽桩基础差异沉降控制离心模型试验,试验结果表明,下桥、上桥行车的舒适性评价结果几乎一致。所以,在公路桥的过渡段行车时,设置搭板时的纵坡变化、未设搭板时的错台,均带来车辆振动,影响行车舒适性。丁龙亭等2基于行车舒适性的土工格栅处治涵洞路基差异沉降技术的研究显示,选取 1/4 车辆的振动模型评价行车舒适性。图1(b)路桥过渡段搭板设置的评价,能够满足相应的行车舒适性评价及沉降预
14、测要求。3.2搭板坡度变化形成的差异沉降近年来,公路交通相关部门的工作者尝试对公路连续刚构桥车桥耦合振动与行车舒适性进行研究3,将行驶车辆的振动模型参数定为:m1、m2、m3的值分别是 70kg、4500kg、430kg;k1、k2、k3的值分别是 2 100 N/m、950 000 N/m、480 000 N/m;c1、c2、c3的值分别是 1800N s/m、7000N s/m、5000N s/m。假设车速为 100 km/h,纵坡变化率 6%,搭板长度 6 m,台阶高度不设搭板时为 1 cm,时长 0.20 s时其加速度最大,达到 1.3 m/s2,由此形成的差异沉降使行车的舒适性下降4
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- 关 键 词:
- 扩建工程 公路桥 坡度 差异 沉降 控制 技术研究
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