CN115162084B - 一种新建公路路桥过渡段差异沉降自补偿预防桥头跳车的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新建公路路桥过渡段差异沉降自补偿预防桥头跳车的方法，在公路兴建时，在台背回填区域分层填筑膨胀填料并铺设输水用聚合物管网，待达到设计标高后，于路基边坡坡顶埋设沉降监测和输水自控设备；在运营阶段，自控系统依据沉降监测数据及差异沉降控制标准分析判别，差异沉降超出预设标准时，自动开启输水阀门，通过聚合物输水管网向膨胀填料输水，膨胀填料膨胀顶升消除差异沉降，恢复路基/路面初始标高；如此反复，从而控制差异沉降并预防“桥头跳车”；本发明提供的一种路桥过渡段差异沉降自补偿的技术措施，适用于各级公路、城市道路和(高速)铁路路桥过渡段“桥头跳车”预防。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程中工后沉降处治技术领域，尤其涉及一种新建公路路桥过渡段差异沉降自补偿预防“桥头跳车”的方法。
背景技术
目前，我国公路建设还处在快速发展阶段。对于软土地区公路而言，在开放交通后数年内，路桥过渡段会因差异沉降较大而出现桥头跳车(路桥过渡段纵坡突变)病害。在桥头跳车路段，车辆行至此处时发生剧烈跳动，严重威胁行车安全性、舒适性，降低了汽车及公路的使用寿命，增加了公路维修和养护成本。对于在役公路，工程技术人员提出了诸多技术措施(传统方法包括路面加铺、局部开挖+轻质置换和竖向钻孔注浆等)，但仍未较好解决软土地区路桥过渡段差异沉降及其诱发的桥头跳车问题。
对于新建公路，申请号CN00111138.8的发明专利公开了“高填土路基桥头跳车的防治方法”。该专利采用分层交替铺筑生石灰砂袋与填料的方法进行路桥过渡段台背回填，在路基沉降过程中水分渗入生石灰砂袋，体积缓慢增加，抵消台背沉降，从而达到预防“桥头跳车”的目的。该专利的不足之处是没给出相应技术措施解决以下2项问题：(1)在役期间填料中的水足以满足生石灰砂袋吸水膨胀所需；(2)生石灰砂袋膨胀量恰好与台背沉降量互为抵消。
发明内容
本发明旨在克服现有技术之不足，提供一种路桥过渡段差异沉降自补偿的技术措施，适用于各级公路、城市道路和(高速)铁路路桥过渡段“桥头跳车”预防。
本发明的技术方案如下：
一种新建公路路桥过渡段差异沉降自补偿预防桥头跳车的方法，该方法采用台背回填膨胀填料+分层铺设聚合物输水管网+差异沉降监测与输水自控技术解决台背差异沉降自补偿问题。在公路兴建时，在台背回填区域分层填筑膨胀填料并铺设输水用聚合物管网，待达到设计标高后，于路基边坡坡顶埋设沉降监测和输水自控设备；在运营阶段，自控系统依据沉降监测数据及差异沉降控制标准分析判别，差异沉降超出预设标准时，自动开启输水阀门，通过聚合物输水管网向膨胀填料输水，膨胀填料膨胀顶升消除差异沉降，恢复路基/路面初始标高。如此反复，从而控制差异沉降并预防“桥头跳车”。
本发明的施工工艺流程包括：施工准备、测量放样、基底处理、预埋膨胀填料、预埋输水结构、填土、摊铺、整平、碾压、浇筑沥青路面后安装沉降监测仪、连接供水装置；
其中，参照“高填土路基桥头跳车的防治方法”(专利申请号CN00111138.8)中膨胀材料制备方案制备并预埋本发明施工所需膨胀填料；预埋输水结构施工工艺参照“一种防止桥头跳车的预埋注浆结构”(专利申请号201621377826.0)执行。
本发明与已有施工技术不同之处在于：
(1)膨胀填料的选择
为将膨胀填料侧限膨胀对桥台的水平推力降至最低，在台背回填开始之前，在桥台台背整个背面设置一层厚约3～5cm的EPS薄块。而后，按照桥台台背回填加筋土的施工工序进行分层填筑膨胀填料和铺设输水管网。在台背回填过程中，在每层膨胀填料顶、底面铺设一层聚合物输水管网。
所述膨胀填料由3部分组成，包括：膨胀性干粉(生石灰、膨胀土、膨润土或电石渣干粉)、膨胀抑制剂(磷石膏)和填充料(无黏性土，例如粉砂)。其中，膨胀土是区域性土，需外购；膨润土价格较高；生石灰来源广泛，价格低廉。因此，优选生石灰(主要成分CaO)。膨胀抑制剂选用来源广泛的磷石膏；无黏性土是无膨胀性的材料，也可以抑制膨胀。
进一步，选取磷石膏(主要化学成分为CaSO4·2H2O)、生石灰和粉砂土作为原材料，按照磷石膏：生石灰：粉砂土＝1～2：3～6：6～3的配合比制备成膨胀填料干粉。在此配合比下，膨胀填料的膨胀性可满足桥台台背差异沉降补偿要求，而其耐久性可满足台背回填设计要求。
(2)输水管网分层铺设
聚合物输水管网造型类似双向土工格栅。只不过前者中空，充当输水通道，类似于滴灌的管道网络。在桥台台背，聚合物输水管网的铺设方式也类似于土工格栅。在台背回填过程中，在每层膨胀填料顶、底面铺设一层聚合物输水管网。
管体材料：聚丙烯高强塑料；管体尺寸：采用内径壁厚d＝2～5mm。每孔尺寸：l×b＝50cm×50cm；管体输水小孔孔径/>间距5cm。在每层管网边界处，可通过烧结方法形成止水边界，同时预留少数边界部位与可外部供水管道相连。
(3)自动化沉降监测与输水
在路桥过渡段竣工后，沿着道路纵向在道路横断面两侧路肩和中央分隔带每隔50cm布设1个自动化沉降监测仪，实时监测路桥过渡段路表标高。采用微机存储与处理数据，计算得到当前标高与初始标高差值Δs，并与按预先设定的差异沉降控制标准[Δs]对比。若Δs>[Δs]，则通过自控系统启动供水装置向预埋管网输水，水渗入膨胀填料后发生膨胀顶升，至路表标高恢复后自控系统自动关闭供水装置。
本发明的基本原理为：
在路桥过渡段台背回填时，分层填筑膨胀填料并预埋聚合物输水管网，在路表路肩和中央分隔带布设自动化沉降监测仪，实时监测路桥过渡段沉降。当差异沉降超出控制标准时，自控系统启动供水装置，通过聚合物输水管网向膨胀填料输水，使膨胀填料发生膨胀，挤压周围土体，推动上覆土体向上位移，进而使沉陷的路基/路面顶升复位。在路基/路面恢复原有高程后，自控系统自动关闭供水装置。
本发明的有益效果在于：
自主修复差异沉降。使用自动化沉降监测仪实时监测路桥过渡段差异沉降，一旦超出控制标准，即可自动启动供水装置，自主修复差异沉降。
不影响公路交通运营。由于沉降监测、供水装置和输水管网均为施工期间预埋，因此路桥过渡段差异沉降修复时无需交通管制，不会影响公路交通运营。
当公路地基条件良好时，可通过一次差异沉降修复一次性防控差异沉降再现。当公路地基为软土时，需反复多次差异沉降修复(即出现一次修复一次)，通过多次膨胀顶升使土体挤密、差异沉降幅度衰减，才可防控差异沉降再现。
附图说明
图1是本发明“台背回填示意图”；其中，(1)-桥面、(2)-桥头路段、(3)-路面、(4)-桥台、(5)-一般路堤、(6)-回填界线、(7)-回填区域、(8)-聚合物输水管网、(9)-回填膨胀填料、(10)-自动化沉降监测仪、(11)-地基、(12)-EPS薄块。
图2是本发明“台背回填横断面示意图”；其中，(3)-路面、(10)-自动化沉降监测仪、(8)-聚合物输水管网、(9)-回填膨胀填料、(12)-EPS薄块、(13)-边坡、(14)-道路中心线。
图3是本发明“聚合物输水管网整体结构图”；其中，(8)-聚合物输水管网、(15)-输水小孔。
图4是本发明“聚合物输水管网边界端部图”；其中，(16)-供水管、(17)-接头、(18)-预留输水段、(19)-管壁、(15)-输水小孔、(20)-网面。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步描述本发明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
一软土地区高速公路路桥过渡段长10m，路基宽度30m、回填高度5m，通过计算预测工后沉降达20cm，在台背回填时选择膨胀填料预防桥头跳车。
选用配合比为磷石膏：生石灰：粉砂土＝1：4：5的膨胀填料，经试验发现此膨胀填料膨胀系数为1.16，最终膨胀量损失为18％。
在台背回填开始之前，在桥台台背整个背面设置一层厚约3～5cm的EPS薄块。在排出积水，确保结构物强度达到要求后，对桥台台背进行分层填筑，两个(侧)台身同时对称填筑，每层填筑厚度不得超过20cm，每层检测合格才可进行下一层填筑。计算得膨胀填料共填筑25层，厚度均为18cm，并在每层膨胀填料上铺设一层预埋聚合物输水管网，输水管网类似土工格栅，相互间隔30cm浇结在一起，覆盖整个填筑层。选用振动压路机碾压，碾压流程为静压→振动碾压→静压整平，先从两侧展开，再逐步向中间进行施工。为确保台背填筑压实度满足下沉的要求，台背填筑压实度应比一般路堤提高1％，其压实度从回填基底至路床顶面不小于96％。台背回填填方内的边坡必须挖成台阶状，每层台阶高度19cm，台背回填土底部最小宽度距基础边缘250cm，顶部为距翼尾端400cm。在台背回填过程中，要严格控制填筑速度，防止路堤失稳。桥头锥坡应等地基沉降基稳定或预压结束后进行。整个台背回填共分25层历时1年半完工。
设置差异沉降控制标准为4cm。在通车2年多以来，自动化沉降监测仪监测到路桥过渡段差异沉降有3次超出4cm。每次超出时，自控系统皆对路桥过渡段差异沉降进行自动修复。目前，该路桥过渡段尚无明显差异沉降。
实施例2
一山区二级公路路桥过渡段长6m，路基宽度10m，回填高度达12m。通过计算预测工后沉降达8cm及以上，在台背回填时选择膨胀填料预防桥头跳车。
选用配合比为磷石膏：生石灰：粉砂土＝2：3：5的膨胀填料，试验测得膨胀填料的膨胀系数为1.27，最终膨胀量损失为15％。
在台背回填开始之前，在桥台台背整个背面设置一层厚约3～5cm的EPS薄块。在排出积水，确保结构物强度达到要求后，对桥台台背进行分层填筑，两个(侧)台身同时对称填筑，每层填筑厚度不得超过20cm，每层检测合格才可进行下一层填筑。计算得膨胀填料共填筑42层，厚度均为18cm，并在每层膨胀填料上铺设一层预埋聚合物输水管网，输水管网类似土工格栅，相互间隔30cm浇结在一起，覆盖整个填筑层。选用振动压路机碾压，碾压流程为静压→振动碾压→静压整平，先从两侧展开，再逐步向中间进行施工。为确保台背填筑压实度满足下沉的要求，台背填筑压实度应比一般路堤提高1％，其压实度从回填基底至路床顶面不小于96％。台背回填填方内的边坡必须挖成台阶状，每层台阶高度20cm，台背回填土底部最小宽度距基础边缘300cm，顶部为距翼尾端600cm。在台背回填过程中，要严格控制填筑速度，防止路堤失稳。桥头锥坡应等地基沉降基稳定或预压结束后进行。整个台背回填共分42层历时2年完工。
设置差异沉降控制标准为4cm。在通车运营3年半以来，自动化沉降监测仪仅监测到1次路桥过渡段差异沉降超出4cm。在自控系统对路桥过渡段差异沉降进行自动修复后，目前该路段运营状况良好。
Claims (1)
1.一种新建公路路桥过渡段差异沉降自补偿预防桥头跳车的方法，其特征在于，在公路兴建时，在台背回填区域分层填筑膨胀填料并铺设输水用聚合物管网，待达到设计标高后，于路基边坡坡顶埋设沉降监测和输水自控设备；在运营阶段，自控系统依据沉降监测数据及差异沉降控制标准分析判别，差异沉降超出预设标准时，自动开启输水阀门，通过聚合物输水管网向膨胀填料输水，膨胀填料膨胀顶升消除差异沉降，恢复路基/路面初始标高；如此反复，从而控制差异沉降并预防“桥头跳车”；
在路桥过渡段竣工后，沿着道路纵向在道路横断面两侧路肩和中央分隔带每隔50cm布设1个自动化沉降监测仪，实时监测路桥过渡段路表标高；采用微机存储与处理数据，计算得到当前标高与初始标高差值Δs，并与按预先设定的差异沉降控制标准[Δs]对比；若Δs>[Δs]，则通过自控系统启动供水装置向预埋管网输水，水渗入膨胀填料后发生膨胀顶升，至路表标高恢复后自控系统自动关闭供水装置；
聚合物输水管网的造型和铺设方式类似双向土工格栅；管体材料：聚丙烯高强塑料；管体尺寸：采用内径φ=10～20mm，壁厚d=2～5mm；每孔尺寸：l×b=50cm×50cm；管体输水小孔孔径φ h=2～3mm，间距5cm；在每层管网边界处，通过烧结方法形成止水边界，同时预留若干边界部位与外部供水管道相连；
在台背回填过程中，在每层膨胀填料顶、底面铺设一层聚合物输水管网；所述膨胀填料由磷石膏：生石灰：粉砂土=1~2：3~6：6~3的配合比制成；
为将膨胀填料侧限膨胀对桥台的水平推力降至最低，在台背回填开始之前，在桥台台背整个背面设置一层厚3～5cm的EPS薄块。
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| CN115162084A (zh) | 2022-10-11 |
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