土木工程毕业论文浅谈桥头跳车的原因与防治.doc
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1、 论文浅谈桥头跳车的原因与防治申请人:赵娜梅学科(专业):土木工程指导教师:张玲玲2011年9月网络教育学院毕 业 设 计 (论 文) 任 务 书专业班级 0909土木工程 层次 专升本(C) 姓名 赵娜梅学号 09116201013010一、毕业设计(论文)题目:浅谈桥头跳车的原因与防治二、毕业设计(论文)工作自 2011年 8月1日起至 2011年9月 10日止三、毕业设计(论文)基本要求:写作毕业论文是远程教育教学计划中的一个重要环节;是对学生学业水平和研究能力的综合检验;也是培养学生综合运用所学的基础知识和基本技能提高分析问题和解决问题的能力,进行理论与实际相结合的最后一次重要的训练。
2、这对于保证教学质量和保证合格毕业生的培养质量,具有重要的意义。在写作论文的过程中应做到:写作态度端正,认真选题,题目要确切、恰当、鲜明、简短、精炼;论文应当结合所学专业知识,理论联系实际,具有一定的现实意义;围绕主题大量收集资料,并认真分析利用;合理设计论文结构,力求有作者自己的创见和观点,中心突出,层次分明;论文的逻辑应严谨,论述要清楚,文字流畅,语句通顺,论证过程要有理有据,具有说服能力;论文字数应不少于8000字;论文的总体结构应分为以下几部分:题目、摘要、目录、前言、正文、结论、参考文献和附录等几部分组成。指导教师: 张玲玲 网络教育学院毕业设计(论文)考核评议书指导教师评语:建议成绩
3、: 指导教师签名: 2011年9月30日答辩小组意见:负责人签名 年 月 日答辩小组成员 毕业设计(论文)答辩委员会意见: 负责人签名: 年 月 日论文题目:浅谈桥头跳车的原因与防治学科(专业):土木工程申请人:赵娜梅指导老师:张玲玲摘 要 桥头跳车现象是公路工程的常见质量病害之一,要想彻底根除它很难做到,但可以采取一些特殊的施工工艺和施工方法,最大限度地减少跳车对行车的影响。因此,应对桥头跳车的原因进行客观分析,根据这些原因采取相应的防治措施,最大限度地减少病害的发生。关 键 词: 施工工艺、施工方法、防治措施。目录1 客观原因.12设计原因. 33 施工中的原因. .44 如何防治.45
4、减轻桥头跳车的措施.106 结论.117 参考文献.15浅谈桥头跳车的原因与防治 桥头跳车现象是公路工程的常见质量病害之一,要想彻底根除它很难做到,但可以采取一些特殊的施工工艺和施工方法,最大限度地减少跳车对行车的影响。桥头跳车是由于桥台与其后路基沉降不均匀造成了桥台和路基顶面的沉降差而产生的。当沉降差超过2cm以上时,将使此处的路面断裂,从而使行车产生明显的颠簸和不适。分析形成沉降断裂的原因,主要是由于高等级公路桥台基础一般采用桩基础,桩尖落到持力层,其沉降量甚小,设计控制工后的沉降量一般为 2cm3cm,而其后的台背回填因地基沉降和台后填料本身的压缩变形,从而使桥台和路基产生不均匀沉降,造
5、成路面和桥台的高程突变,形成桥头跳车。因此,应对桥头跳车的原因进行客观分析,根据这些原因采取相应的防治措施,最大限度地减少病害的发生。原因可能有三方面:客观原因、设计原因、施工原因。一、客观原因主要是:(一)由于桥涵通常位于沟壑地段,地下水位较高,且多属于软弱基础,在路基营运荷载的作用下,使地基产生压缩变形,形成地基沉陷。特别是由于软弱地基一般都具有天然含水率高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、渗透系数小的特点,地基沉降更为严重,并且需要相当长的时间才能趋于稳定。同时,由于高等级公路多为全封闭、全立交,为了满足被交公路、航道等净空的要求,桥台后的路基高度一般都较高。因此,产生的地基应力相对较大
6、,更容易引起地基沉降,从而导致桥台后的路基随地基在一定时间内逐渐下沉。地基的沉陷是指原天然地面有松土、泥沼或不密实的松土存在,承载力极低,路基修筑前未经处理,在路基自重作用下,地基下沉或两侧挤出,引起路基下险。地基土质不良,造成桥头路基沉降。土质不良引起沉陷是桥头跳车的主要原因。桥涵通常位于沟壑地段,有时地下水位较高,且多属软土。此类土一般都具有天然含水量高、孔隙比大、压缩性强和抗剪强度低等特点,一旦受到扰动,天然结构易受破坏,强度便显著降低,桥头路基筑高度较大,产生基底应力相对较大,在车辆荷载作用下,更容易引起基沉陷,路面随之变形,从而出现跳车。地基土质不良造成的沉降 土质不良,由此产生沉陷
7、是桥头跳车的主要原因。桥涵通常位于沟壑地方,地下水位较高,在南方地带多有软土,此类土天然含水量大于液限,天然孔隙比大,常含有机质,压缩性高,抗剪强度低,一旦受到扰动,天然结构易受破坏,强度便显著降低,头路基填筑高度较大,产生基底应力相对较大,在车辆荷载作用下,更容易引起地基沉陷,且变形稳定历时往往持续数年乃至数十年。就是在一些稳定地基,在外荷作用下,也无可避免出现这个问题。(二)高等级公路台背回填的压实,虽然采用了重型击实标准,压实度要求在95以上,但是有些工程的台后填料采用的是砂类土或透水性材料,这些材料孔隙率大,所含的水分多,尤其在自重及车辆荷载的作用下,孔隙率逐渐降低,台后填料在一定期限
8、内产生压缩变形,根据试验及相关研究资料表明,路基填料本身的压缩变形为路基填筑高度的1。大家知道,高等级公路台后回填高度一般都较高,因而台后填料的压缩变形也就相应较大。更何况在台后回填施工时,由于一些施工单位的质量意识淡薄,往往达不到规定的压实遍数,这样压实度就很难保证在95以上,从而为以后的压实变形留下了很大的空间,这也是工后填料压实变形很大而导致台后沉降的主要原因。台背的填筑在设计上要求是透水性好的材料,由于受到当地条件的限制,施工单位选择的材料不当,再加上施工时受作业面的影响,施工机具不能靠近台背,有的地方出现了死角,不能碾压。在车辆荷载的重复作用下和自身的重力作用下,产生了压缩沉降,由此
9、造成桥头跳车。台背填料压缩引起路基的沉降 台后填料一般为渗透性材料,存在着多孔隙,加上施工时受施工作业方面影响,压实机具不能过分靠近接触台背,不能将填料颗粒间孔隙完全消除,在车辆荷载和自身重力作用下,填料迅速压缩,孔隙率降低,便在短时间内产生压缩沉降,造成跳车。在工程实践中,就是施工时工序符合要求,压实度达到要求,但台后填土较高,随着时间推移,也会产生不可避免沉降。有时台后填土荷载对基底产生附加压力,严重时会使桥台向后倾斜,发生不均匀下沉,危及行车安全。台背填料压缩,引起桥头路%考试大%基沉降。台后填料一般为渗透性材料,多孔隙,加上施工时受施工作业方面影响,压实机具不能按设计压实靠近台背的填料
10、,不能将填料颗粒间孔隙完全消除,在车辆荷载和自身重力作用下,填料迅速压缩,孔隙率降低,便在短时间内产生压缩沉降,造成跳车。(三)桥台和桥背在路面结构上存在着差异,桥台为刚性,台背为柔性,在车辆荷载重复作用下,桥台上和台背上变形能力不同,也是造成桥头跳车的原因桥台与台背路面在结构上存在着差异 从路面结桥组合可以看出,路面左右侧是两个不同性质路面体系,左侧是铺设在桥台背墙顶面柔性面层与刚性桥台组成双层路面体系,右侧为柔性或半刚性多层路面体系,在车辆荷载作用下,垫层、基层密实度迅速增加,结构层压缩,而桥台由于巨大建筑作用,加上基础处理较好,一般认为沉降已经完成,相对于路基而言,沉降可视为零,而铺装层
11、压缩也不大。这样,两侧抗变形能力不同,相对沉降就不可避免出现,使路面结构破坏,造成跳车。按施工程序, 台背回填一般都是在桥涵构造物完成后进行的, 这样就在桥头形成一个填土较高、施工面狭窄、工期紧迫的作业段。这样的作业段给土方压实工作带来很大的困难, 致使台背回填部位局部密实程度很难达到质量要求。因此, 在路堤自重和车辆垂直荷载及冲击振动荷载作用下, 路基填料逐渐被压缩, 孔隙率降低, 密实度逐渐增大, 从而在一定期限内产生路堤填土的沉降。路堤填土沉降主要取决于填料性质、施工条件及台前台背的防护排水工程的设置等情况。. (四)刚柔突变,引起沉陷跳车。刚度不同的路面在跳车处所产生的振动效果不同,柔
12、性材料对能量的吸收要比刚性材料大。由于结构物桥台一般采用刚性很大的坚石砌筑或钢筋混凝土浇注而成,具有较大整体刚度,属刚性体;而与结构物桥台相连的路面,具有刚性较小柔性较大的特性。显然,道路与结构桥台之间存在着较大的度差,这个刚度差的存在必然引起道路与结构物桥台之间产生较大的刚度突变,从而引起桥头跳车。(五)桥头路堤渗水破坏:桥头的差异沉降容易造成路面开裂,雨水下渗,浸泡路基,使填土的强度指标大打折扣,易发生唧泥,喷浆等破坏。而跳车又加大了车辆荷载对路面和路基的冲击力,如养护维修不及时,这种恶性循环会使破坏程度呈加速发展的趋势。二、设计原因:前期勘测数据不能反映现场情况。沉降与衔接考虑不充分,无
13、使用半刚性材料,排水设计不够合理。采取的施工措施不当 当前一些施工队盲目追求高速度,没有严格按施工规程作业,台背填土速度过快,对地基造成扰动和破坏,没有充分时间固结,对台背挡土墙等构造物挤压力大,施工时没有按分层填筑、分层碾压、分层检测“三分法”施工。设计不周 在基底未作彻底处理,而沉降还未稳定时,应周详考虑桥台结构与引道衔接,在没有质量保证情况下,不应该直接浇砼板。象榕华大桥两侧引道,由于榕江两岸属软土地基,通车后两侧引道沉降是长期的,如先设过渡性路面,使路堤沉降基本完成后再改铺原设计路面,情况会好一些。设计时也应处理好桥梁与引道路面接缝问题,避免接缝损坏而造成跳车。用料没有把好质量关,排水
14、措施没有做好,压实度没有达到要求。这些人为因素使高填土引道不稳定,工后沉降大,且不均匀,是造成跳车现象主要原因之一。塑料排水板堆载预压法 该法属竖向排水体预压类型,主要适用于透水性低的软弱粘性土。塑料排水板是由芯体和滤套组成的复合体,或是由单一材料制成的多孔管道板带,自1983年在天津塘沽新港施工试验成功以来,在全国各地高速公路软基处理都得以广泛推广应用,其主要施工工艺程序:整平原地面摊铺下层砂垫层机具就位塑料排水板穿靴插入套管拔出套管割断塑料排水板机具移位摊铺上层砂垫层。为加速排水固结,减少后期沉降,一般都配合堆载预压或超压施工,使地基土的有效应力增大、抗剪强度和承载力及稳定性都得以提高。其
15、特点是施工简便快捷,造价较低,但效果比上述两种类型略差,仍存在少量工后沉降。我们以纵坡=1.5%为例,分析跳车物理原理汽车在桥头的行车机理很复杂,不同搭板长度,不同沉降值及不同车型车速的影响程度各异。我们把汽车轮胎经过桥头2个纵坡转折时的行车线形近似地按2个相切的反向竖曲线考虑。当汽车等到A、C点间凸曲线路段时,形成的向心力为F=mv/R,当汽车缓行时,向心力F由自重抵消,而当F大于自重时,汽车就会腾空形成跳车和颠簸,高速公路计算行车速度为80100km/h,桥台拱板长为8m左右,若=1.5%行驶时汽车不腾空的竖曲线半径至少应为R= mv/F约为653m,而A、C点间凸曲线半径近似为8/2/0
16、.015=267m,远远小于汽车不腾空的竖曲线半径而引起跳车。三、施工中的原因:加上受工期、动拆迁等一些客观因素的影响,有些工程中的台后回填要等到桥台施工完成后,才能进行填筑。因此,压路机要受到桥台的限制,碾压困难,对紧靠台后的填土难以碾压到位,尤其是对于肋式桥台、U型桥台等受尺寸的限制,有的压实机械根本进不去,导致漏压、压不实等现象,使台后填土的压实度严重不足,尽管使用小型夯实设备补夯,也难以达到规定要求,因而增加了台后填料的压缩变形。.施工管理不善,导致工后沉降。因施工不当或施工程序颠倒让桥头路堤滞后完成,桥头路堤自然沉降时间较少,导致工后沉降量加大而产生桥头跳车,这种现象较普遍。通常软土
17、地基上桥头施工是整个工期的关键工序,要及早开工,待软基处理完,在满足路堤稳定和填荷速率的情况下,须抓紧完成桥头路堤。但有时受总工期影响,在路堤沉降没有稳定、沉降速率过大的情况下,过早铺筑路面,以求早日通车,而导致桥头跳车。施工时台背与路堤衔接处处理不恰当。台背回填施工压实不够,检测不合格。桥头搭板施工存在安全隐患。施工工艺不满足现场施工要求。桥头台背或墙背排水系统施工未达到规定要求。合理安排施工计划,使施工过程严格有序规范。施工时符合规范要求,是有效减少桥头跳车的关键,应尽早开工,使回填土有充分的时间压缩固结;控制好填料质量,尽量采用轻型材料和渗水性好填料;控制好每层填筑厚度,碾压遍数,对每层
18、填筑质量实施检测,控制好压实度。台后不易碾压地方该用小型机械反复压实,直到密实度达到要求;台后按一坡度设置泄水盲沟,沟底用粘上夯实,以利排水。这样,才能更好减少病害。四、如何防治有以下建议:(一)在初勘方面,要进一步查明桥台及桥台路基范围内工程地质条件,观测与记录地下水位存在、变化与补给实验条件等情况,并针对不同的地质条件取得相应的勘测方法,为施工图设计提供可靠、齐全、完整的地质资料。处理好台后地基:处理好台后软弱地基是控制桥头跳车的重要措施。对软弱地基处理,现在国内有换填法、超载预压、塑料排水板、粉喷桩复合地基等常用方法。就目前情况看,水泥粉喷桩复合地基加固软土效果明显,施工工期短,但费用高
19、;超载预压一般可利用施工荷载作为软基预压荷载,但施工工期较长,剩余沉降量也大;塑料排水板法加固效果好,工期较短,施工简单,经验较为成熟,是目前处理软基较为常用方法。要根据当地实际情况,加以应用,使地基承载能力满足设计要求。受造价约束,一般情况可设置过渡性路面,加强养护补强措施,待沉降后再改铺原设计路面,常用过渡性路面有预制水泥砼块、沥青过渡层等,都是解决桥头跳车的有效办法。预压处理就是在拟建桥台处,先填土预压,待地基强度提高到一定程度后,挖去填土,再建造结构物。有时为了加速地基固结下沉,在填筑路堤时,还可预先把土填得比设计高度高一些,或加宽土宽度,待沉降稳定后再挖除超填部分。这种预压或超载预压
20、的方法,可以说是处理软弱地基最有效、最经济的方法,它不仅可以解决桥头的跳车问题,而且可以解决台后填土的不均匀沉降问题。以沪芦高速公路10标为例,该工程于2003年3月开工,路基填土于2003年9月基本完成,经过一年的预压周期,路基压实度和路基工后沉降均满足设计要求。在地基预压处理中,监理建议采取了以下预防措施,从而确保了工程质量。(1)分级加载控制标准。路堤中心线地面沉降速率不大于1.0cm昼夜,坡脚水平位移速率不大于0.4cm昼夜。若超过这一数值则立即停止填筑,直到沉降及位移速率小于控制标准方可继续施工。(2)超载卸载控制标准及路槽开挖时间的确定。超载填土路堤的预压期大于设计规定时间且路堤中
21、心线地面连续3个月沉降速率小于0.8cm月方可卸除超载,继而进行路槽开挖。(3)在预压期内不应在路堤上做任何工程,只允许添加由于沉降而引起的附加填土。当路堤中心点沉降大于20cm后,必须及时补偿填土至设计所要求的超载预压高程。(4)路堤堆载施工前应做好排水沟、集水井等施工排水措施,保证基底干燥,并设置永久性平面和高程控制基点。(5)路堤填土前须清除地表杂草、树根、农作物等。如遇水田挖沟疏干,挖除表层淤泥、腐植土等。挖除原地面20cm耕植土后按4.05.0的坡度构筑路拱,路拱采用符合规范要求的粘性土,压实度大于90。(6)超载土方顶面应保持4.0的横坡以利于排水;设计路面为单向横坡的超高路堤路段
22、,超载土方顶面应保持与设计路面同样坡度的单向横坡。(7)路堤与桥台衔接部位,路堤与桥台前预压填土应同步填筑与碾压,分层碾压厚度控制在15cm,压实度满足规范要求。(8)基底放宽和施工坡度。为保证堆载预压结束后路堤削坡成型,路堤正常填筑时要求施工单位应根据工:程经验及规范要求确定适当的边坡坡底加宽量和相应的施工坡度。(二)地基加固处理是最有效的防治桥台跳车的方法之一,尤其是软弱地基。由于地基加固的费用占总投资的比重很大(约三分之一以上),所以,要认真选取经济、有效的加固方案。根据笔者多年监理经验,对正常压实的软粘土而言,首先应考虑采用排水固结措施,如插塑料排水板等方法,通过设置来改善地基的排水条
23、件,缩短排水途径,使地基承受附加荷载后,排水固结过程大大加快,进而使地基强度得以提高。这种方法既经济又有效。如果属于软弱地基,除了常规的排水固结措施外,更多的是采用搅拌桩、挤密桩等深层复合地基法来提高土的强度与稳定性,使桥头路基尽量连续平稳过渡。现仍以沪芦高速公路工程为例对塑料排水板法地基加固的监理控制作一下介绍。(1)对产品质量的控制。要求塑料排水板须符合设计要求和质量标准,产品须有资质的厂家提供,并有出厂检查合格证,运至工地后,须按规定频率抽取样品进行检验,合格后方可使用。设计要求型号为SPB1B,厚度不小于4.0mm.(2)施工工艺需按以下程序进行:整平原地面一一构筑土拱层一一机具就位塑
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