分离式加筋土桥台结构特点及在公路工程中的应用.pdf

2023年4月江西建材工程技术与应用分离式加筋土桥台结构特点及在公路工程中的应王少强1，李昊煜1.安徽省交通控股集团有限公司，安徽文合肥230071;2.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽合肥230088摘要：分离式加筋土桥台不同于传统加筋土挡墙结构，主要应用于路桥连接过渡段，具有施工便捷、收坡减跨、节省造价以及低碳环保的特征。文中主要介绍了分离式加筋土桥台结构特点及其与传统加筋土挡墙结构的不同，最后结合工程案例，探讨了分离式加筋土桥台施工工序及控制要点。结果表明，分离式加筋土桥台在实际工程中不仅可以很好地解决收坡减跨、空间占用的问题，也具有良好的景观效果，较好地满足了高速公路高质量建设的要求，可为类似工程设计与建设提供借鉴。关键词：公路工程；分离式加筋土桥台；施工工艺；结构特点中图分类号：TU74文献标识码：B文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 4-0 2 3 6-0 3Structural Characteristics of Disconnect-type Reinforced Soil Abutmentand Its Application in Highway EngineeringWang Shaoqiang,Li Haoyu?1.Anhui Transportation Holding Group Co.Ltd.,Hefei,Anhui 230071;2.Anhui Transportation Consulting&Design institute Co.Ltd.,Hefei,Anhui 230088Abstract:Different from the traditional reinforced soil retaining wall,disconnect-type reinforced soil(DRS)abutment was mainly used in thebridge-subgrade transition section with significant features of convenient construction,span reduction,cost saving,and low-carbon emissions.This paper mainly introduced the structural characteristics of DRS abutment and its differences compared to the traditional reinforced soilretaining wall.In addition,a case study with disconnect-type reinforced soil abutment was analyzed to illustrate the construction process andcontrol points.The results indicated that the DRS abutment could not only effectively save land and reduce space occupation in practicalengineering,but also had good landscape effects.This type of abutment could meet the requirements of high-quality construction on highways,and providing guidance and reference for similar engineering design and construction in the future.Key words:Highway engineering;Disconnect-type Reinforced Soil Abutment;Construction technology;Structural characteristics0引言加筋土技术历史久远，古时人们为了提高土体稳定性，在土体内部通过掺人秸秆、稻杆等天然材料来修筑墙体及房屋11。现代加筋土技术概念源自19 世纪6 0 年代初，由法国工程师Vidal提出并经过多年发展，高分子聚合物材料已替代传统天然加筋材料，广泛应用于工程建设中 2 。加筋土挡墙作为主要的加筋土结构形式，具有施工周期短、收坡减跨及协调变形能力强等优点，在公路工程、铁路工程及水利工程等领域得到了广泛应用 3 。不同于传统的加筋土挡墙结构，分离式加筋土桥台作为传统加筋土挡墙应用的一种延伸和非常规应用形式，具有不同的结构特点和受力机理，因此，文中针对分离式加筋土桥台的结构特点及在公路工程中的应用进行了简要概述，以期进一步推动分离式加筋土桥台技术在我国工程建设中的推广应用。1分离式加筋土桥台1.1分离式加筋土桥台特点作者简介：王少强（19 8 2-），男，安徽长丰人，本科，工程师，主要研究方向为公路工程建设管理。基金项目：安徽省交通运输重点科技项目无缝加筋土桥台一体化关键技术研究（编号：2 0 2 2-KJQD-008)。（1）分离式加筋土桥台在空间上，加筋土体与刚性承载结构完全分离，加筋体具有独立的面板形式，不承受桥跨结构荷载。分离式加筋土桥台主要由桥跨结构、竖向桩柱或肋板台的承载结构、加筋土挡墙以及路基引道等部分构成。（2）与传统路桥过渡段普遍采用放坡或锥坡相比，分离式加筋土桥台具有显著的收坡减跨作用，占用空间大大减小，同时兼具景观美化功能与低碳环保的优点，应用前景十分广阔。（3）分离式加筋土桥台作为桥梁与正常路基之间的过渡段，可以通过控制加筋土体变形，减小桥头错台。（4）可采用模块式面板对桥台进行高质量标准化建造，不仅可以节约工程造价，同时可以缩短工程建设周期，具有显著的实际应用价值。1.2与传统加筋土挡墙的区别加筋土挡墙多用于传统挡土结构，根据结构形式的不同，一般可分为单侧加筋土挡墙和双面加筋土挡墙 4，两种结构形式的挡墙在公路、铁路等领域均有广泛应用，如宜巴高速公路高填方加筋土挡墙 5 、青荣城际铁路荣成站双面加筋土挡墙 6 等。单侧加筋土挡墙主要由筋材、单侧面板以及填料等组成，在土体中铺设抗拉强度较高的筋材，可起到加固土体的作用；2372023年4月工程技术与应用江西建材双面加筋土挡墙由两座加筋土挡墙背靠背组成，沿着路堤横断面及线路方向进行土体加固；分离式加筋土桥台作为传统加筋土挡墙的一种应用延伸，是将传统的双面加筋土挡墙应用于路桥过渡段，不仅在线路两侧存在翼墙，在路堤横断面上的墙面板由于受到较大台背主动土压力作用，其变形稳定性也更值得关注。2工程概况本项目位于安徽省明光至巢湖高速公路合肥段K131+167.5处，共设两座分离式加筋土桥台结构。该桥台总高度为7.0m，墙面采用模块式加筋土挡墙，墙面坡率为1：0.0 5，墙面厚度为0.2 m，采用单项土工格栅作为加筋材料。3施工工艺及控制要点3.1场地准备（1）测量放线。在施工前清除现场障碍物，依据设计要求对施工现场进行测量放线，确定桥台的面墙和翼墙基线，测量加筋基础标高，并设置施工水准点。（2）基槽开挖。根据加筋土桥台的加筋垫层设计尺寸、形状以及基底设计深度要求，按规定坡率开挖至基底设计深度，同时对基底进行整平压实处理。开挖范围应大于基础外缘0.51.0m。开挖完成后应对地基承载力进行检验，会同相关单位进行验槽，若不符合设计的承载力要求，需采取合适的地基处理措施，确保地基承载力满足设计要求。（3）加筋垫层与条基施工。在加筋垫层施工时，确保填料符合设计要求以及保证筋材平整铺设，采用碎石在开挖基槽基底进行摊铺、夯实、找平处理。在开挖的基槽内铺设三向土工格栅，然后摊铺碎石层并分层碾压，加筋层间距19 cm。由于本工程实施的加筋土工程均位于桥台位置，为三合围结构，为保证工程的外观质量及施工的便利性，三合围加筋土挡墙条形基础采用统一的基础顶标高。条形基础采用现浇C30混凝土基础，必要时可在条基浇筑前铺设钢筋以提高整体性，浇筑时，为确保条基的完整性，需要一次性浇筑，待混凝土强度达到设计值时，方可进行砌块的码放。3.2加筋土桥台施工按照铺设土工格栅一砌块码放一摊铺填料的施工顺序重复进行桥台施工，直到达到设计高度。（1）底部找平。为了保证加筋土桥台的墙面外观整齐，墙面无错缝，要确保底层砌块顶部水平，砌块码放前采用水泥砂浆找平，并用水平尺进行砌块顶部水平度的检测，及时调整砌块高度以确保底层砌块顶部高度一致。（2）砌块码放。面板砌块选用工厂预制的干压仿石砌块，采用干砌法施工，即采用干硬性混凝土成型生产、干法垒砌的无配筋C30混凝土块材。在砌块块体上下部设置子母槽，起到连接筋材和固定相邻块体之间空间位置的双重作用。砌块形成墙面坡度为2 0：1；每层砌块在码放时自中间向两边依次码放，砌块在水平方向紧密相连，中间不留缝隙，防止填充材料从缝隙中漏出；上、下层砌块之间采用错缝码放的方式，保证上、下面板连接牢固及整体美观性。此外，前墙每码放两层砌块进行一次垂直度检查，在桥台填筑之前进行同层砌块水平检测，当出现错缝时，重新定位砌块。翼墙的砌块码放与前墙类似，但在前墙与翼墙之间的转角过渡区需要及时调整砌块的角度和位置，对于向外突出的砌块，使用橡胶锤及时调整，保证墙面不出现外倾变形，确保施工质量。（3）桥台填筑。填料使用碎石土填料，通过大型挖掘机将调料进行初步整平，随后整平压实填料。每层填筑厚度为19cm，用中型压路机进行反复碾压，使填料压实度不低于9 5%；在接近面板2 m范围内，为了避免大型机械碾压造成的墙面板外倾，采用手推式平板振动仪进行压实，通过多次反复碾压以满足压实度要求。（4）土工格栅铺设。本项目采用极限拉伸强度为12 0 kN/m的单向土工格栅，对于前墙，土工格栅垂直于桥台墙面铺设，土工格栅与砌块之间采用格栅连接件进行连接，通过砌块上下的字母槽固定，以确保筋材与砌块之间的连接强度。同时，为了更好进行筋材张拉，采用张拉工具钩住格栅自由端，在充分张拉使格栅处于紧绷状态时，采用U型钉锚入填料确保格栅张拉受力。在机械转运填料时，应防止对筋材的损伤，确保筋材完整性。翼墙格栅铺设方法与前墙土工格栅铺设一致。但在前墙与翼墙之间的转角处，为了避免格栅重叠进而造成格栅之间的相互错动，本项目采用错层分段铺设土工格栅的方法，即通过将一幅格栅剪开成两半幅，每间隔19 cm进行一层格栅铺设，交错铺设，在格栅尾部有部分交叉重叠区域，采用细砂进行格栅隔离处置，防止格栅重叠区域相互错动进而减弱筋土之间相互作用。（5）反滤排水层。为起到良好的排水和反滤作用，保证施工质量，在墙面板后设置5 0 cm厚土工布反包级配碎石排水层，确保渗透水可以通畅排除，排水层随桥台填筑分层进行铺设。（6）挡墙顶部施工。当按照铺设土工格栅砌块码放一摊铺填料的顺序施工到顶部标高时，在桥台顶部码放压顶块和浇筑封顶混凝土。压顶块采用L型C30混凝土预制块。在压顶块铺设前，在桥台顶部布设“两布一膜”防水层。在铺设过程中需要保证压顶块的水平铺设，避免块体之间错台，压顶块码放完成后，浇筑带有2%坡度的封顶混凝土，避免雨水的堆积下渗引起加筋体沉降。（7）引道放坡路堤施工。本试验工程加筋土挡墙上设置3 m高的放坡路堤，放坡坡度为1：1.5。施工完成后的分离式加筋土桥台如图1所示。图1分离式加筋土桥台4结语本文通过介绍分离式加筋土桥台的结构特点及其在实际工程中的应用，对分离式加筋土桥台的施工工艺和控制要点进行了分析。相较于路桥连接过渡段传统的放坡或锥坡的施工方式，分离式加筋土桥台在解决用地紧张以及绿色低碳环保等方面具有独特的优势，具有良好的应用前景与推广价值。参考文献【1林锡.加筋土挡墙研究现状及其在电力行业中的应用J.能源与环境，2 0 2 0（4）：9-11.2时钟伦.回顾我国加筋土挡墙的发展概况J.路基工程，19 9 1(2):23-27.3杨广庆，徐超，张孟喜，等，土工合成材料加筋土结构应用技术指（下转第2 3 9 页）239上接第2 3 7 页）2023年4月江西建材工程技术与应用（4）低飞溅焊接工艺。焊接飞溅作为影响焊接质量最常见的因素，工作人员在密闭空间进行U肋焊接时，很可能出现焊接飞溅现象，从而引发导电嘴堵塞、焊枪喷嘴堵塞等问题，甚至出现断弧问题，给焊接工作埋下严重的安全隐患。针对此类情况，工作人员将实心焊丝和三元混合体焊接工艺相融合，有效解决了焊接飞溅现象，全面提升了焊缝外观的美观度。（5）视频监控技术。焊接前，要安装高清视频监控系统，合理利用焊枪连杆，便于工作人员随时查看焊缝成品的实际情况。特别在信息化时代背景下，大跨径桥梁数量逐年增加，为提高桥梁日常施工质量和效率，相关人员将正交异性钢桥面板U肋内焊技术广泛应用在桥梁施工中，能进一步优化安装过程，减轻施工人员工作量。同时，在后期检测过程中，要根据外部探伤数据，及时查询存在问题的影像资料，利用数据和图像联合方法，确定焊缝质量是否达到预期标准。3U肋内焊焊接应用U肋内焊技术焊接主要包括修补、U肋板单元件校正、U肋板单元件组装、焊接U肋内部角焊缝、U肋外部角焊缝修补等环节 5 。工作人员要通过焊接机器人在U肋内侧焊成一条角焊缝，将U肋和桥梁面板的连接焊缝焊接成双面焊缝，从而解决U肋角焊缝偏心受力问题，避免焊缝产生疲劳裂纹现象。要提前打磨好肋板和焊接工件底板，将其整齐摆放在焊接平台上，通过控制液压站控制工件和定位装置，加强工件精准定位，再利用专业卡具固定设备，定期调节一体机相关设备，紧固组装板肋，再利用机械自动点焊进行临时固定。正常情况下，工作人员要采用内焊机头操作箱控制焊枪具体位置，保证焊接工件和试焊位置吻合。确定焊枪位置后，要控制龙门焊接平台移动到工件最初焊接位置，自动开启焊枪跟踪模式，科学调整焊接角度和送丝道路。待整个焊接工作全部完成后，再通过机头操作盒实现焊枪复位、压紧夹具复位动作 6 。4U肋内焊焊缝检测在日常焊接工作中，工作人员可通过高清焊接视频收集焊接表面情况，合理分析这些数据建立高清图像，将像素计直径控制在0.1m，保证U肋内焊技术达到行业标准。同时，要采用磁粉探伤机器人进行磁粉探伤检测，可以检测出U肋中任何焊缝位置存在的问题，且采用位移传感器实施实时定位，给工作人员解决问题提供丰富准确的数据支持。另外，可以使用超声波相控阵检测技术进行无损检测，在U肋内的双侧角焊缝位置涂刷耦合剂，使用相控阵检测仪，全面扫描焊缝，获取实际情况，分析超声波在不同位置检测存在的差异性，掌握问题的具体位置，计算未熔透的具体高度值 7 。5U肋内焊的缺陷返修三江县宜阳大桥项目在施工时发现，桥梁预应力箱梁腹板出现了一些病害情况，例如，竖向裂缝、斜向裂缝、梁底横向裂缝等。技术人员经过大量静载试验发现，第一跨抗弯刚度低于第三跨刚度。负责人员根据各方数据分析判断桥梁第一孔箱梁南【M】.北京：人民交通出版社股份有限公司，2 0 16：6-12.【4郑明坤.双面加筋土挡墙作用机理及结构优化设计研究【D.石家庄：石家庄铁道大学，2 0 2 2.【5】贾敏才，黄文军，叶建忠，等.超高无面板式土工格栅加筋路堤现预应力存在严重问题，造成箱梁承载能力不均衡，又因U肋内部空间较小，U肋整体长度大于其他环节的长度，一旦内焊出现问题，则无法采用人工手段进行处理。技术人员只能应用修复机器人到U肋内部进行修复工作，将缺陷位置打磨到焊缝根部，再采用专业内焊设备处理修复，然后使用磁粉探伤确认无裂纹缺陷后，利用埋弧自动焊进行补焊。在预应力施工过程中，施工单位根据宜阳大桥实际情况确定预应力筋具体位置，采用固定吊装方法加强预应力筋安全性，施工人员将预应力筋固定后，根据现场综合情况，设置泌水管道和波纹管，将孔径控制在2cm8-91。同时，在泌水管道外侧铺设适量的塑料板，拧紧螺丝提高塑料板的牢固性，避免接头产生不稳定情况，进一步增强接头部位和波纹管连接的封闭性。6结语综上所述，U肋内焊技术在保证桥梁焊接工程质量安全方面具有不可替代的作用，其独具优势的焊接类型，可促使原本的单侧焊缝向双侧焊缝方向发展，增强了焊缝位置的抗疲劳能力，能够有效解决疲劳裂纹问题。同时，双面焊施工工艺具有减少焊接变形、提高力学性能等多样化特征，可为操作人员提高U肋内焊成品质量打下坚实的基础。为此，在整个U肋内焊过程中，操作人员应严格遵循行业标准对焊接的要求，进一步提高焊接技术，避免出现焊缝烧穿问题，优化外侧焊接工艺，延长桥梁使用寿命。参考文献1高兴.正交异性钢桥面板U肋内焊技术研究及应用-武汉锂鑫自动化科技有限公司董事长C./第二届桥梁工程创新技术论坛暨钢结构先进技术交流会论文集，2 0 19：6 0-6 4.2熊永明.正交异性桥面板横隔板-U肋交接处残余应力研究D.湖南：长沙理工大学，2 0 2 0.3天无锡金诚工程技术服务有限公司：一种U肋双面全熔透角焊缝内部缺陷定量分析对比试块：CN202120586362.9P】.2 0 2 2-0 1-18.4许驰昊，黎明，谢任超.钢桥面板在温度和车速耦合效应下顶板和纵肋焊缝处疲劳裂纹扩展的数值分析J.苏州科技大学学报：工程技术版，2 0 2 2，3 5（3）：2 8-3 5.5湖北天高钢桥智造科技有限公司.板单元U肋内外纵缝同步一体船位埋弧焊系统及其工艺：CN202210166212.1P】.2 0 2 2-0 4-2 6.【6 宋学平.基于相控阵全聚焦3 D技术的钢箱梁U肋角焊缝检测试验研究J】.机械研究与应用，2 0 2 1，3 4（1）：2 3-2 6.7刘红胜，罗永传，韩少辉，等.新型U肋与顶板双面焊接残余应力场的超声冲击调控方法研究J】.钢结构，2 0 2 1，3 6（10）：2 5-33.8段宝山，冯鹏程，余顺新，等.既有桥梁U肋增补内焊对沥青铺装层的温度影响试验J.公路，2 0 2 1，6 6（9）：18 7-19 1.9周宇琦，岳雪姣，闫晨.安海湾特大桥主桥钢箱梁U肋内焊技术分析J】.工程技术研究，2 0 2 0，5（19）：8 1-8 2.场试验研究J】岩土工程学报，2 0 14，3 6（12）：2 2 2 0-2 2 2 5.6赵云斐，杨广庆，周诗广，等.高速铁路土工格栅加筋土挡墙服役期力学行为研究J.铁道学报，2 0 2 0，42（6）：12 9-13 8.