路基纵向不均匀沉降病害与防治.docx
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路基纵向不均匀沉降病害与防治
第八章路基纵向不均匀沉降病害与防治
路基纵向不均匀沉降主要表现为桥头跳车和纵向填挖交界处不均匀沉降,致使路、桥过渡段出现不同程度的台阶,且路面平整性受损,严重影响了公路的使用功能。
通过本教学情境,可以达到的教学目标如下:
1、能根据工程情况分析识别路基纵向不均匀沉降病害,提供整治措施;
2、能根据工程条件和相关规范编制排水法、换填法、强夯法、高压注浆法整治路基纵向不均匀沉降病害整治的施工组织设计;
3、能依据设计文件和相关规范,独立或在专业技术人员指导下进行路基纵向不均匀沉降病害整治施工;
4、能依据设计文件和相关规范要求,进行路基纵向不均匀沉降病害施工质量控制。
第一节路桥过渡段桥头跳车的危害及成因
一、路桥过渡段桥头跳车的危害性分析
桥头跳车是指桥梁、涵洞等构造物本身及台背填土由于行车荷载和自重的作用而继续沉降,通常构造物沉降与台背沉降不一致即产生不均匀沉降,导致台背与构造物联结处的路面出现台阶,从而出现高速行驶的车辆通过台背回填处产生颠簸跳跃的现象。
桥头跳车是目前公路建设中常见的通病之一,严重影响了行车舒适性,降低了车辆的行驶速度和道路的通行能力,是道路交通安全的重要隐患之一,损害了高等级公路建设的社会效益和经济效益。
如何有效地消除桥头跳车或将跳车减小到最低程度,已成为高等级公路建设中亟待解决的问题。
鉴于此,深入开展公路桥头跳车防治技术的研究,提出既经济又有效的防治措施,最大限度减少甚至消除跳车现象,对满足高等级公路对行车高速、安全及舒适的要求以及延长道路的使用寿命等,具有十分重要的现实意义。
由于结构物与台背的不均匀沉降,致使路、桥过渡段出现不同程度的台阶,从而使路面平整性受损,严重影响了公路的使用功能。
其危害性分述如下。
1.影响行车速度
当车辆行至桥头台阶处,为防止车辆的剧烈冲击跳动,驾驶员被迫制动减速;同时车辆颠簸、跳动也影响了行车驱动力的传递,使车辆的行驶速度受到不同程度的影响。
车速降低幅度视桥面类型、台阶高度、车辆类型和行驶速度等而异。
根据已有的调查,台阶对车速的影响一般呈如下规律。
(1)较小的台阶高度对车辆行驶速度影响不大,只有当台阶达到一定高度时,对车速才有显著的影响。
台阶越高,特别是达到4cm以上时,对车速影响显著。
(2)车速的损失与车辆的行驶速度有关。
以较小的车速(低于60km/h)行驶时,一般减速幅度较小;中速(60~80km/h)行驶时,减速幅度较大;而当以较高速度(高于80km/h)行驶时,减速幅度则相对不大,但跳车比较严重,同时这与驾驶员行驶时看到台阶和做出的反应有关。
(3)台阶对不同类型车辆行驶的影响也不相同。
如较高台阶对小汽车行驶的影响较大,而载重车对台阶不如空车敏感。
其次,驾驶员的心理状态、对道路的熟悉程度等都对通过台阶时速度的降低有不同程度的影响。
2.影响行车安全
当车辆通过路桥过渡段的台阶处时,车辆产生跳动和冲击,使司乘人员感到颠簸不适,影响行车的舒适性;同时对驾驶员产生相当不利的心理影响,严重时则会影响其对车辆的正常操作,造成车辆失控,引起行车事故。
国内曾多次发生因桥头跳车严重而造成翻车的事故就是最好的例证。
3.影响车辆运营费用
因跳车而不得不在桥头处频繁减速,以减轻汽车的颠簸。
无论减速行驶还是颠簸现象的
发生,都会造成汽车机件不同程度的损坏和轮胎的磨耗;同时汽车行驶速度的不稳定,无形中既浪费了油料,又增加了废气的排放;另外,还增加了车辆的行驶时间。
因此,桥头跳车的出现,提高了车辆的运营成本。
4.影响公路养护费用及使用寿命
台阶的存在使得车辆通过时产生跳动和冲击,从而对桥梁和路面造成附加的冲击荷载,加速桥头路面及伸缩缝的破坏。
为了维持良好的使用状况,对路桥过渡段出现的台阶要进行及时维修与养护。
不断的维修养护不仅花费大量的人力、物力和财力,而且也产生了不良的社会影响。
国内外资料表明,因桥头跳车而增加的道路维修费用很大。
如美国大约25%的桥涵(约150000座桥涵、通道等构造物)受到桥头跳车的影响,全国每年为此花费的维修费用预计高达1亿美元以上;同样,我国在桥头跳车的维修治理方面耗资巨大,全国高速公路年均维修治理过渡段的费用至少在1亿元以上。
由此可见,桥头跳车病害的发生使高等级公路不能达到高效运营、安全行驶、节省投资及舒适乘车的目的,在很大程度上降低了高等级公路的服务水平,损害了公路使用者的效益,从而严重影响了高等级公路的经济效益和社会效益。
因此,防治桥头跳车病害势在必行。
二、路桥过渡段路基病害特征
桥头跳车的直接原因是刚性桥台结构物与柔性路堤在行车荷载的反复作用下,由于人工填土的变形或天然土基的自身固结沉降变形而产生相对较大的差异沉降。
桥台结构物是经过精心设计和加固处理的,全桥呈刚性体系,在正常作用下,其沉降很小。
而桥梁构筑物后的路基和路堤由于其地基状况和填料土自身的性质,则会产生一定的沉降变形,这种变形需经过一段时间后才能稳定。
在经过很长时间后,当桥台与路堤间差异沉降超过一定值时,桥头跳车现象必然发生。
而且,公路建设材料和对象以岩土体为主,具有复杂多变、不确定性和难预知性,因此需要对具体问题具体分析。
要根本消除路基与桥台间的差异沉降是不可能的。
目前,虽然采取了大量预防措施,也取得了一定效果,但从调研资料可以看出桥头跳车问题仍然很严重。
如何治理路桥过渡段病害成了亟待解决的课题。
只有归纳出其破坏模式及特征,分析病害机理,才能找出合适的方法,达到治理的目的。
1.路基整体滑移
(1)路基整体侧向滑移
路基的整体侧向滑移主要是由于路堤边坡过陡或是受到破坏后,在上部重复荷载作用下形成纵向裂缝或沿坡裂面整体下滑。
其破坏模式如图8-1所示。
(2)路基整体向桥台方向滑移
对于桩柱式桥台,台前土体基本处于无侧限受压状态。
当锥坡受到破坏,且在自重和车辆的冲击荷载作用下,土体有向桥内移动的趋势,形成横向裂缝或整体下滑,使得桥头部位的路基、路面产生较大的竖向位移,从而引起桥头跳车。
其破坏模式如图8-2所示。
以上两种情况破坏的主要共同特征如下。
①路堤填土较高,整体性较差。
图8-1路基整体侧向滑移示意图图8-2路堤整体向桥台方向滑移
②路基边坡受到破坏或者由于地形的限制使得路基边坡过陡。
③路堤边坡的整体或部分沿滑动面下滑引起路面出现纵向错台或裂缝。
2.路基与桥台间形成台阶
路基与桥台间形成台阶主要表现如下。
(1)局部沉降发生在台背与过渡段结合处,即最大沉降深度D距离桥台背很近,形成错台。
在桥台引道施工中,由于紧靠台背的填土难以夯实,极易发生垂直错台。
当然,有时过渡段路面不发生局部沉降而是相对路面设计高程整体下沉,这种情况也会在桥台与过渡段结合处造成垂直错台,如图8-3所示。
图8-3近台背路基沉降过大引起的差异沉降
(2)路基相对路面设计高程整体下沉,当桥台与过渡段结合处的差异沉降D达到一定值时,引起了桥头跳车现象。
其破坏模式如图8-4所示。
图8-4路基整体下沉引起桥台与路基差异沉降
此模式的共同特征是:
台背填土的均匀或者不均匀沉降较大;
沉降差最大值产生在靠近台背处。
3.路面凹陷
路面凹陷也是公路在运营过程中的一种常见病害。
局部沉降的最大深度D点距离桥台背有一段距离,局部沉降范围较错台要大。
局部沉降是过渡段上局部位置土体与桥台及其他位置上过渡段土体之间不均匀沉降较大而产生的。
局部沉降使得行车颠簸,迫使车辆减速,也会引起路面破坏。
特别是垂直错台,不但使汽车产生较大的附加冲击和振动作用,而且对桥台也造成水平冲击力,以致桥台破坏。
其破坏模式见图8-5。
图8-5路基不均匀沉降引起路面破坏
该模式的主要特征是:
(1)过渡段内的路基沉降不均,局部沉降较大,路面出现凹陷;
(2)沉降的最大值D距桥台有一定距离。
4.搭板断裂
搭板断裂是采用搭板法预防桥头跳车过程中产生的一种新的病害。
其破坏模式如图8-6所示。
图8-6路基不均匀沉降引起的搭板断裂
其病害特征主要表现为:
(1)路基局部发生不均匀沉降,搭板底部脱空;
(2)枕梁部分及其以外的路基沉降较小;
(3)搭板较薄,不足以单独承受上部荷载;
(4)搭板沿脱空区受力较大的方向发生断裂。
5.搭板与路堤形成纵向坡度差
设置桥头搭板在防止桥头跳车方面取得了较大的进步。
其成功的实例很多,但也有其不足之处。
其中,当台背填土路堤沉降较大或搭板长度不够,搭板与路堤形成纵向坡度差超过一定范围时,就会在搭板与路堤的衔接处产生转角(图8-7),车辆通过该处同样会产生类似桥头跳车的感觉,即“二次跳车”。
图8-7搭板与路堤形成纵向坡度差示意图
此病害的主要特征是:
(1)路基整体沉降过大;
(2)搭板较短,不足以使桥台与路基间的差异沉降实现平稳过渡;
(3)搭板一端简支于桥台,沉降相对较小。
6.搭板末端产生差异沉降
由于路桥过渡段问题比较突出,因此在施工和设计中都采取了一定的措施,如在设置桥头搭板的同时,对搭板的路基进行注浆处理,这样减小了过渡段的下沉,但同时往往忽略了对搭板以外路基的处理与压实,经过一段时间的运营后在这一部位产生了差异沉降,从而形成新的跳车现象。
其破坏模式如图8-8所示。
图8-8搭板与路堤形成台阶示意图
该破坏模式的主要特征是:
(1)搭板段路基处治较好,下沉量较小;
(2)搭板末端路基整体或靠近搭板处路基沉降变形较大。
三、桥头跳车产生原因
桥头跳车的产生和形成是多方面的,包括地基地面条件、填料、施工材料以及设计、施工等诸多方面原因,主要原因如下:
1.地基强度不同
桥头跳车产生的基本原因是桥台与路基间的材料弹性模量不一致而引起的沉降差超过某个限值时所致。
因为桥台基础一般都作了加固处理,例如采用桩基础等,其沉降量很小,而路基填土所固有的压缩徐变性能需待通车后一段较长时间才能趋于稳定,二者在结构刚度上产生了很大的差异。
2.设计方面原因
设计人员若对碾压方式方法考虑不周、填料要求不严格、台背排水考虑欠佳、路堤填土处理不当等,必然产生较大沉降。
3.施工方面原因
台后填料不当、压实不足等致使填料压实度满足不了设计和规范要求,产生较大的工后沉降。
4.地基浸水软化
软土、黄土地基浸水造成路基沉降。
5.桥台伸缩缝的破损,形成台阶。
第二节桥头跳车综合防治技术研究
消除或缓解桥头跳车关键是减少不均匀沉降量、延长沉降特征长度、减缓不均匀沉降梯度,从而起到匀顺纵坡的目的。
根据桥头跳车现有防治技术,从地基处治技术、台背路堤处治技术以及过渡段路面处治技术等方面研究综合防治措施,以期可以较好解决桥头跳车现象。
一、地基处治技术
地基处治的目的是改善地基性能,提高承载力和抵抗自然灾害的能力,增强地基稳定性,减少或消除路桥过渡段的不均匀沉降,缩小桥台与路堤的沉降差。
从机理方面看,对软基进行处治就是要迅速消散软弱土层中的超静水压力,提高土颗粒间的有效应力,完成土体的二次固结过程。
针对不良地基的预防措施,目前国内已有换土法、超载预压法、排水固结法、高压喷射注浆法、振动碎石桩法、深层搅拌桩、挤密砂桩等,但针对已有病害的地基处治缺乏比较系统的研究。
很多预防措施在施工中没有严格按要求实施,例如抛填块石挤淤法,如果碾压不密实、软土换填的厚度不够,经过多年使用之后由于块石的重新排列、软土的固结沉降,路基出现各种病害。
目前,国内主要采用的桥台类型可归纳为重力式(U形台)和轻型(桩柱式和肋板式台)。
前者多用于承载力较大的地基如基岩,后者多用于不良地基如软黏土、杂填土、冲填土、饱和粉细砂(包括部分轻亚黏土)、湿陷性黄土、膨胀土、多年冻土等。
在已修建的高速公路中,常见的地基破坏模式有:
地基的不均匀下沉、地基的均匀过量沉降及地基承载力不足引起的剪切破坏等。
由于高速公路一旦投入运营后,交通量较大,为了不影响或尽量少影响公路的正常营运,在病害处置方法的选择上就有一定的局限性,对于上部填土较厚的不良地基,就不大可能采用一般的处治措施,如换填、排水固结、强夯等。
而且,在方法的选择上不但应达到治理地基的沉降和破坏的目的,还应考虑到尽量减小对路堤及上部结构的扰动,不影响交通、经济且方便施工。
在对台背地基进行处治时,要考虑路堤的纵向与横向两方面的变形协调问题。
在详细了解桥头地基的地质情况前提下,选用处治措施时要注意以下两点:
(1)纵向上保证桥台沉降与路堤地基沉降的平衡过渡;
(2)横向上维持路堤中央变形和坡脚路肩处变形的协调稳定。
在工程应用中,应综合考虑土质、经济、安全等实际情况,选择合适的处治方法,以有效地减少地基的沉降。
二、路堤处治技术
路堤是承受并传递上部结构及汽车荷载的载体。
路堤的沉降和变形直接关系到公路的正常运营,一旦发生破坏后维修比较困难。
而且,在施工中受构造物的影响,大型的压实机械由于工作面较小难以展开压实工作;即使有足够的工作面,由于压实过程中大吨位机械振动力太大,出于对桥台的安全考虑,一般也不允许在桥台背部位使用大型的压实机械进行压实。
因此,台背部位回填土的压实质量难以保证,加之该部位路堤施工又晚于其他正常路段路堤施工时间,相比之下没有足够的时间完成固结沉降,因而在自重的作用下,路堤的压缩沉降一般也就比较大,这是引起路桥过渡段不均匀沉降的主要原因之一。
从第二章的调研资料可以看出,多数台背路堤在回填过程中都经过处理,但路基病害仍然普遍存在,只是破坏程度不同而已。
路桥过渡段处病害处治的目的就是使路基与桥台间实现平稳过渡。
由于考虑到公路的运营和地段的特殊性,在处治方法的选择上就会有一定的限制。
总的原则是减少对周围稳定结构的破坏,工期要短,尤其是对于高填路堤一般不会采用大开大挖,而小规模填补又不能从根本上解决问题。
由此可知,减少路桥过渡段不均匀沉降,台背路堤处治可从以下几方面入手:
(1)合理安排施工工序和时间,设法尽早对路桥过渡段路堤进行施工,保证有足够的时间完成沉降;
(2)设法提高台背回填区路堤的压实度,减少因填料自重和车辆荷载作用下压实度增加而产生的沉降;
(3)在考虑经济性的前提下,合理选择填料,设法减少路桥过渡段路堤的自重作用,避免因自重过大而产生过大的压缩沉降;
(4)设法提高台背路堤自身承载能力,譬如利用土工格栅予以加筋等,增加路堤填土的整体性,减少不均匀沉降的梯度。
1.施工工序的合理安排
为使桥台台背填土尽早开始,在立柱、桩基础施工中应先安排桥台,再做其他桥墩。
为保证桥台盖梁下填土的压实质量,要求必须先将台背填土至盖梁地面高程,再浇筑桥台盖梁。
为避免桥梁、伸缩缝、路堤三者高程不一致而形成错台,要求铺筑路面时,先将伸缩缝预留槽,并临时用沥青填筑,待路面铺筑完毕,再对预留槽进行切缝,安装伸缩缝。
另外,当台背路堤高度小于4m以下时,也可先填筑路堤预压,让路基排水固结,待路堤沉降基本完成以后,在涵洞或桥台位置再开挖合适的工作面,进行基础及桥台等施工。
可用易于压实的二灰或三灰等材料对工作面进行回填,从而减少桥涵两端路堤的工后沉降,使桥涵两端路堤与桥台构造物的相对沉降尽量小一些。
2.优化台背填方碾压方法
施工过程中尽可能扩大施工场地,以便充分发挥一般大型填方压实机械的作用,当受场地限制时,可采用横向碾压法,以能使压路机尽量靠近台背进行碾压。
对于大型压路机不能靠近台背时,可采用小型压路机配合人工夯实进行碾压。
同时,可减薄碾压层厚度(15~20cm),提高压实度,最终使压实度满足设计要求。
在涵洞的翼墙周围特别容易产生因压实不足而引起的沉陷,给养护工作带来麻烦,应注意压实。
扶壁式桥台在施工时很可能使用大型压实机械,这种情况下应与小型振动压路机配套使用,给以充分压实。
3.强化台背回填材料
回填材料的性质对工程质量起决定作用。
台背填料应在现场择优选用。
填料应选择强度高、渗水性好、塑性小、压实快、透水性好的材料。
同时,为了改善填土的密实性,应设计好相应的级配,且台后须设置横向泄水管或盲沟,以利排水,减少病害。
此外,应采用粗颗粒材料填筑桥涵两端路堤,或者设置一定厚度的稳定土结构层。
用粗颗粒材料作为路基的填料,不仅改善了压实性能,使其易达到要求的密实度,而且对北方地区特别有利于减缓冻融的危害。
设置稳定土的改善层能够使路基、路面的整体刚度有所提高,从而减少沉陷。
国外台后填方采用轻质填料,其目的也是减轻填方土体对地基的压力,提高地基的承载力和抗变形的能力。
在桥头路堤任一高度的平面内不应采用不同填料填筑(不同层次可用不同填料),不准采用高塑性黏土填筑桥头路堤。
在挖方地段的台背回填部位,因场地特别窄小,应选择当地的石渣、砂砾等优质填料(在湿陷性黄土地区宜用水泥、白灰稳定土)。
填料的施工层厚度,以压实后小于20cm为宜。
无论填方或挖方地段的台背填料,最好不要采用容易产生崩解的风化岩的碎屑,以免因填料风化崩解而产生下陷,这一点在土方调配时应予以重视。
在高填方的拱涵及涵洞与侧墙的相接部位,应尽量使用内摩擦角大的填料进行填筑,而且,施工时应注意填料土压的平衡,不得发生偏压,以免造成工程事故。
受施工条件的限制,一般土方的内摩擦角较小,加之压实质量难以保证,因此,桥台背通常选用如岩渣、砾石、砂砾等摩擦角大、强度高、压实快、透水性好的填料。
这类回填料不但有利于从台背缝隙中渗入的雨水沿盲沟或泄水管顺利排到路基外,减缓雨水的危害,而且也有利于改善压实性能,使路基容易达到设计要求的密实度。
但这样的措施在缺石地区难以实现,且相应的成本也较高。
随着电力工业装机容量的增加,排灰量、占地量还要相应增加,这对土地资源相对缺乏的高速公路沿线来说,不论从现实和长远来讲,都是一个很大的压力和威胁。
因此,结合台背回填问题,采用合理的技术将这些粉煤灰利用起来,不仅可为解决公路构造物台背路堤处治技术提供途径,又可减少工业废料的占地和取土毁地的面积,有利于环境保护。
粉煤灰材料的工程特性分析如下。
(1)干密度低
粉煤灰颗粒相对比较均匀单一,所以其孔隙率较大、结构组织疏松。
加之粉煤灰颗料本身是一些空心的微粒组成的混合体,因此,粉煤灰的干密度较小,基本上在0.61-1.20g/cm3,比一般土类填料低1/3左右。
(2)透水性大
由于粉煤灰孔隙率较大,导致其透水性也较大,且饱水后强度急剧降低,压缩性较大。
(3)无黏结性或黏结性小
粉煤灰主要由粒径大小不同的粉质颗粒组成,小于0.002mm颗粒含量极少,一般不能搓成条或很难搓成条,几乎没有塑性。
粉煤灰液限较大,据实测资料显示,粉煤灰颗粒愈粗,其液限值愈大。
分析其原因与空心颗粒含量有关,一般颗粒愈粗,空心含量愈多,其液限值就愈大,粉煤灰的这种性质与土的规律性正好相反。
(4)具有一定的活性
普通松散的粉煤灰无黏结力或黏结力很低,压实后强度虽有明显的增长,但仍为松散体材料,一般情况下其抗剪强度低,稳定性差,甚至有振动液化的可能。
但在碱性环境下,比如掺加一定量的石灰或水泥,粉煤灰将发生水化、硬化反应。
随着龄期的增长,混合料的强度也随之增大,表现出具有强度高、板体性好、水稳定性和温度稳定性优良等特点。
基于以上分析,粉煤灰的干密度小,用其回填台背可大大降低路堤下地基的附加荷载,有利于减少地基沉降及路堤对桥台的侧压力。
但是,由于透水性大、稳定性差以及无黏结性等特点,粉煤灰不宜直接用于台背回填,石灰粉煤灰混合料作为台背路堤填料,经压实后形成轻质整体性路堤。
4.土工格栅处治台背填土
随着加筋土技术的日趋成熟,土工格栅也逐渐被用于桥台台背,以处治桥头跳车问题。
从20世纪80年代开始,国外进行了大量的室内外试验,研究土工格栅加筋用于处治桥头跳车,取得了良好的效果。
在美国怀俄明州公路局用土工格栅加筋处治了近50座桥台,结果表明该处治措施可以有效消除桥头跳车问题。
在国内,长沙交通学院对土工格栅加筋土技术处治桥头跳车问题进行了一些有益的探讨,通过室内模型试验和工程实例的数据,分析得出了台背填土压实度、铺网长度与台背填土沉降之间的关系。
在107国道湖南湘潭段龙云立交桥、320国道湖南株洲白关桥、广东深汕高速公路4座桥梁以及京沪高速公路4座桥涵等都有成功应用土工格栅加筋土技术处治桥头跳车的工程实例。
尽管土工格栅处治桥头跳车这些技术已使用多年,但尚处于摸索探讨阶段,仍存在大量问题,如土工格栅与回填料的选择、土工格栅布置、施工质量控制以及设计方法等需要进一步解决,使其达到经济有效地改善桥头跳车的目的。
(1)土工格栅处治机理
土工格栅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。
(2)土工格栅处治的设计方法
采用土工格栅处治,减少台背路堤不均匀沉降,通常将土工格栅一端锚固于桥台背,另一端向压实后的路基上水平展铺,最下一层铺设在构造物基础的顶面,最上一层铺设在路基的顶面,以使得桥台借助于土工格栅和台背的路基压实土成为一体,见图8-9。
格栅铺设间距可按式(8-1)计算:
(8-1)
式中:
△H—距路基表面深度为z处的铺网间距,m;
TGC—土工格栅的设计抗拉强度,按60%抗拉强度取值,N/m;
Hm—路基顶面与构造物基础顶面之间的高差,m;
Z—上一层土工格栅铺设位置距路基表面的垂直距离,m;
E0—土工格栅的拉伸模量,Pa;
Er—路基土填筑后的变形模量,Pa;
μ0—填土压实后的泊松比,可取0.5;
P0—路基顶面所承受的来自路面自重与交通荷载的垂直压力,Pa;
γm—路基填土压实后的密度,N/m3。
一般情况下,首先根据土工格栅设计抗拉强度TGC按式(8-1)计算不同路基深度处的土工格栅铺设最大层间距△Hmax,然后绘制△Hmax—Z关系曲线,即为台背加筋最大布筋间距包络线,如图8-10所示。
图8-9土工格栅处治台背示意图图8-10最大布筋间距包络线示意图
在进行布筋间距设计时,加筋体任一深度Z处加筋材料的布设间距△H不能超出最大布筋包络线范围(图8-10斜线部分)。
同时,在采用土工格栅加固时应注意,当桥台高度大于12m时,采用土工格栅加固的工程费用较高,故需慎重选择。
此外,有限元计算发现,当铺网间距大于1.2m时,土体与土工格栅交界的界面上的剪应力很大,有可能导致两者之间的相对滑动,从而破坏了台背填筑体的整体性。
因此,《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ/T019-98)规定:
在距路基顶面5m深范围以内,格栅间距以不大于1.0m为宜。
依此原则,根据工程实际情况和设计需要,可以确定各加筋层合适的布筋间距△H。
这样,就使布筋间距设计过程更为直观,且能充分利用加筋材料的弧度,节省加筋材料用量,在减少计算工作量的同时达到优化布筋设计的目的。
土工格栅的纵向铺设宜上长下短(图8-9),可采用缓于或等于1:
1的坡度自下而上逐层增大纵向铺设长度,最下一层的铺设长度应不小于最小纵向铺设长度1min。
1min可按式(8-2)计算:
(8-2)
式中:
1min——土工格栅的最小铺设长度,m;
CGC——土工格栅与土体交界面上的界面黏结力,Pa;
φGC——土工格栅与土体交界面上的界面摩擦角。
(3)土工格栅处治的施工技术
①土工格栅的摊铺其摊铺沿路线的纵向进行,将成捆格栅自桥台背部向外展开,按设计长度截断。
若桥台与线路斜交,应将格栅靠桥台一端的端部截成与斜交角相同的角度,保证格栅铺向与路线走向平行。
②土工格栅的张拉、定位和锚固
先将土工格栅靠桥台一端用膨胀螺钉或预埋螺杆锚固在台背(膨胀螺钉间距为60cm),然后用一带钩横梁将土工格
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- 路基 纵向 不均匀 沉降 病害 防治