桩承式加筋路堤挂网技术在长治东枢纽互通中应用探究

桩承式加筋路堤挂网技术在长治东枢纽互通中应用探究摘要：分析了“桥头跳车”的危害及产生原因，介绍了常规的桩承式加筋技术和路堤填土加筋技术联合处理处理“桥头跳车”的处治方法的优缺点，通过介绍在长治东枢纽互通中采用桩承式新型格栅挂网加筋路堤技术处理“桥头跳车”的试验研究，比较得出后者的优点，展望了该技术的应用前景。关键词：桩承式加筋路堤；挂网；应用Abstract:“Bump”hazardsandcauses,andintroducedtheconventionalpilereinforcedembankmentreinforcementtechnologycombinedtreatmenttodealwiththeadvantagesanddisadvantagesofthe“Bump”TreatmentMethods,byintroducingtheChangzhipilenewgrillehangingonreinforcedembankmentprocessing“bump”intheEasthubforinteroperabilitypilotstudycomparisonsoftheadvantagesofthelatter,thefutureapplicationofthetechnologyprospects.Keywords:pileofreinforcedembankment;hangingnet;application7 中图分类号：TU472.3+4文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）0前言桥头跳车现象是由于路桥搭接处桥台与路堤的差异沉降，使路面纵坡出现台阶引起的，严重影响着行车舒适性和安全性，降低了车辆的行驶速度和道路通行能力。同时，车辆通过路桥搭接段时，产生不利的动荷载，加速了桥台、支座、伸缩缝及路面结构的损坏，工后维护难度大，需要花费大量的人力、物力和财力，给管理部门带来沉重的经济负担和巨大的社会压力，并影响高等级公路的经济效益和社会效益的充分发挥。路桥搭接处桥台与路堤填土、路基材料的刚度差异引起的差异沉降是产生桥头跳车的主要因素。根据桥头路堤的变形机理可知产生路桥差异沉降的主要原因：路基工后沉降；路堤填土的压缩变形。国内外普遍采用桥头搭板来处理此问题，搭板作为一种刚性结构，在一定程度上可减轻却不能消除桥头跳车现象，而是将跳车的位置转移到了搭板末端形成二次跳车。为了解决在软弱地基上快速填筑路堤面临的各种困难和挑战，一种新的地基处理方法应运而生：将水平加筋材料和竖向增强体联合应用于软弱地基处理，即双向增强体复合地基，常见的处理方法为“桩承式加筋技术和路堤填土加筋技术”。7 1桩承式加筋技术和路堤填土加筋技术桩承式加筋路堤主要由路堤填土、砂垫层、土工格栅、桩和桩间土组成，其具有施工工期短、侧向变形和工后沉降小等优点。当采用桩承式加筋垫层法时，土工格栅是通过格栅与砂垫层之间的界面摩阻力约束路堤侧向位移并将格栅上部路堤部分荷载传递到桩上，而格栅与土之间的界面摩擦力有限，当达到极限界面摩阻力时，土工格栅会发生相对滑动。近年来，许多专家学者证明了土工格栅的这种作用十分有限，且在桩承式加筋垫层法中土工格栅受力远远低于其强度，这也是资源的一种浪费。通过已有文献研究综合分析，桩承式加筋垫层法应用于修筑路堤下软土地基时存在以下具体缺点：①路堤边坡侧向位移现象仍然明显；②土工格栅对路基深层的侧向位移限制作用不明显；③土工格栅与土体的界面摩擦能力有限，其强度没有得到充分发挥；④不均匀沉降问题仍然显著；⑤土工格栅的张拉膜作用不显著；⑥砂垫层材料及铺设费用大。2桩承式加筋路堤挂网技术（1）概况7 长治东枢纽互通共有八座桥梁、二十二道涵洞、通道，桥台及涵台比较多，部分桥、涵台属于高填方，路基填土为Ⅱ级非自重湿陷性黄土，台背回填为砂砾石。为了加强台背回填质量，降低“桥头跳车”的危害，经山西省交通厅立项，将本工程“桩承式加筋路堤挂网技术”定为山西省科技攻关项目子课题之一。（2）现场试验针对桩承式加筋路堤柔性垫层加固地基的缺陷，考虑在土工格栅铺设工艺上加以改进，采用将刚性桩帽顶加设若干固定头后再铺设土工格栅于桩帽顶上，然后现浇一定厚度的混凝土固定端，使土工格栅可以直接约束桩体，即“桩承式加筋路堤挂网技术”。挂网技术结构示意图在路桥过渡段采用路堤填土加筋技术处理台背路堤，并分别采用桩承式加筋路堤现有技术和挂网技术处理台背地基。现场在长治东枢纽工程MCK40+826大桥0号桥台台背路桥搭接段做试验，路堤顶面1m处铺设一层高强度新型土工格栅，采用500mm混凝土灌注桩，桩长为10m，桩间距为3.5m，正方形布桩，以穿透粉土层，进入砂卵石层50cm为准。桥台后方路桥搭接路基段打五排桩，考虑有效减小桥头跳车现象和试验对比分析，采用挂网技术与普通加筋渐变式地基处理方法，具体步骤为：前三排采用桩承式加筋路堤挂网技术处理，后两排采用普通桩承式加筋路堤进行对比分析。其中第一排桩桩顶采用47.57 m通长桩梁，桩梁纵段面尺寸与挂网技术桩帽尺寸相同，第二~五排桩顶采用独立桩帽，第二、三排桩帽采用挂网技术处理，第四、五排桩帽采用普通桩承式加筋技术处理，挂网技术处理时桩帽、桩梁具体设计方案见下图。挂网技术桩帽、桩梁设计现场试验对路桥过渡段沉降进行观测，在试验段路基加固区路堤中心轴处及坡脚处桩顶和桩间土分别埋设土压力盒，来反映桩顶和桩间土土压力随填土荷载的变化规律，通过格栅上下表面分别布置土压力盒，研究土压力非线性变化规律、路堤填土土拱效应和格栅张拉膜效应对土压力的影响。（3）结论.7 通过现场试验对比分析桩承式路堤挂网技术和现有技术桩、土应力变化规律；格栅张拉膜效应和路堤填土土拱效应的发挥能力；桩土应力比变化规律以及格栅变形规律。综合桩承式加筋路堤挂网技术和现有技术两种工况下试验研究可以得出以下结论：①采用新型格栅桩承式加筋路堤挂网技术可以有效减小路堤、路基侧向位移，提高整体稳定性。与现有技术只能减小路基浅层侧向位移不同，挂网技术能有效约束路基深层侧向位移；②采用桩承式加筋路堤挂网技术能有效提高桩土应力比，增加桩体荷载分担比，有效减小路堤沉降和不均匀沉降；③采用桩承式加筋路堤挂网技术能有效提高筋材利用率，提筋材张拉膜效应；④采用桩承式加筋路堤挂网技术后，打破了现有技术中筋材与土体的界面相互作用有限，其强度没有得到充分发挥的缺陷，可以通过提高筋材抗拉模量的方式提高地基处理效果；⑤采用桩承式加筋路堤挂网技术后，筋材张拉膜效应的增强在一定程度上制约了路堤填土土拱效应的发挥，但整体加固效果有明显加强；⑥随着筋材模量的增大，采用挂网加筋对桩顶和桩体深层侧向位移的约束能力逐渐增强。但是筋材模量对桩体侧向位移约束有效深度差异不大；⑦桩体抗弯刚度越大，采用挂网加筋对桩顶和桩体深层侧向位移的约束能力越强。3总结通过“桩承式加筋路堤挂网技术”在长治东枢纽互通中的成功应用，与桩承式路堤、加筋路堤等技术进行试验比较，“桩承式加筋路堤挂网技术”有如下优点：①通过格栅直接将路堤荷载传递至桩顶，提高了桩的荷载分担比；②减小了路堤沉降和不均匀沉降；③减小了路堤侧向位移，提高路堤填土稳定性；④减小了路基及路基深层侧向位移，提高了路基稳定性；⑤提高了土工格栅的张拉膜效应以及土工格栅利用率；⑥取消砂垫层铺设直接填筑路堤，节约砂垫层材料及铺设费用。4应用前景展望7 “桩承式加筋路堤挂网技术”能有效的节约工程造价并取得良好的效果，对于减小“桥头跳车”特别是软弱地基桥路搭接部位的“桥头跳车”效果十分明显，具有很大的应用前景。参考文献：[1]郑俊杰，张军，马强.双向增强体复合地基桩土应力比三维分析[J].华中科技大学学报(自然科学版),2010,38(2):83–86.[2]张军，郑俊杰，马强路堤荷载下双向增强体复合地基受力机理分析岩土工程学报,2010，32(9)[3]马强，郑俊杰，张军考虑桩间土支撑的桩承式加筋路堤理论分析华中科技大学学报(自然科学版),2011,39(3)注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。7