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解析公路橋頭跳車的病害

時(shí)間:2020-11-12 10:16:02 公路造價(jià)師 我要投稿

解析公路橋頭跳車的病害

  導(dǎo)語(yǔ):注冊(cè)公路造價(jià)師考試對(duì)專業(yè)知識(shí)的要求分為掌握、熟悉、了解三個(gè)層次,其含義分別為:了解,即要求考生應(yīng)具有與工程造價(jià)有關(guān)的廣泛知識(shí)面;熟悉,即要求考生對(duì)有關(guān)工程造價(jià)的知識(shí)應(yīng)具有深刻的理解;掌握,即考生能運(yùn)用所要求的知識(shí)解決實(shí)際工作問題。

解析公路橋頭跳車的病害

  一、前言

  公路投入營(yíng)運(yùn)后,常會(huì)出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象。橋頭及橋梁伸縮縫處出現(xiàn)破壞,接縫處下沉,路面損壞,形成錯(cuò)臺(tái)。這些臺(tái)階,輕的使車輛通過時(shí)產(chǎn)生跳動(dòng)和沖擊,從而對(duì)橋梁和路面造成附加的沖擊荷載,造成行車不適或使通過的車輛大幅度減速,重的有的甚至造成行車事故,從而影響公路的正常營(yíng)運(yùn)。這種現(xiàn)象在一些軟土地基的地方更為嚴(yán)重,給養(yǎng)護(hù)部門帶來了很大困難。因此,本文對(duì)橋頭跳車形成原因及處理措施提出了一點(diǎn)認(rèn)識(shí)與見解,以共分析和探討。

  二、橋頭跳車原因分析

  (一)橋頭路堤地基沉陷

  橋頭路堤及錐坡范圍內(nèi)不良地基處理不徹底,是橋頭跳車的主要原因。橋涵通常位于溝壑地方,地下水位較高,在南方地帶多有軟土,此類土壓縮性高,抗剪強(qiáng)度低,一旦受到擾動(dòng),天然結(jié)構(gòu)易受破壞,強(qiáng)度便顯著降低。橋頭路堤及錐坡范圍內(nèi)地基如果在填土前處理不徹底或處理方法不當(dāng),在路堤土的重力作力及車輛荷載作用下,會(huì)造成工后沉降較大。且橋頭路基填筑高度一般較大,產(chǎn)生基底應(yīng)力相對(duì)較大,在車輛荷載反復(fù)作用下,如基底處理不當(dāng)更容易引起地基沉陷,稱為次固結(jié)沉降,這種沉降由變形至穩(wěn)定往往歷時(shí)很多年。而橋梁構(gòu)造物的基礎(chǔ)都經(jīng)過嚴(yán)格的處理,其沉降量很小,因此常會(huì)產(chǎn)生路沉而橋不沉的現(xiàn)象。

  (二)路基填料的影響

  路堤填料在汽車荷載反復(fù)作用下,產(chǎn)生包括塑性和彈性的變形,其中主要是塑性變形。這種不可恢復(fù)的塑性變形是內(nèi)部土顆粒間的蠕變和側(cè)向變形造成的,相同作用不同填料的塑性變形量不同,且這種塑性變形在車輛荷載反復(fù)作用下會(huì)不斷積累,填料塑性變形大的,形成橋頭的沉降差就大,也就導(dǎo)致了橋頭跳車。因臺(tái)后填土較高,隨著時(shí)間推移,都產(chǎn)生不可避免沉降。有時(shí)臺(tái)后填土荷載對(duì)基底產(chǎn)生附加壓力,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使橋臺(tái)向后傾斜,發(fā)生不均勻下沉,危及行車安全。

  (三)橋頭路堤人為施工因素及壓實(shí)度的影響

  首先,一些施工隊(duì)沒有嚴(yán)格按施工規(guī)程作業(yè),臺(tái)背填土速度過快,施工時(shí)沒有按分層填筑、分層碾壓、分層檢測(cè)“三分法”施工,排水措施沒有做好,壓實(shí)度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。這些人為因素使高填土引道不穩(wěn)定,工后沉降大,且不均勻,是造成跳車現(xiàn)象主要原因之一。

  其次,臺(tái)后填料一般為滲透性材料,存在著多孔隙,在車輛荷載和自身重力作用下,填料經(jīng)壓縮后孔隙率降低,在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生壓縮沉降。

  再有,從施工上來看,橋臺(tái)背后施工空間狹窄,工作面小,大型壓實(shí)機(jī)具的使用受到限制。為保證橋臺(tái)不受損壞,大型壓實(shí)機(jī)具不宜靠近和接觸臺(tái)背,臺(tái)背填土很難達(dá)到要求的壓實(shí)度,通車后,這部分路堤的變形較大,導(dǎo)致橋頭跳車。

  此外,路基填土在最佳含水量下壓實(shí)能達(dá)到最佳壓實(shí)效果,即干容重最大。下圖是填土干容量-含水量關(guān)系(曲線1)和填土壓縮模量-含水量關(guān)系(曲線2)的疊合圖。從以下圖可以看出,兩條曲線并不重合,在最佳含水量(ω0)下壓實(shí)的填土盡管干容重最大,但相應(yīng)的壓縮模量相對(duì)要小,也就是受荷載作用后變形就比較大。這種較大的變形也對(duì)橋臺(tái)與路堤銜接處產(chǎn)生不利影響。

  (四)結(jié)構(gòu)突變橋臺(tái)路面與臺(tái)背路面在結(jié)構(gòu)上存在著差異

  鋪設(shè)在橋臺(tái)臺(tái)背路堤上的路面結(jié)構(gòu)為多層路面體系,鋪設(shè)在橋臺(tái)頂?shù)穆访娼Y(jié)構(gòu)為路面面層與剛性橋臺(tái)組成雙層路面體系。在車輛荷載作用下,鋪設(shè)在橋臺(tái)臺(tái)背路堤上的路面墊層、基層密實(shí)度迅速增加,結(jié)構(gòu)層壓縮;而鋪設(shè)在橋臺(tái)頂?shù)穆访嬉蚵访嫦聦佑蓸蚺_(tái)組成,而橋臺(tái)為巨大建筑作用,加上基礎(chǔ)處理嚴(yán)格,相對(duì)于路基而言,沉降可視為零。這樣,不同路面結(jié)構(gòu)層兩側(cè)抗變形能力不同,相對(duì)沉降就不可避免出現(xiàn),使路面結(jié)構(gòu)破壞,造成跳車。

  (五)橋頭路堤滲水破壞

  橋頭的差異沉降容易造成路面開裂,路面水滲入路基,受浸泡的路基強(qiáng)度指標(biāo)下降,基土軟化,造成引道路基下沉,導(dǎo)致跳車。同時(shí)還易發(fā)生唧泥、噴漿等破壞,而跳車又加大了車輛荷載對(duì)路面和路基的沖擊力。如養(yǎng)護(hù)維修不及時(shí),這種惡性循環(huán)會(huì)使破壞程度加劇發(fā)展。橋頭路基兩側(cè)排水不暢、防水工程不完善也極易引起路基土的流失,引起橋頭引道的沉降和跳車。

  (六)設(shè)計(jì)不周

  有些設(shè)計(jì)沒有充分考慮橋臺(tái)臺(tái)背回填沉降的長(zhǎng)期性、不良地基處理方案不適宜、橋或接縫損壞而造成跳車。梁與引道路面接縫設(shè)計(jì)處理不當(dāng)?shù),造成通車后兩?cè)引道沉降大。

  三、橋頭跳車病害防治措施探討

  (一)處理好臺(tái)后地基

  處理好臺(tái)后地基是控制橋頭跳車重要措施。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇對(duì)應(yīng)的地基處理方案,將工后沉降控制在允許圍內(nèi),根據(jù)沉降的實(shí)際完成情況來確定開始鋪筑路面的時(shí)間。

  《公路軟土地基設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)橋梁、通道、涵洞等構(gòu)筑物與路堤相接處的工后沉降規(guī)定見下表:

  1.一般地基。挖除橋頭路堤邊坡及錐坡(護(hù)坡)坡腳外2m范圍內(nèi)的.腐植土、耕植土、淤泥等非適用土,對(duì)基底進(jìn)行壓實(shí),至達(dá)規(guī)定壓實(shí)度。

  2.軟弱地基。對(duì)軟弱地基處理,現(xiàn)在國(guó)內(nèi)有換填法、超載預(yù)壓、塑料排水板、粉噴樁復(fù)合地基等常用方法。橋頭路堤地基要針對(duì)軟土層的厚度和軟弱程度采用不同的處治方法。當(dāng)淺層軟土厚度小于2m時(shí)宜全部挖除,再進(jìn)行基底壓實(shí),換填顆粒較粗的透水性填料,壓實(shí)度要求同一般地基。當(dāng)軟土層較厚,全部挖除有困難時(shí),則可采用其它方法。

  超載預(yù)壓法施工工期較長(zhǎng),剩余沉降量也大。但真空預(yù)壓法在杭寧高速德清段建設(shè)中嘗試成功,它的原理是將地基部分形成真空,利用氣壓的作用迅速排出土壤中的水分。它與傳統(tǒng)的超載預(yù)壓法相比,具有排水固結(jié)快、成本低、工期短、路基填筑快速、穩(wěn)定、安全等特點(diǎn)。

  對(duì)于飽和軟粘土類地基應(yīng)盡量考慮采用塑料排水板或砂井等排水固結(jié)法處理,這類方法造價(jià)比較低,加固效果好,施工也簡(jiǎn)單,且經(jīng)驗(yàn)較為成熟;水泥粉噴樁復(fù)合地基加固軟土效果明顯,施工工期短,但費(fèi)用高。

  地基挖除或處理后,視情況設(shè)置砂礫墊層,在墊層頂面鋪設(shè)土工布,坡腳處設(shè)排水盲溝及時(shí)將路基水排除。對(duì)于濕陷性黃土地基,除了進(jìn)行強(qiáng)夯處理壓實(shí)度、承載力達(dá)要求外,處理后的基底標(biāo)高在橋臺(tái)、橋頭路堤范圍內(nèi)還應(yīng)在同一水平面上,并用石灰土或水泥土封閉,防止地基浸水。同時(shí)做好防水、排水工程,防止地表水滲入路基,造成沉陷。

  (二)正確的選擇橋頭路堤的填料

  對(duì)橋頭路堤,特別是軟土地段,填料應(yīng)選擇內(nèi)摩擦角大、透水性良好、易壓實(shí)、沉降完成快、后期變形小的填料,且其細(xì)料含量不宜過大;蛴梦锢砹W(xué)性能比較高的流態(tài)粉煤灰水泥混合料作為橋臺(tái)回填料。不能采用高塑性粘土填筑橋頭路段。若透水性材料來源困難,可采用細(xì)粒土填筑,并執(zhí)行有關(guān)規(guī)定,土質(zhì)不好、含水量高的必要時(shí)可摻小劑量石灰、水泥或土壤離子穩(wěn)定劑等進(jìn)行處理。且在橋頭路堤任一高度的平面內(nèi)不應(yīng)采用不同填料填筑。在橋高頭路堤中使用土工合成材料(如設(shè)土工格柵加筋層),利用其抗拉強(qiáng)度,通過加筋與土體之間的摩擦作用約束土體的側(cè)向變形,從而達(dá)到提高土體承載力和抗剪強(qiáng)度的目的。經(jīng)試驗(yàn),證明土工格柵加筋層間距越小,則路堤沉降越小。

  (三)減少人為因素的不利影響控制好壓實(shí)度

  填筑施工嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行,遵循“早開工,工期長(zhǎng)一點(diǎn)”原則,按“三分法”施工,分層填筑、分層碾壓、分層檢測(cè),控制好壓實(shí)度和含水量,此外還要按規(guī)范要求控制好填土速率,做好相應(yīng)排水措施。橋頭路堤及錐坡應(yīng)用小型振動(dòng)式壓路機(jī)或用強(qiáng)夯機(jī)分層碾壓夯實(shí),每層碾壓厚度為15cm。由試驗(yàn)得出橋頭路堤的工后沉降量,以此來確定以后工序所應(yīng)采取的措施(如自然沉降、預(yù)留變位值等)。

  (四)對(duì)接頭處路面進(jìn)行處理

  為使兩個(gè)對(duì)接性質(zhì)不同路面體系在抗垂直形變上能平順過渡,對(duì)連接瀝青路面,則在橋臺(tái)處增設(shè)增變厚式水泥混凝土埋板,對(duì)連接水泥混凝上路面,則將連接處路面板改為變厚式。

  采用鋼筋混凝土搭板是一種比較常見的處治辦法。搭板一端放在橋臺(tái)上,并加設(shè)防滑錨固鋼筋,如為斜交橋,則應(yīng)設(shè)置鋼筋混凝土漸變板。其原理是將橋臺(tái)與路堤銜接處因較大差異沉降引起的路面縱坡突變,通過設(shè)置橋頭搭板進(jìn)行緩和過渡,將路面縱坡變化控制在容許范圍內(nèi)。搭板長(zhǎng)度的確定是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

  當(dāng)路面縱坡的變化不大于5/1000時(shí),認(rèn)為可基本消除行車的跳躍感。則有:

  5/1000≥x/L(搭板長(zhǎng)度———L;橋頭差異沉降量———x;)

  可推出L≥200×x

  但根據(jù)公式,若x=10cm,可得L≥20m。

  在實(shí)際應(yīng)用中,搭板一般長(zhǎng)度為8米左右,厚約30cm。搭板連接了橋臺(tái)和路堤難以壓實(shí)的部分,越過了非壓密區(qū),對(duì)橋臺(tái)背后填料難以壓實(shí)造成的問題起到了一定有效的作用。

  廣西水任至南寧高速公路就采用8米長(zhǎng)、0.3米厚的搭板形式處理橋臺(tái)處路面,搭板一端放在橋臺(tái)上,并加設(shè)防滑錨固鋼筋,另一端則搭在枕梁上,枕梁的尺寸寬為20cm,高度為30cm。通車14個(gè)月,現(xiàn)狀良好,目前沒有出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象。

  另外解決橋頭跳車的辦法是待沉降后再改鋪原設(shè)計(jì)路面,常用過渡性路面有預(yù)制水泥砼塊、瀝青過渡層等。

  (五)對(duì)于路堤滲水破壞的防治

  防治路堤滲水首先做好前面的四點(diǎn),減少因橋臺(tái)臺(tái)背填土不均勻沉降所引起的路面裂縫,對(duì)接縫處進(jìn)行加強(qiáng)處理,做好路面及路基排水系統(tǒng)。因橋頭跳車時(shí)路面所受應(yīng)力至少是平時(shí)的2倍以上,當(dāng)橋頭處開始出現(xiàn)破壞時(shí),應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ),以免路面滲水和橋臺(tái)跳車形成惡性循環(huán),對(duì)路堤造成更大的損壞。

  (六)加強(qiáng)設(shè)計(jì)

  設(shè)計(jì)可采用一些新的工藝和方法,達(dá)到解決或減少橋頭跳車的目的。如由湖南大學(xué)土木工程學(xué)院陳昌富教授領(lǐng)銜的課題組,與湖南長(zhǎng)常高速公路建設(shè)公司、潭邵高速公路建設(shè)公司聯(lián)合組成研究組研制的“半剛性擠密樁復(fù)合地基”實(shí)現(xiàn)橋臺(tái)臺(tái)背剛?cè)徇^渡技術(shù),這種處理方法是:一種由搭板、半剛性擠密樁復(fù)合地基和蓋板組成的加固橋臺(tái)臺(tái)背的結(jié)構(gòu)體系,這種結(jié)構(gòu)能較好的解決了橋臺(tái)強(qiáng)背由剛度相對(duì)較大的橋臺(tái)過渡到剛度相對(duì)較低的路堤的問題。此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于長(zhǎng)常高速公路和潭邵高速公路等工程上明顯減少了橋頭跳車現(xiàn)象,提高了車輛行駛的舒適性和安全性。

  四、結(jié)語(yǔ)

  橋頭跳車形成的原因較復(fù)雜,隨著高速公路的發(fā)展,人們對(duì)行車舒適和安全的要求越來越高,這就要求各部門的工程人員(設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)等部門)盡力協(xié)調(diào),針對(duì)不同原因,提出合理方案,有效地避免橋頭跳車病害的產(chǎn)生。

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