高填方桥头过渡段处理方案浅析-副本

高填方桥头过渡段处理方案浅析
近几年来，随着我国高等级公路的迅速发展，我国的高等级公路建设正处在“质”与“量”并重的重要发展阶段，桥头过渡段的施工质量的好坏，直接影响行车速度、舒适与安全；特别是高填方桥头过渡段，由于路基填土压缩及自然沉陷引起的沉降较大，高速公路在此处就更加容易出现质量缺陷，发生跳车等现象。

因此如何解决高等级公路高填方桥头过渡段施工容易出现病害的问题，作者提出了一些浅显的认识与见解，从理论与实践上进行了摸索和探讨。

1.工程概况
西柏坡高速公路三期工程的霍寨互通式立交,位于西柏坡高速公路三期工程终点(与一期工程衔接),高速公路主线上跨京昆高速,属于枢纽立交；其位于石家庄市鹿泉市境内，工程范围为：东起西柏坡高速公路K8+000，西至西柏坡高速公路一期工程起点处，桩号K9+056.337；主线及C、D、E、F、G、H、、线均设置桥梁。

主线桥28#台里程为K8+856.930，桥头填土高度达到11.7米。

为减少路基在构造物两侧产生不均匀沉降，减轻桥头跳车现象，提高高速公路车辆行驶的舒适性，需对桥头路基进行深层处理，以减少地基工后沉降。

综合考虑本次工程工期要求及工程投资，本段桥头地基采用强夯进行处理，路基填料采用轻质填料液态粉煤灰进行填筑，并对填筑路基进行沉降观测，待路基沉降稳定后，方可施做路面结构层。

2.处理方案
2.1基底强夯处理
2.1.1桥头地基处理的要求
对于桥头100米路基及边坡范围（K8+856.930~ K8+956.930段），采用强夯进行处理。

强夯采用 2000夯击能量，满夯采用800夯击能量。

夯点间距、夯击遍数和落距高度根据选用的夯锤质量、锤底面积通过试夯确定。

试夯面积不小于400m2，试夯夯点采用正方形布点，夯点间距d为4.0m。

单点夯击次数按最后两击之差5控制，夯击遍数以不出现“翻浆”或“橡皮土”为准。

夯击遍数为3遍。

第一遍：主夯，按规定间距；第二遍：副夯，按规定间距在各主夯点位中间穿插进行；第三遍：满夯，采用夯印彼此搭接1/4。

夯点的夯击遍数按现场试夯确定的夯击遍数和夯沉量关系确定，并同时满足下列条件：
①最后两击平均夯沉量不宜大于5；
②夯坑周围地面不应发生过大的隆起；
③不因夯坑过深发生提锤困难。

2.1.1.1强夯法基本原理及其对湿陷性黄土的处理
（一）强夯法基本原理
土体在巨大的冲击作用下，土中产生很大的应力和冲击波，致使土中孔隙压缩，土体局部液化，夯击点周围一定深度内产生裂缝，形成良好的排气通道，土中的孔隙水（气）顺利溢出，土体迅速固结，
从而降低了一定深度范围内土体的压缩性，提高了路基的承载力。

（二）强夯法处理湿陷性黄土的主要技术要求
湿陷性黄土是一种特殊性质的土，在一定的压力下，下沉稳定后，遇水浸湿，土体结构迅速破坏，并产生较大的附加沉降。

湿陷性黄土广泛分布于我国东北、西北、华中和华东部分地区，因此湿陷性黄土是路基施工经常遇到的问题，强夯技术是湿陷性黄土最常采用的施工技术，通过试验确定的施工参数是工程质量的基础与保证。

1、强夯技术参数的确定
目前国内外尚没有一整套确定强夯参数的理论与计算方法,一般应参照国内强夯法加固路基的成功经验，初步确定各类路基的强夯参数。

在大面积强夯施工前,再选择代表性路段(夯区)进行试夯，以确定合理的强夯参数与施工工艺，试夯区的夯点布置不宜小于5×5个夯点，试夯区宽度不小于2倍的预期加固深度，且不小于20ｍ×20ｍ。

2、基土含水量的控制
尽管强夯加固路基时对土体含水量的要求有所放宽，但基土含水量对强夯效果的影响还是比较显著的。

强夯法处理黄土路基的施工中，控制土体含水量至最佳含水量附近对改善强夯法处理路基的质量很有必要。

土的含水量宜低于塑限含水量1％～3％，在拟夯实的土地层内，土的含水量低于10％时，宜加水到塑限含水量；当土的含水量大于塑限含水量3％时，宜采用措施适当降低其含水量。

（三）强夯法处理湿陷性黄土试验
1、试验目的
黄土路基采用强夯进行处理，试验目的是确定夯锤质量、夯击次数、夯点间距、夯击遍数、沉降量、压实度的关系，在现场有代表性的场地上进行试夯，并通过测试，与处理前测试数据进行对比，检验处理效果，选取合理的机械配备和质量控制方案，根据试验结果确定大面积施工参数。

2、试验内容与测试项目
（1）试验内容
试验夯锤质量、夯击次数、夯点间距、夯击遍数、沉降量、压实度的关系，为处理湿陷性黄土路基提供依据。

（2）测试项目
测试湿陷性黄土的湿陷系数。

测试湿陷性黄土的湿陷量。

3、试验方法
（1）试验区选定与平整。

每个试验方案由施工单位在监理工程师的指导下现场选定试验区域，选定试验区后，对场地进行平整。

（2）测试试夯区现状，湿陷性黄土的湿陷系数，测3次，取平均值。

（3）布孔，绘制试验区相对位置平面图。

（4）进行试夯试验。

（5）进行测试。

开挖探坑取原状样做湿陷系数试验，统计合格率。

开挖试坑做浸水试验，测试湿陷量。

（6）现场记录。

施工过程中应对各项参数及施工情况进行详细记录，有专人查看现场，设专人做好记录。

认真做好现场每一夯击点的夯击能量、夯击次数和每次夯沉量的记录。

（7）重复以上方法步骤完成三个方案试验。

三、强夯法处理黄土路基检测方法试验
（一）强夯施工的技术参数
1、锤重及落距
锤重（G）和落距（h），它直接决定每一击的夯击能，影响加固效果的重要因素。

本工程选定锤重200、落距4～15m。

2、夯击点布置
第一遍夯点采用正三角形布置，第二遍夯点在第一遍夯点之间布置，第三遍满堂布置，因强夯机夯锤直径为 2.5m，根据设计要求和79-2012 建筑路基处理技术规范规定：正三角形布置，强夯路基第一遍采用间距为6.5m，落距15，以后间距逐渐缩小，落距根据沉降情况亦可逐渐减少。

3、夯击击数和夯击遍数
按土体竖向压缩最大，两侧向移动最小的原则，通过单点试夯，观测夯击坑周围土体变形来确定夯击击数和夯击遍数。

按规范规定，当单击夯击能小于4000时,最后两击的平均夯沉降量不大于50，并且夯坑周围地面不应发生过大的隆起。

当夯击到每一击所产生的瞬时沉降量达到规范标准时，即认为基础已经夯实。

此时的夯击数，即为最佳夯击次数。

每夯击点的夯击数一般为3～10击。

按规范规定，根
据地质情况一般为2～3遍。

4、两遍之间的间歇时间
两遍之间的间歇时间，取决于强夯产生的孔隙水压力的消散情况。

一般土质颗粒细、含水量高、透水弱、粘土层厚的，间歇时间宜加长，间歇时间一般为2～3周；对于粘土或冲积土为3周左右；前一遍夯击完成后，间歇时间达到要求后将工作面推平，进行下一遍夯击。

本工程间隙时间采用2周。

5、夯击能及其遍数的选择
根据设计要求和现场设备情况，以及工期要求，尽量减少夯击遍数。

第一遍采用夯击能200×153000・m 和200×102000・m，以后逐渐减少。

最后一遍选择夯击能200×（4～6）800～1200・m，连续排夯。

路基强夯加固公式估算：
一般按法梅那拉氏公式估算：
（H／k）2／G
k――系数，一般取0.4～0.7，取值由试验确定。

G――夯锤重（）
h――落距（m）
H――加固影响深度
｛7／(0.4～0.7)｝2／20=14.7m～3.9m
我们取其中间值15～4m，夯击能3000・m～800・m。

6、强夯加固面积
按设计要求范围，处理范围超出基础外边缘线3m。

（二）试夯步骤
（1）清理并平整施工场地。

（2）标出夯点位置，测量各夯点高程。

（3）起重机就位，夯锤置于夯点位置，测量夯前锤顶高程。

（4）将夯锤起吊到预定高度，开启脱钩装置，待夯锤脱钩自由下落后，测量锤顶高程。

因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平。

（5）重复进行夯击，直至达到设计规定的夯击次数及控制标准，完成1个夯点的夯击。

（6）换夯点，重复上述夯击步骤，直至完成第1遍夯点的夯击。

（7）间隔7d后，进行第2遍点夯。

第2遍夯击点位位于第1遍夯击点之间。

（8）第2遍点夯完成之后进行低能量满夯。

（三）强夯施工参数的确定
根据《湿陷性黄土地区建筑规范》要求，在有效深度内，土的湿陷系数δs均应小于0.015。

由试验结果可知，强夯施工后，湿陷性系数（均小于0.015）及路基处理影响深度均满足设计要求。

由此确定单点的夯击次数(第一、二遍各10击，最后一遍满夯3击)，能够满足设计要求，试验方案确定的试验参数可以作为强夯施工指导参数。

施工参数确定如下:
（1）强夯布点形式：在设计强夯范围内，第一遍采用正三角形布
置，间距6.5m；第二遍夯点在第一遍夯点之间布置；第三遍满堂布置。

（2）夯锤、落距
第1、2遍单点夯击：锤重200，落距10m。

第3遍满夯：锤重100，落距6m。

（3）夯击遍数
夯击遍数为3遍，第一遍采用正三角形布置，间距6.5m；第二遍夯点在第一遍夯点之间布置；第三遍满堂布置，夯印搭接1/3。

（4）夯击能及夯击次数
结论：基底通过强夯处理，深度4.0m以内湿陷性沉降被消除，有效影响深度超过5.0m。

强夯区域复合地基承载力得到了提高，地基处理效果理想。

2.2液态水泥粉煤灰填筑
为减少桥头路堤的沉降和避免桥头跳车之目的，桥头台背回填采用液
态水泥粉煤灰填筑，为确保台背回填质量和整体强度，就台背回填施工提出如下方案：
2.2.1施工基本要求
2.2.1.1填筑范围
长度：底面长小于50米。

为保证台背回填与路基相接处的填筑质量，台背回填前将与之相接的路基开台阶。

按1:1的坡度开挖台阶，每级台阶建议为100厘米，最顶部两层台阶可据实际标高进行调整，要求每级台阶不小于60厘米。

高度：搭板下45厘米为液态水泥粉煤灰灌注顶面标高。

液态水泥粉煤灰侧面采用8%石灰土包边，顶面采用15厘米厚8%石灰土封层，封层顶面至搭板底面采用30厘米厚石灰土碎石填筑（配合比为8%石灰土：碎石=1：4重量比）。

宽度：液态水泥粉煤灰填筑宽度据路基宽度及包边土宽度，具体确定。

2.2.1.2填筑材料的要求
1）粉煤灰
①粉煤灰中2、A12O3、2O3的总含量不小于70%。

②烧失量不大于20%。

③粉煤灰的比表面积不小于25002。

④干粉煤灰和湿粉煤灰均可使用，但湿粉煤灰含水量不大于35%。

干粉煤灰必须进行遮盖，严禁污染环境。

⑤必须将凝固、结块、含有杂质的粉煤灰筛除。

2）对水泥和水的要求
①水泥宜采用32.5级罐装普通水泥，受潮结块的水泥不准使用。

②凡人或牲畜饮用水均可使用。

3）对外加剂的要求
①外加剂其性能要能激发粉煤灰早期活性，并具有早强，增调和减水的作用。

②细度：比表面积不小于300m2，筛余量（0.08毫米）不大于8%
③抗压强度：
外加剂强度标准
④初凝时间不大于30分钟。

⑤单浆可泵时间不小于24小时凝固
2.2.1.3液态水泥粉煤灰配合比
施工前应进行混合料配合比设计，配合比设计各项材料参考用量为水泥：粉煤灰=4:96～10:90，外加剂用量为水泥用量的1%左右，具体材料用量应以混合料试验强度确定。

混合料的含水量控制在5060%；强度满足7天不低于0.4，28天不低于0.8;稠度采用砂浆稠度仪检测，一般控制在13-15s（稠度控制、施工流动速度是液态水泥粉煤灰能否正常施工的关键）。

2.2.1.4液态水泥粉煤灰的搅拌及运输
1）拌制混合料时，计量衡器必须准确，采用拌合站集中拌合。

2）搅拌时间：拌合站拌制，每盘料搅拌时间均不少于3分钟
3）对粉煤灰的含水量要在拌合前随机检查，据以调整水泥和水的用量。

①水泥的允许偏差±2%
②粉煤灰偏差控制在±3%
③水、外加剂允许偏差为±2%
④外加剂首先用水调成适当浓度的溶液，再加入混合料中搅拌均匀。

4）混合料的运输
液态水泥粉煤灰的运输采用灌车运输，运输能力要适应混合料灌注速度的需要保证连续浇筑。

2.2.2施工工序
2.2.2.1填筑前的准备
1）填筑时，台（涵）身圬工砂浆强度或混凝土强度要达到设计强度的75%以上。

2）基坑无虚渣、浮土、杂质、淤泥，并进行充分压实，压实度达到91%以上。

3）施工前对进场材料按批进行抽检，以保证材料质量。

4）施工前对施工设备进行全面检查、调试，以保证设备处于良好状态。

5）有充分的电源和设备，确保施工连续进行。

2.2.2.2液态水泥粉煤灰施工
1）先按路基填筑要求自原地面填筑包边土，台前及锥坡填土应与包边土一同填筑。

2）包边土填筑宽度为150厘米，两侧均超填30厘米。

外侧边坡参照该路段边坡坡度设置。

在灌注前将内侧超填部分刷坡清除，坡度采用1：1。

每次包边土填筑高度与相接处路基开台阶标高一致。

3）包边土每层填筑厚度据《公路路基施工技术规范》执行。

4）液态水泥粉煤灰灌注时，自由倾落高度一般不超过2米，若超过2米时采用导流槽将搅拌好的液态水泥粉煤灰导入基坑。

5）灌注时按一定厚度、顺序和方向分层灌注，在下层混合料初凝或重塑前灌注完成上层混合料。

6）灌注高度与相接路基开台阶高度相同时，该次灌注结束，用刮板人工铺助刮平至2%横坡，自然晾晒2-3天，待自然强度形成和开裂后进行下一次灌注。

灌注时合理配备施工机械和人员，对称平衡的进行。

7）气温低于5摄氏度时，停住灌注。

2.2.2.3养生
灌注到设计高度后，进行塑料薄膜养生24小时，之后加盖草毡覆盖养生，以保证强度增长，期间禁止车辆行人通过，在养生初期，由于混合料的收缩作用，表面会产生一些较大的裂缝，在养生期间人工用水泥浆将裂缝灌浆。

2.2.2.4填筑上封层
养生7天后进行封层施工。

封层施工完毕后，进行后续工程施工。

2.2.3质量检测
施工过程中每天至少做两组试件，监测现场强度。

要求28天强度大于0.8。

施工封层前，进行钻芯强度测定，试件强度控制指标28天强度大于0.8。

包边、台前及锥坡填土每层检测工点压实度标准为96%要求点点合格。

2.2.4注意事项
2.2.4.1材料配比要准确。

2.2.4.2基地处理情况及开槽尺寸监理工程师进行现场检验，合格后方可进行下步工作。

2.3沉降观测
在K8+850、K9+000、K9+050处设置沉降和位移观断面，路基稳定出现异常情况可能失稳时必须立即停止加载并采取果断措施，待路堤恢复稳定后方可继续填筑。

根据沉降观测资料，路基沉降稳定后，方可施做路面结构层。

2.4路桥过渡段施工技术及其防范措施
2.4.1 设置桥头搭板
采用桥头搭板是消除沉降差、避免防止桥头跳车产生行车不适现象的较为常见的处治方法。

这对于大部分高速公路的中小桥来说是不经济的。

另外，已建成的高速公路资料显示，对于过渡较小的沉降差，采用桥头搭板的方法，有明显的效果，但随之又会增加了一些新的病害和问题：
虽然在路堤与桥台的衔接处没有明显的跳车现象，但不均匀沉降差已
从桥台处转移到了路基与搭板之间，在枕梁处易发生局部下沉，从而引起“二次跳车”现象；
搭板在重交通荷载下，由于脱空而发生折断，不仅跳车现象未得到消除，反而导致路面开裂，土基由于雨水下渗使而遭到破坏；
搭板与桥台的衔接处的拱起也会使路面遭受破坏；
搭板一旦被破坏，不仅会严重影响公路桥梁的正常通行，而且施工难度大、维修费用高、时间长。

2.4.2 土工格网加筋
利用土工加筋的方法治理桥头跳车，始于国外上个世纪80年代的研究和试验，并取得了良好的效果。

研究结果表明，土工网铺网长度由下而上增加，增加坡率为1∶1，最上一层以小于9m为宜；铺面的层间距应以50为宜，土工网格还应张拉锚固于桥台背；填土的压实度应在85%～90%范围内；填料以砾石土、碎石土等为宜；同时要求，土工隔网必须具有较高的抗拉刚度等物理指标。

近年来，利用合成材料加筋来有效处理桥头跳车，其方法正越来越多地受到路桥设计人员的重视，并不乏成功的经验，但土工格网仅仅是一种平面结构，它对路基刚度的提高是有限的，而对填料的要求却相对比较高，更为重要的是因土工网的锚固作用仅限于阻止桥头较短距离内路堤填土的沉降，而对于其它区域，只能起到减小部分路基压缩变形的作用，不能消除在大多数桥头跳车中起着主要作用的地基沉降所产生的变形量。

因此，土工网对于减小因桥头压实度偏低而造成的附加变形较为有效，适用于地基条件相对较好的路桥桥头跳车处理。

目前，将搭板与土工格网加筋相结合，是设计部门较多采用的处理桥头跳车的方式。

2.4.3 软弱地基处理
桥头软弱地基在荷载作用下所产生的工后沉降，是导致桥台与路堤沉降差的主要因素。

高速公路软基处理常用排水固结法和复合地基法。

两种方法各有其特点和适应性，排水固结法虽有较低的工程造价，但预压工期相对较长，工后沉降也较大；而搅拌桩复合地基不仅可使地基总沉降量大大减小，而且能够使之在较短的时间内趋于稳定，但缺点是工程造价较高，且施工质量不能完全得到保证。

实践证明，国内高速公路上并没有很好地解决软土地基沉降所引起的桥头跳车，分析其原因，一是由于工程造价和施工工艺等多种因素，对桥头地基处理时，软土层没有被打穿，导致软弱下卧层较大的工后沉降的产生；二是对软土地基的路基，没有给予充分的堆载时间，软土地基中的孔隙水压力，没有充分的时间进行消散，即固结过程没有完成，工后固结变形和次固结变形现象时有发生。

因此，对于桥头软弱地基的处理，保证合理的工期、让软土地基在加载或超载预压情况下，拥有充分的固结时间进行沉降至关重要。

2.4.4 台背回填
根据“刚柔过渡”的原理，选用灰土和水泥改良土等半刚性材料进行台背回填。

回填时注意回填尺寸、台背填土与路基原状土坡度等，并从设计、施工、监理等方面给予经验参考。

台背应采用模量较大、容易压实且排水性能良好的材料进行换填，例
如级配碎石、砂粒等，从作用机理分析，它属于刚柔过渡的、目前应用较为广泛的台背填筑材料，经压路机压实后，这些填料的压缩模量大，水稳定好，使路基的压缩变形大大减少。

但国内很多地区尤其是西部地区，由于回填材料比较缺乏、造价偏高，所以不便应用。

路堤的沉降是由路基沉降和地基沉降构成的，通过台背回填可以有效地减小路基自身的变形，但却不能减少或消除地基所产生的沉降。

因此台背回填方法与其它治理方法相结合，才能更好地过渡桥台与路堤的沉降差。

2.4.5 采用轻质填料
将泡沫聚苯乙烯材料用于填筑路堤，不仅可显著减小地基的附加应力和沉降量，而且该材料所具备的足够的承载力，既可满足路面结构层对行车荷载作用的强度要求，又能符合刚度要求；
同一般细粒土相比，粉煤灰具有自重轻、强度高、透水性能良好等特点，通过一定的工艺，可形成强度较高的整体性材料，用其填筑路堤，可有效减小路桥过渡段桥头路堤的总沉降。

此外，挤密桩复合地基、设置柔性桥台等都是治理公路桥梁过渡段桥头路堤沉降的有效的施工技术和防范措施。

结论:通过采用液态水泥粉煤灰回填高填方台背，可有效解决台背回填不易密实的问题，最大限度的发挥该混合料的优点，即依靠其自身的流动性可以达到密实的效果，形成强度较高的轻质结构层，并具有良好的承载能力。

参考文献
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