专利名称：桥涵接坡段地基保护的方法
技术领域：
本发明涉及一种建筑工程技术领域的方法，具体的是一种较为经济的桥涵接坡段地基保护的方法。
背景技术：
桥头跳车现象是软土地基上道路工程设计施工中的一大难题，而且是在道路使用过程中长期存在的问题。这是由于在软土地基上的低路堤道路，在交通荷载的作用下不断地产生工后沉降，而横穿道路的以桩为基础的箱涵。桥台等构筑物沉降较小。因此在道路与构筑物接合部发生较大的差异沉降。这样会发生交通振动，噪音等环境问题，还会阻碍交通，从而影响行车速度并产生不舒适感。严重的甚至会引起交通事故。工程实践中，为了减少这种差异沉降，传统的做法是1)在接坡段设钢筋混凝土连接搭板；2)对沥青混凝土路面铺装进行加铺维修；3)采取切短桩头的办法重建构筑物；4)应用土工合成材料与混凝土桩联合作用来缓解差异沉降等。
经对现有的技术文献检索发现，马石冬、涂帆、林开球，在2000年出版的《地基保护工程实例》第十一章，pp.452-460上发表的“泉厦高速公路桥头软基综合处理”，该文介绍了桥头软基综合处理方案，是在传统的“预压后开槽”方法的基础上增加水泥土搅拌桩过渡段、塑料排水板及铺设土工合成材料(土工布、土工格栅)加筋垫层。应用此方法可以较好地处理桥头接坡段地基问题。但是，运用此方法加固地基的过程中，搅拌桩的长度在接坡段范围内具有大致相同的加固深度。施工工艺复杂，且需要的施工材料较多，使工程造价大大提高。因此，实施起来并不经济。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种较为经济的桥涵接坡段地基保护的方法，使其解决了现有的由于施工工艺复杂且建筑材料使用较多，使工程造价增大的问题，方法简单，而且可以大大降低施工费用与工期，还可以免除由差异沉降造成的维护费用。
本发明是通过以下的技术方案实现的，对于建于软粘土地基上的道路，当有涵渠桥梁等构筑物横穿道路时，道路与桥涵的连接处应用本发明，具体步骤如下(1)首先确定施工参数，包括道路在运行设计寿命内的沉降量；离桥涵最近处的搅拌桩长；接坡段地基保护范围La；以及搅拌桩的间距与改良板厚度。
(2)再在道路至构筑物的接坡段范围的软土地基内，施工变长度的深层搅拌桩，搅拌桩的长度从1m开始向桥涵处逐渐增加，在紧贴构筑物侧面处为最大。
(3)然后，在搅拌桩的上面将现场开挖的软粘土与水泥粉搅匀混合后用作路床材料，经碾压结硬后形成的固化路床称为改良板。这两者的结合使道路的沉降沿接坡段逐渐减小，从而大大减小道路与构筑物在接合处的差异沉降。
所述的道路在运行设计寿命内的沉降量，其确定方法为道路的沉降量是由路堤与路面的静荷载和车辆交通动荷载共同作用产生的。静荷载引起的地基中的附加应力由Osterberg法计算，附加应力引起的地层的固结压缩量由e-logp法计算，最后地表的总沉降由分层总和法得到。动荷载引起的沉降既可采用等效静载法，也可采用Chai等提出的经验公式计算。
所述的离桥涵最近处的搅拌桩长，其确定方法为离桥涵最近处的水泥土搅拌桩的长度Hcolmax是按其在路堤与路面自重荷载及交通荷载作用下产生的总固结压缩沉降量不超过20mm来确定的，此固结沉降量的计算方法同“道路在运行设计寿命内的沉降量”。其它搅拌桩的长度，按Hcolmax/Ls的比例渐减而定。这里Ls为浅层改良板的长度，由接坡段La加1m而定。
所述的接坡段地基保护范围La，其确定方法为接坡段地基保护的范围按最大接坡段纵向坡度为5％，其对应的行车设计速度为60km/hr。考虑浅层改良板压实的施工要求，接坡段改良板的最小长度为8m，确定La的最小值为8m，则用本发明施工中La按下式计算La＝8+12SR，其中SR(m)为道路的最终沉降量，由(1)的方法计算。
所述的搅拌桩的间距与改良板厚度，其确定方法为路面厚度是由路床CBR(加州承载比)与交通量根据以弯沉为设计指标的路面结构计算方法确定的。用本发明施工的地基，实际是由原位混合形成的搅拌桩与浅层改良板组成的复合地基。因为在交通荷载的作用下，路面层会发生挠曲。因此，确定浅层改良板厚度的最基本的考虑是，改良板中产生的拉应力不超过其抗拉强度，板内的剪应力不超过其抗剪强度，同时在轮压的冲击荷载作用下使其变形在弹性范围内。而改良板中张拉应力与剪应力，是取搅拌桩-改良板及软土地基为一单元体用有限单元法进行计算。
本发明中深层搅拌桩的施工既可为叶片式搅拌机也可以是旋喷式搅拌机。改良板的混合与碾压设备使用路基施工中的混合与碾压设备即可。
本发明在实际应用中，主要是确定搅拌桩的长度以及桥涵接坡段的处理范围，需确定的计算参数较少，且施工工艺简单。施工中应用深层搅拌桩施工设备首先施工桥涵处的长桩，一步一步往短桩处施工。避免了传统方法中使用复杂施工工艺、大量的计算参数的确定，以及较多的建筑材料，是一种简洁、经济、有效的桥台、涵洞接坡段地基保护的方法。本发明无论从社会效益、经济效益、还是技术效益上来说，都具有很大的应用价值。本发明适用于所有桥涵接坡段地基保护的方法。
图1为应用本发明修复桥涵接坡段的施工步骤；图2为未使用本发明桥涵接坡段的差异沉降效果图；图3使用本发明桥涵接坡段的差异沉降效果图。
具体实施例方式
结合本发明的技术方案提供以下实施例利用本发明对某高等级道路的箱涵的接坡段进行了地基保护的修复。
现场地基由3层软粘土构成；分别命名为Sc1，Sc2及Sc3，其厚度分别为Sc1＝6.9m，Sc2＝5m，Sc3＝6.4m。该软粘土为海洋环境下的沉积物，具有较强的结构性，灵敏度高，压缩大。软粘土下为砂土层。Sc1，Sc2，Sc3的孔隙比分别为2.90、2.43和2.20。实施时具体的参数确定为
1、道路在运行设计寿命内的沉降量该现场的路基的设计CBR为8％，根据以弯沉为设计指标的路面结构计算方法确定路面层厚为40cm。按分层总和法计算得到的路面层引起的沉降量为7.3cm。按等效静载法，经计算交通荷重引起的沉降为18.5cm。则总的残余沉降SR＝25.8cm。
2、计算桥涵最近处的水泥土搅拌桩长搅拌桩直径为0.8m，一轴强度为900kPa，设定间隔2.2m的条件下进行固结沉降计算，在箱涵与道路之间的差异沉降不超过20mm的条件下，搅拌桩的长度为Hcolmax＝11m。
3、接坡段地基保护范围的确定按La＝8+12SR式计算，则La＝11.0m。这样，在箱涵两侧接坡段11m范围内各施工6列搅拌桩，其长度分别为11，9，7，5，3，1m。
4、搅拌桩的间距与改良板厚度的确定设定搅拌桩的间距为2.2m，则改良板中张拉应力与剪应力的确定，取搅拌桩-改良板及软土地基为一单元体应用有限单元法进行计算。在浅层改良板的抗拉强度为120kPa的条件下，经计算改良板厚度为1.2m时，可以满足抗拉，抗剪要求。
如图1所示，然后应用本发明修复桥涵接坡段的具体施工步骤①②③。①施工箱涵的桩基础1及施工箱涵2；②在箱涵两侧施工深层搅拌桩3，其长度按上述计算结果分别为11m，9m，7m，5m，3m，1m；③在搅拌桩顶将水泥粉体与土体混合，经碾压结实后形成改良板4。最后在改良板上铺沥清路面后可以通车了。
应用与不应用本发明方法的某高等级道路的箱涵接头处的差异沉降的观测结果如图2，3所示。在没有应用本发明的条件下箱涵的两侧产生13.7cm的差异沉降。2年多的时间内通过更换箱涵上的路面层进行了5次的维修。如图3所示，而对于使用本发明的箱涵，尽管在远端也有较大的道路沉降，2年后连接处的差异沉降仅1cm。这说明本发明是非常很有效的。
由此可知，利用本发明加固桥涵接坡段地基，可以有效地解决桥涵与道路接头处差异沉降的问题，而且具有很好的经济效益。
权利要求
1.一种桥涵接坡段地基保护的方法，其特征在于，具体步骤如下(1)首先确定施工参数，包括道路在运行设计寿命内的沉降量、离桥涵最近处的搅拌桩长、接坡段地基保护范围La以及搅拌桩的间距与改良板厚度；(2)再在道路至构筑物的接坡段范围的软土地基内，施工变长度的深层搅拌桩，搅拌桩的长度从1m开始向桥涵处逐渐增加，在紧贴构筑物侧面处为最大；(3)然后，在搅拌桩的上面将现场开挖的软粘土与水泥粉搅匀混合后用作路床材料，经碾压结硬后形成的固化路床称为改良板，这两者的结合使道路的沉降沿接坡段逐渐减小，从而大大减小道路与构筑物在接合处的差异沉降。
2.根据权利要求1所述的桥涵接坡段地基保护的方法，其特征是，所述的道路在运行设计寿命内的沉降量，其确定方法为道路的沉降量是由路堤与路面的静荷载和车辆交通动荷载共同作用产生的，静荷载引起的地基中的附加应力由Osterberg法计算，附加应力引起的地层的固结压缩量由e-logp法计算，最后地表的总沉降由分层总和法得到；动荷载引起的沉降采用等效静载法，或者采用Chai提出的经验公式计算。
3.根据权利要求1所述的桥涵接坡段地基保护的方法，其特征是，所述的离桥涵最近处的搅拌桩长，是指离桥涵最近处的水泥土搅拌桩的长度Hcolmax是按其在路堤与路面自重荷载及交通荷载作用下产生的总固结压缩沉降量小于等于20mm来确定的，此固结沉降量的计算方法同“道路在运行设计寿命内的沉降量”；除此之外的搅拌桩的长度，按Hcolmax/Ls的比例渐减而定，这里Ls为浅层改良板的长度，由接坡段La加1m而定。
4.根据权利要求1所述的桥涵接坡段地基保护的方法，其特征是，所述的接坡段地基保护范围La，是指接坡段地基保护的范围按最大接坡段纵向坡度为5％，其对应的行车设计速度为60km/hr，因为接坡段改良板的最小长度为8m，确定La的最小值为8m，则施工中La按下式计算La＝8+12SR，其中SR(m)为道路的最终沉降量，由“道路在运行设计寿命内的沉降量”的方法计算。
5.根据权利要求1所述的桥涵接坡段地基保护的方法，其特征是，所述的搅拌桩的间距与改良板厚度，是指路面厚度是由路床CBR与交通量根据以弯沉为设计指标的路面结构计算方法确定的，施工地基实际是由原位混合形成的搅拌桩与浅层改良板组成的复合地基，改良板中产生的拉应力小于等于其抗拉强度，板内的剪应力小于等于其抗剪强度，同时在轮压的冲击荷载作用下使其变形在弹性范围内，而改良板中张拉应力与剪应力，是取搅拌桩-改良板及软土地基为一单元体用有限单元法进行计算。
6.根据权利要求1所述的桥涵接坡段地基保护的方法，其特征是，深层搅拌桩的施工，采用叶片式搅拌机，或是旋喷式搅拌机。
全文摘要
一种建筑工程技术领域的桥涵接坡段地基保护的方法，首先确定施工参数，包括道路在运行设计寿命内的沉降量、离桥涵最近处的搅拌桩长、接坡段地基保护范围L
文档编号E02D27/16GK1793512SQ200510111799
公开日2006年6月28日 申请日期2005年12月22日 优先权日2005年12月22日
发明者沈水龙, 唐翠萍, 洪振舜, 许烨霜 申请人:上海交通大学