“桥头跳车”问题研究的方法论及实验程序

【摘 要】 为有效解决“桥头跳车”问题，从本质上揭示注浆加固减少路基沉降的力学原理和土层特性进行的科研实验，提出了一套研究的方法论及实验程序，来保证实验及研究成果的准确性、真实性、科学性。同时为其他路基加固方案研究提供参考。

【关键词】 桥头跳车；研究；方法论；实验程序

"Bridgehead Bump" Research methodology and experimental procedures

Zhang Jin-quan

(Design of roads and bridges in Wenzhou Huasheng Co., Ltd Wenzhou Zhejiang 325000) 

【Abstract】 To effectively solve the "bridge jumping" issue, reveal the essence grouting reduce research laboratory characteristics of soil mechanics and foundation settlement conducted, proposed methodology and experimental study of a set of procedures to ensure that the results of experiments and research accuracy, authenticity, scientific. While providing a reference for other subgrade strengthening research programs.

【Key words】 Bridgehead Bump;Research;Methodology;Experimental procedure

1. 引言

（1）在我国沿海的地区，广泛地分布着海相沉积的淤泥质粘土，兴建于该区软土地基上的工程普遍面临着工后沉降过大的问题，某些公路建成十几年来，部分路基沉降迄今仍在不断发展，最大沉降已超过2.0m。由于路基沉降量较大，但桥梁采用桩基础，其沉降量较小，所以普遍存在“桥头跳车”现象。桥头跳车造成的危害主要表现在影响行车舒适性、速度、安全和增加车辆运营费用、公路养护费用等几个方面。

（2）通过力学分析可知，引起桥头跳车的主要原因主要包括地基强度不足或上部荷载过大两大类。现有的处治方法主要有提高路基整体性、增大地基强度和减小软基上部附加荷载等。在温州部分公路对桥头交接段路基采用了注浆法加固进行处理，该措施取得了很好的效果，只有从本质上揭示注浆加固减少路基沉降的力学原理和土层特性，才能为将来的路基沉降处理作出指导。因此，需要查明其处理后的公路路基、软土地基的工程力学性状，与未处理段进行对比，分析处理效果，为今后采取更经济有效的方法解决“桥头跳车”问题提供依据。

（3）对此提出了一套研究的方法论及实验程序，来保证实验及研究成果的准确性、真实性、科学性。

2. 具体实例

2.1 温州滨海地区代表性的路段——104 国道瓯海段桥头跳车处治（路基注浆加固）后和未处治的桥头路基，需对注浆加固减少路基沉降的力学原理及未加固前土层进行内在机理对比分析研究，我们提出的一套研的究方法论及实验程序，其主要由两大方面内容组成：

2.1.1 桥头跳车路基钻芯验证：对原状土钻孔采样；对路基土层厚度、密实度进行动力触探试验及面波物理勘探试验；对土层常规土工分析，高压固结、渗透系数等特殊试验。

2.2.2 桥头跳车路基流变特性研究：在常规固结试验的基础上，专门对软土的流变特性进行了研究，即对软土的固结表象后面的本质进行力学分析，包括两部分：（1）分析软土的流变特性；（2）软土路基沉降力学分析。

2.2 方案设计目的

为桥头跳车研究提供严谨、科学的基础数据，需严格执行相关地质勘察规范、土工试验标准以及相关软土路基流变研究规范，为今后采取更经济有效的方法解决“桥头跳车”问题提供依据和技术指导。

2.3 具体设计方案。

2.3.1 桥头跳车路基钻芯验证方案：

2.3.1.1 选取已注浆和未注浆的桥头路基，调查现有路基土层地质及注浆分布情况：

（1）查相关图纸桥头路基采用了压密注浆法处理：压密注浆均采用3.0m等距的方格网状布孔，从桥头起算，分为三个处理段，分别为的加固段，约15m；渐变段，约9m；过渡段，约20m。其中加固段注浆孔至路基基底以下10m，渐变段至基底以下7.0m，过渡段至基底以下4.0m。（见下表1及桥头注浆现场照片见图1～4）。

（2）勘察桥头场地均位于海积平原，一般表部为厚1.0～2.0m的俗称“硬壳层”的黏性土。一般埋深2～35m为流塑状高压缩性的淤泥、淤泥质黏土，工程力学性质差，是路基的主要压缩层。30m以下为海相、湖相沉积的软塑～可塑状黏性土及前第四系地层（基岩）。

2.3.1.2 勘察工作布置：根据实际情况，钻芯取样桥头只选取单一方向半幅，两个车道范围。具体位置详见下表1。

表1 钻探取样孔分布表

序号 线路名称 中心桩号 桥名 区域 桥头位置 处治方法

1 104国道 K1916+454 五汇桥 温州瓯海 温州方向 未处治

2 104国道 K1922+463 下呈二桥 温州瓯海 温州方向 注浆加固

3 104国道 K1925+973 沈岙桥 温州瓯海 温州方向 注浆加固

（1）勘探孔布置于加固段，本次为探查加固段、渐变段、过渡段的路基基础及地基物理力学性状，勘探孔在三个区段及未处理区均布置面波法地球物理勘探。

A.加固段为本次勘察的重点，垂直道路轴线，距桥头约5m的位置布置勘探孔，主要考虑勘探孔不宜距桥头太远，且路基基础及地基土层又不受桥桩影响太大；在两个车道外侧边缘线处各布一个孔，深度为原注浆深度下3米，预计孔深16m，在两个车道中间与外部布孔4个，分两排，排间距1.0m，孔深10米。

B.为查明加固段、渐变段、过渡段公路路基的处理效果，除所有勘探钻孔中该段土层进行动力触探试验外，在加固段进行3个点的面波地球物理勘探，在渐变段、过渡段各进行2个测点，同时在未经注浆处理段进行2点的测试，供对比分析其处理效果，以查明处理段的相对密实度。

C.为便于对比，在未进行压密注浆法进行处理的桥头，布置3个勘探孔，进行取样、原位测试。横向布孔两个车道外侧边缘线处与车道中间线各布一个孔，共一排3个孔。勘探孔深与处理过桥头同深，即勘探孔深度至路基填方以下7m，加上路基填方3.0m左右，总孔深10.0m左右。

（2）原位测试。

A.圆锥动力触探试验。

在路基土进行圆锥动力触探试验，确定路基填土的密实度。

本次勘察在路基填土层中进行圆锥动力触探试验，在经压密注浆处理桥头的1/2勘探孔（另1/2勘探孔需取芯观测）、未经处理的桥头其中2个勘探孔中进行。试验连续进行，确定地基土的密实度。圆锥动探试验要求记录贯入10cm的锤击数，预计30m。

B.面波物理勘探试验

通过对路基加固前后及不同段（加固段、渐变段、过渡段）的面波速度等相关参数的对比，推算出不同深度介质的性质，来推断其加固效果。单个桥头预计布置面波测点9个。其中路基加固前测试点2个，路基加固后加固段3个，渐变段2个，过渡段2个，共计9个测点。

（3）原状土取样。

均为原状土钻孔，土层每1米内取一只原状土样。共取原状土样157件。

采用薄壁取土器，取样、包装、运输过程中，只要小心认真操作，扰动较小，试验指标可靠。进场前均选取全新、质量可靠的土样盒和取样器。

（4）室内土工试验。

A.常规试验。

全部土样均需进行常规土试分析，测定或计算天然含水量(W)、天然容重(γ)、比重(D)、孔隙比(e)、液限(WL)、塑限(WP)、液性指数(IL)、塑性指数(IP)、压缩系数(a1-2)、压缩模量(Es)等。

根据路基土的工况条件，本次常规土样均做固结快剪指标(c、)。

B.特殊试验。

分层每层增做8组高压固结、渗透系数（KV、Kh）等特殊试验，组各约32组，另外每层8件，共32件土样送浙江大学，供其做流变等试验。

（5）测量。

A.定点放样。

勘探孔在施工前进行定点放样。勘探孔放样可以桥桩及其坐标值为基准，按照各勘探孔的设计坐标值采用SET500全站仪进行测量放样。

B.标高测定。

所有勘探孔均按桥台为基准（若有高程控制点则按其引测），进行孔口标高测量，回路闭合差满足测量精度要求（±40√L mm）。

2.3.1.3 勘察预计工作量。

根据以上勘察工作安排，其勘察工作量预计如下表2。

表2 预计工作量一览表

钻孔 原位测试 孔数 进尺 重型动探试验 面波地球

物理勘探

个 米 米 测点

19 214 30 9

测量 取原状土样 室内试验

孔数 台班 测地下水位常规试验 渗透 高压固结

个 个 次 组 组 组 组

19 3 19 157 125 32 32

2.3.1.4 勘探关键技术及质量保证措施。

（1）钻探。

采用XY-1B型立轴回转式油压岩芯钻机，适用于各种地层，钻进最大深度为 100m。采用普通合金钻头(110～130mm)，双套活塞岩芯管泥浆护壁钻进，孔径不小于110mm，确保原状土样采取。全孔连续取芯，本次钻探以保证取样为主，回次进尺保证取样为前提。路基填土回次进尺控制在0.5m内，主要配合动探试验，并且认真观察记录，准确判定路基底板与地基土分界面。岩芯采取率保证在90%以上。 

（2）原状土取样。

A.对于软塑和流塑状态黏性土采用取土器静压法取样。土样规格110mm，L=300mm。

B.土样取出后及时蜡封，以防湿度变化。蜡封后及时贴上标签，以免混淆。土样封蜡后及时贮存于室内，并采取必要的防护措施。

C.采用上、下带弹簧压板的专用土样桶运输土样以减少扰动，土样采取后至试验前的存放时间不超过2天。

（3）圆锥动力触探试验。

在路基土进行圆锥动力触探试验，确定路基填土的密实度。圆锥动探试验技术要求应符合《GB50021-2001》规范要求，记录每贯入10cm的锤击数，每次连续不超过50cm，采用钻具清除孔渣土后再次进行锤击试验。并且试验时认真观测，当贯入度突然增大时，及时记录，以配合查清路基底板深度。

（4）室内土工实验。

按照《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）规范要求的操作程序执行。

（5）现场安全措施及场地恢复（略）。

2.3.2 桥头跳车路基流变特性研究：

2.3.2.1 根据桥头跳车路基钻芯验证方案的现场取样及相关实验成果的基础上，进行桥头跳车路基流变特性研究，其包含以下两部分：一、分析软土的流变特性；二、软土路基沉降力学分析。

（1）流变试验——分析软土的流变特性：

A.开展软土的流变剪切和压缩特性研究。通过流变试验，研究桥头处治后不同深度的软土层的流变特性分布规律，并且与未处治桥头进行对比。

B.通过对比处治和未处治桥头软土地基的流变阀值的差异，分析流变特性对产生桥头跳车的影响，揭示产生桥头跳车的原因，为经济合理地提出对桥头处治的施工设计要求提供科学指导。

（2）力学分析——软土路基沉降力学分析：

A.开展物理特性分析，通过分析对比处治与未处治软土地基流变特性的变化，分析注浆量对流变阀值的影响，同时分析注浆处治后浆液与原软土结合情况，为使用注浆工艺治理桥头跳车问题提供理论依据。

B.经验得知：注浆以前，由于路基的松散特性，软土地基受到集中载荷的影响较大。通过注浆有效地提高了路基的整体特性，使集中载荷均布化，有效地减小了局部沉降。所以，需要通过数值计算，定量地分析注浆对提高路基整体性的影响，即分析注浆前后软土地基的受力差异，为利用注浆技术来治理桥头跳车技术做出科学指导。

2.3.2.2 研究方案。

A.根据软土的分层流变特性。每层土取样不少于7个，试验采用分级加载的方式进行。为了得到试样在分别加载时的流变曲线，需要在分级加载试验数据的基础上进行分析，得到分别加载流变曲线。每级加载拟作用7天时间，若7天内24小时内变形已经小于0.005 mm，则停止加载；若7天时24小时内变形大于0.005 mm，则继续加载至24小时内变形小于0.005 mm为止。

B.根据流变试验结果绘制应力应变曲线；通过数据拟合，提出适合温州地区的软土流变模型；通过反演方法确定模型参数。同时绘制应变时间曲线，求出处治后与未处治软土地基的流变阀值差异。

C.对于采用注浆处治的软土地基，通过分析注浆后与未注浆软土地基的流变特性差异，揭示注浆对流变特性，特别是流变阀值的影响机制；同时通过分析注浆后软土承受的压力与软土流变阀值的相对大小关系，分析注浆工艺对处理桥头跳车问题的合理性，提出经济合理地注浆的操作标准。

D.利用钻芯验证提供的基本参数，结合流变实验得到的软土地基流变模型，通过数值建模和力学计算，分析注浆对提高路基整体性的作用，求得软土地基所承受上部载荷与软土地基流变阀值的相对大小关系，揭示注浆控制桥头跳车的力学机理。

2.3.2.3 拟解决的关键技术问题。

A.软土地基处治前后流变特性的变化，特别是流变阀值的变化；

B.路基整体性的控制。

2.3.2.4 主要创新性。

A.提出了软土地基固结完成后继续沉降的温州地区流变阀值模型；

B.揭示了利用控制路基整体性来有效降低局部载荷的力学机理。

2.3.2.5 预期成果。

通过流变试验和力学计算分析，探讨产生桥头跳车的本质原因；提出具有地区性特色的流变模型和流变阀值；判断现有处治方式的经济合理性；为将来的桥头跳车处治提供科学依据，以及桥头跳车防治提供技术指导。

2.3.3 勘察交通组织及科研工期。

（1）勘察交通组织：为保证原状土取样等基础数据的科学性，建议需勘测的半幅路基封闭交通，另外半幅进行限速双向交通。

（2）项目科学研究合理工期24个月。

3. 结语

通过规范的现场钻芯验证及严谨的软土流变实验、力学分析等的一套方法论及实验程序，以最大化的保证实验及研究成果的准确性、真实性、科学性，为今后采取更经济有效的方法解决“桥头跳车”问题提供依据和技术指导。同时对软土路基其他加固方案研究提供参考。

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参考文献

［1］ 《土工试验方法标准》（GB/T 50123-1999）.

［2］ 《公路软土基路堤设计与施工规范》（JTJ 071-96） .

［3］ 《公路桥涵施工技术规范》（JTJ 041-2000）.

［4］ 《公路工程地质勘察规范》(JTG C20-2011).

［5］ 李兴照•饱和软粘土的流变和循环流变特性研究•同济大学土木工程学院/博士论文，2005.08.

［6］ 范志雄•软土的流变性质及其对基坑工程性能的影响分析•汕头大学结构工程学院/硕士论文，2010.05.

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［文章编号］1619-2737（2014）07-10-001

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