公路加筋土桥台设计与施工技术规程编制说明

PAGE7PAGE3《公路加筋土桥台设计与施工技术规程》编制说明工作简况1.任务来源2024年12月30日，由华东交通大学；武汉大学；江西省交通投资集团有限责任公司遂川至大余高速公路项目建设办公室；中交中南工程局有限公司；葛洲坝集团交通投资有限公司；江西省交通设计研究院有限公司；中铁十一局集团有限公司；葛洲坝湖北襄荆高速公路有限公司；南昌聚博工程材料有限公司申请地方标准的立项，根据江西省市场监督管理局下达的2024年度第十一批江西省地方标准制修订项目计划，批准《公路加筋土桥台设计与施工技术规程》地方标准的制定。2.起草单位起草单位：华东交通大学、武汉大学、江西省交通投资集团有限责任公司遂川至大余高速公路项目建设办公室、中交中南工程局有限公司、葛洲坝集团交通投资有限公司、江西省交通设计研究院有限公司、中铁十一局集团有限公司、葛洲坝湖北襄荆高速公路有限公司、南昌聚博工程材料有限公司3.主要起草人(以表格形式将内容明确)姓名性别职务/职称工作单位任务分工制定（修订）标准的必要性和意义《关于推进交通强省建设的意见》（赣发[2020]26号）指出，到2035年，我省要建设“十纵十横”高速公路网、“十纵十一横”普通国省干线公路网。同时，着力打造一批能够在全国领先、具有标志性和引领性的重大工程项目。到2035年，全省普通国省道基本达到二级公路及以上。基本实现县道三级及以上、建制村通双车道公路全覆盖。在公路工程的项目建设中，桥梁是关键节点，其建设和运营难度和成本直接影响成本、项目工期，因此桥梁设计和建设工作是保障工程顺利完成的关键。在公路桥梁建设中，桥台通常采用桩基础支承，称作桩承式桥台，而与相邻的路堤通常采用填方技术修筑。因此，桥梁与路基过渡段存在较大的刚度差异，容易导致不均匀沉降，造成“桥头跳车”问题，既影响车辆行驶舒适度，对行车安全造成一定的威胁，又增加后续维护成本。近年来，基于土工合成材料加筋土挡墙发展出了一项新工程技术：土工合成材料加筋土桥台。该技术使用加筋土桥台直接支承桥梁上部结构，加筋土引道与梁板端部无缝对接，组成变形协调的路、桥一体化结构。加筋土桥台由紧密竖向间距布置(≤0.3m)的筋材和高压实度(≥95%)的填土所形成的加筋土复合体构成。目前，加筋土桥台技术在国外的应用正在迅速发展，相关工程实例表明加筋土桥台工后的墙面位移和桥头沉降均较小，具有良好的服役性能，而且现场足尺模型和室内模型加载试验结果均表明加筋土桥台具有较高的承载能力。我省中小跨径桥梁的“桥头跳车”问题较为严重。土工合成材料加筋土桥台具有良好的变形协调性，桥梁与路堤间的差异沉降较小，能有效解决目前普遍存在的“桥头跳车”问题，具有显著的技术优势，应用前景广阔。同时，加筋土桥台还兼具有加筋土结构施工便捷、造价低廉、性能优越以及绿色环保等优点，具有重要的工程价值以及良好的经济效益和社会效益。尽管国内外工程实例表明加筋土桥台具有出色的服役性能，但这项新技术在我国的工程应用还处于起步阶段，尚无系统的设计和施工方法，缺少对实际工程的有效指导。本标准拟针对加筋土桥台技术制定设计和施工标准，为该项新技术在我省的应用和推广奠定坚实的基础。加筋土桥台技术在我省交通工程建设中的应用和推广可节约工程项目投资，降低公路运营期维护成本，并将大幅改善我省公路行驶舒适度。同时，加筋土桥台技术应用土工合成材料，可以减小资源消耗，对生态环境友好，符合我省的可持续发展战略。本技术规程的制定能有效指导加筋土桥台的设计和施工，有助于提升我省公路建设水平，实现经济效益、社会效益和环境效益的同步提升，促进社会的可持续发展，对于改善民生、提高公共服务能力和水平都具有重要意义。三、主要起草过程为了确保《公路加筋土桥台设计与施工技术规程》的科学性、合理性和适用性，编制组组织开展了系统性的起草工作。编制组结合国内外加筋土桥台的工程实例和相关研究成果，广泛收集了国内外关于加筋土结构设计、施工和监测的技术规范、工程案例以及技术报告，全面了解加筋土桥台技术的发展现状、主要问题及应用前景。同时，通过调研江西省的桥梁和路基工程实际情况，总结了“桥头跳车”问题的成因及影响因素，明确了编制本规程的技术方向和重点。在编制过程中，编制组依托相关科研项目和工程实践，开展了加筋土桥台的模型试验和现场试验，对其力学性能、变形特性以及与传统桩承式桥台的性能差异进行了深入研究。同时，基于现场监测数据和数值模拟分析，验证了加筋土桥台的设计方法及施工技术的可靠性，为标准的参数确定和条款编制提供了理论支撑和试验依据。根据收集的资料和试验研究成果，结合现有的国家和行业相关规范，编制组起草了规程初稿。在初稿中，重点针对材料选择、设计计算方法、施工技术要求以及检测评估方法等内容进行了系统梳理和编写。初稿完成后，编制组组织多轮专家论证会，邀请国内加筋土结构领域的专家学者以及江西省交通建设、设计、施工、监理等相关单位的工程技术人员，对规程内容进行讨论和完善。综合各方意见，编制组对规程内容进行多次修订和完善，形成征求意见稿。制定（修订）标准的原则和依据，与现行法律、法规、标准的关系本标准主要针对材料选择、设计计算方法、施工程序及细节等方面，通过提炼国内现有方法，同时结合加筋土桥台的特点，从材料选择要求、内外部稳定性分析等方面做出科学、合理、适用的规定，使之满足江西省公路加筋土桥台设计和施工工作需要，编制江西省《公路加筋土桥台设计和施工技术规程》。本标准的编制经过广泛调查研究、收集和分析资料，认真总结国内加筋土结构的相关规范，按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》给出的规则编写和表述本标准内容。编制中遵循以下原则：科学性原则、适用性原则、规范性和指导性原则、经济性原则。规范性引用文件包括：GB/T50290-2014土工合成材料应用技术规范JTG/TD32-2012公路土工合成材料应用技术规范TB10118-2006铁路路基土工合成材料应用技术规范JTG/E50-2006公路工程土工合成材料试验规程JTG/D30-2015公路路基设计规范TB10001-2016铁路路基设计规范TB10002-2017铁路桥涵设计规范TB10025-2019铁路路基支挡结构设计规范TB10093-2017铁路桥涵地基和基础设计规范JTG3430-2020公路土工试验规程五、主要条款的说明本规程中涉及的关键技术指标（如筋材的强度要求、加筋土桥台变形限值等）和参数，主要基于国内外现有的加筋土结构技术规范、实际工程的监测数据，以及模型试验结果。在确定参数时，编制组综合考虑了江西省工程地质条件、施工水平以及典型工程案例的经验数据，确保指标既具有科学性又符合工程实际。本规程在设计计算部分，对加筋土桥台的内外部稳定性进行了系统规定。设计中重点包括筋材抗拉强度的计算、抗滑移稳定性分析、筋材拉力计算等。设计方法的依据主要包括室内模型试验、足尺试验以及国内相关研究成果。针对外部稳定性分析，结合江西省地质条件，对地基承载力和沉降控制提出了具体要求。关于内外部稳定性计算中涉及的应力分布的论据基于项目组在晋城市陵川县太行一号风景道K43+175处修建的国内第一座加筋土桥台示范工程。该座通道桥位于太行一号国家风景道陵川段（上上河-横水）公路K43+175处，上部结构采用1×8m装配式混凝土简支空心板，下部结构桥台为加筋土桥台。下部为加筋土桥台，全长15.5m。该通道桥是寺掌一号、二号隧道之间的控制性工程。修建场地原为冲沟，修建隧道时为施工方便，对该冲沟进行了回填作业。隧道完工后，考虑到加筋土桥台优良的服役性能，采用整体式现浇墙面的加筋土桥台连接两个隧道。在施工过程中监测的竖向土压力如图5-1所示。图中为填筑完成、现浇刚性墙面和吊梁作业三个关键阶段的竖向土压力在不同截面的分布，同时由计算得到的自重应力作为比较也绘制于图中。图5-1a为墙面背部竖向土压力沿高度分布。在h=2.9m高度处，原本布置的土压力盒损坏了一个。加筋土桥台填筑完成后，实测竖向土压力与计算值较为接近。然而，在刚性墙面浇筑后，墙面背部的竖向土压力明显减小。这主要是因为混凝土浆液穿过L形钢筋架和三维植被网，渗入了加筋土复合体，将加筋土胶结在一起，从而改变了竖向土压力分布。吊梁作业对该截面的竖向土压力影响较小，仅轻微增大。台座下的竖向土压力在不同施工阶段的分布如图5-1b所示。桥台填筑完成后与刚性墙面浇筑后的竖向土压力分布较为相似，在桥台下部均大于自重应力，并且由于该截面远离墙面，混凝土浆液无法渗透到此处，因而，刚性墙面的浇筑并未影响竖向土压力的分布。但是，吊梁作业对其影响较大，尤其是对于桥台上部的竖向土压力分布影响最为明显。在h=3.5m高度，由于吊梁作业，竖向土压力从12kPa增加至69kPa。引道下竖向土压力的分布如图5-1c所示。在该截面，竖向土压力在不同施工阶段内的分布均较为相似，且与自重应力较为接近。因而，吊梁作业对引道下竖向土压力的分布几乎没有影响。a.墙面背部b.台座下c.复合引道下图5-1加筋土桥台的竖向土压力沿高度分布吊梁作业在加筋土桥台中引起的竖向土压力增量如图5-2所示，根据FHWA方法（2018）和AASHTO方法（2020）进行计算所得的结果也绘制于图中。FHWA方法（2018）采用了基于弹性理论的Boussinesq解，而AASHTO方法（2020）假设了2：1的应力分布方式。图5-2a中为墙面背部的竖向土压力分布，可以看到实测竖向土压力增量沿高度均匀分布，约为2kPa。该位置的竖向土压力增量相对较小，这主要是由于混凝土浆液使土体胶结在一起，引起的土压力的改变。不论FHWA方法（2018）还是AASHTO方法（2020），其计算结果都远大于实测值。FHWA方法得到的计算值，从下到上，先逐渐增加，直至18.1kPa（h=3.0m），而后一直减小，而AASHTO方法（2020）从底部的17.6kPa一直增加至顶部的58kPa。a.墙面背部b.台座下图5-2吊梁作业引起的竖向土压力增量台座下的竖向土压力增量如图5-3b所示。从h=0.8m到h=3.4m，实测值从4kPa增加至57kPa。顶部实测值与由于吊梁作业增加的58kPa附加应力较为吻合。AASHTO方法计算结果与图5-3a中相同，这是因为2：1应力分布方式并未考虑计算位置与墙面的水平距离。相较而言，FHWA方法能够较为合理的考虑水平距离对计算结果的影响，并且能够较为客观的反映竖向土压力增量随高度增加而增加的特性。靠近桥台顶部时，FHWA方法的计算结果略大于AASHTO方法的结果，而在较低处，则小于其结果。因而，相较于AASHTO方法，在本文所述结构中，当上部附加应力为58kPa时，FHWA方法与实测结果吻合程度更高。FHWA方法所采用的基于弹性理论的Boussinesq解更加适用。314kN和628kN卡车荷载下，在加筋土桥台中引起的竖向土压力增量如图5-4所示，两个荷载对应的附加应力分别为20kPa和40kPa。实测竖向土压力增量随高度的增加而增大，尤其是对较大的附加应力而言。314kN和628kN荷载在加筋土桥台中引起的最大竖向土压力增量分别为17kPa和50kPa。在桥台下部，使用AASHTO方法所得到的计算结果比使用FHWA方法得到的计算结果更大，且随着荷载的增大，两种方法计算结果的差异也在增大。FHWA方法能够较为合理的反映实测竖向土压力增量，而AASHTO方法过大的估计了土压力增量，对于下2/3部分尤甚。图5-4加载试验中的竖向土压力增量加筋土桥台施工过程包含加筋土地基建造、条形基础浇筑、加筋土桥台填筑和吊梁作业四个部分。地基沉降随时间的变化如图5-5所示，图中A、B两点分别为单点位移计布设位置，其中，A点位于台座中心点下方，B点位于加筋土复合引道下方。图5-5a中，A、B两点的沉降趋势相似。吊梁作业完成后，A、B两点的沉降分别为49.5mm和36.0mm。A点由于加筋土地基、条形基础和加筋土桥台施工引起的沉降分别占到了总沉降的91.0%、3.6%和5.4%。对于B点，这三个阶段引起的沉降分别占其总沉降的88.8%、5.0%和6.2%。绝大部分沉降发生在加筋土地基建造过程中，而由于吊梁作业引起的地基沉降几乎可以忽略不计。这主要是因为在不同施工阶段，地基受到的竖向土压力不同。加筋土地基填筑时，压路机施工面距离地基较近，且压路机在碾压过程中开启了振动碾压，向填料施加48t的荷载。较大的荷载和较近的距离共同导致了在这一阶段的沉降较大。完成加筋土地基后，后续施工过程中，压路机不再开启振动碾压，仅向填料施加约24t的荷载。因而，在后续阶段中，地基沉降的发展速度明显减小。图5-5b中，加筋土地基和条形基础施工过程中引起的沉降被排除，仅对比A、B两点在加筋土桥台填筑和吊梁作业中引起的沉降。可以看到，A点沉降略大于B点，且两者差值随着施工过程的推进而逐渐增大。加筋土桥台施工完成后，至吊梁作业完成之间，主要进行了刚性墙面的浇筑，在这一阶段，两点的沉降依然在发展，但发展速度接近。a.施工期累计沉降b.桥台填筑引起的沉降图5-5地基沉降筋材应变随施工阶段的变化如图5-6所示。施工完毕时，筋材应变要大于吊梁作业前后。应该是由于施过程中，由于机械碾压产生过大附加荷载，筋材产生较大应变，静置一段时间后，筋材应变逐渐减小。吊梁作业并未引起较大的筋材应变增量。可以看出，加筋土桥台潜在破坏面基本符合双线性破坏面，潜在破坏面的转折点发生在桥台高度的一半左右。另外，由于梁板等上部结构荷载较小，而所选用的筋材强度较高，2%应变所对应拉力为40.4kN/m。在较小的荷载下，高强度筋材只会出现较小的变形，该工程中筋材应变均小于0.4%。图5-6筋材应变在施工技术部分，规程明确了加筋材料的铺设顺序、填料的选择与分层压实要求、墙面包裹与固定方法等细节。同时，根据现场施工案例，总结了施工中容易出现的问题及相应的预防措施。规程对施工过程中筋材的铺设间距、搭接长度、填土压实度（≥95%）等关键参数作出了明确规定，以确保结构的力学性能和施工质量。为保