非承重式加筋土桥台建造关键技术分析

李昊煜， 高 珊

(1.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088； 2.公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心，安徽 合肥 230088； 3.中交一公局集团有限公司，北京 100024)

1 工程项目背景

明巢高速合肥段多座分离式立交桥有桥梁减跨、桥头收坡、快速建造和桥梁景观提升的实际需求。全线选取3座桥作为试验工程，设置非承重式加筋土桥台6座。典型桥梁传统设计方案如图1所示，采用非承重式加筋土桥台设计方案如图2所示。

图1 传统桥梁方案

图2 采用非承重式加筋土桥台的桥梁方案

通过施工图同等深度对比分析，采用非承重式加筋土桥台，单桥节约造价127万元，节约部分占工程总投资的38%，见表1。经过2021年9月的实际施工验证，非承重式加筋土桥台单日施工高度均可控制在1.2 m以上，单桥台加筋土工程施工工期均可控制在1周以内。

表1 桥梁方案对比分析

2 设计关键技术

2.1 加筋土中桥梁竖向承载结构的合理优化减少

相较于传统的桥台工程而言，非承重式加筋土桥台中的竖向承载结构受到土体水平力的作用明显减少，以本试验工程为例，根据水平作用力大小，在台高略有增加的情况下，仍可取消传统设计肋板台，仅需设置相较水平抗力差的柱式台。

值得一提的是，即便主要起竖向支撑作用的柱子嵌固于无高差的加筋体中，其仍然受到额外的指向桥跨的水平土压力，其不应采用仅竖向受荷桩进行设计，应考虑为低水平土压力柱式台。

为了准确合理的衡量柱式台上水平土压力的大小，本工程配套了相似比1∶5的大比尺室内模型试验，如图3所示。经过试验论证分析，加筋土桥台中柱式台水平土压力小于传统柱式台，但其仍受到不可忽视的水平向土压力，根据室内试验结论，在柱子根数不变的条件下，最终选定柱式台中柱直径为1.5 m，大于柱式墩的1.1 m，但其材料用量明显小于原设计的肋板台。

图3 室内试验模型照片

2.2 柱前短加筋挡墙的特殊设计

根据工程经验的不断积累，近些年来，加筋土挡墙中筋材类型采用平面型筋材已成为共识，以《铁路工程土工合成材料 第2部分 土工格栅》(QCR 549.2—2016)为例，更是规定了铁路加筋土挡墙中，通过筋材拉力和筋土界面作用提高结构稳定性的土工格栅主要采用单向拉伸塑料土工格栅(HDPE)。对于平面型筋材，遇到桥梁柱式台，不可避免地要截断，这就带来了柱前短加筋挡墙的稳定性问题。本工程设计采用两种处理措施。

2.2.1 柱前采用小间距加筋土挡墙

小间距加筋土复合体(GRS)挡墙具有自稳特性，不像传统加筋土(MSE)挡墙结构需要较长的筋材长度以提供足够的抗拔锚固力，如图4所示。根据同济大学徐超教授和美国学者Wu及Pham的研究等，GRS结构是一种类似于“钢筋混凝土”的具有复合材料特性的复合体，通过综合了加筋作用的似黏聚力和内摩擦角维持结构自身稳定，因此可以在无面层结构支撑的情况下保持自稳，而不像MSEW结构那样需要锚固段筋材的抗拔力来维持稳定，即只要筋材抗拉强度满足要求，结构体就不会发生内部破坏，而不需要考虑筋材的抗拔失稳和连接破坏。

图4 GRS挡墙与传统MSE挡墙对比示意图

本工程结合国内外研究成果及大比尺室内试验取0.3～0.4倍墙高作为柱前小间距加筋土挡墙设计控制短加筋长度。相应的柱前格栅间距由两层模块一层(38 cm)，调整为单层模块一层(19 cm)。

2.2.2 格栅采用传力刚梁绕柱

通过最小尺寸大于柱子外径的双半矩形刚框连接成套在柱外的矩形刚框，格栅连接于矩形两对边上设置为有效传力刚梁，实现格栅截断后筋材拉力仍有效传递。结合理论及室内试验研究，本工程取1 m作为加筋土挡墙与柱的最小净距离。

3 施工关键技术

3.1 特殊施工工艺

加筋土挡墙施工有非常多的施工经验，在此不再赘述。作为非承重式加筋土桥台，桥台位置的加筋土挡墙有其位置上的特殊性，需要配套特殊的施工工艺。

3.1.1 柱前格栅的截断施工

为了提高柱前短格栅的平面整体性，采用每根直径1.5 m柱子每层均配套两幅(幅宽为1.3 m)格栅。其中，主加筋层(38 cm间距)格栅铺设至柱后与未裁剪筋材末端一致，每幅均裁剪直径1.5 m的半圆，并在两幅格栅间绑扎绑扎带来提高平面整体性；辅助加筋层(距离主加筋层19 cm)铺设至半柱截止，每幅均裁剪直径1.5 m的四分之一圆，并在两幅格栅间绑扎绑扎带来提高平面整体性。如图5所示。

图5 柱前格栅截断施工照片

3.1.2 转角格栅的错层及搭接施工

每座非承重式加筋土桥台存在2处转角。转角处为该台的汇水区，为受力不利位置，首先墙背排水层需加厚，其次要采取措施保证转角处格栅与填料之间的摩擦和咬合作用。转角格栅带来大面积的同层重叠，施工采用错层铺设的方案，如图6所示。平面上跳幅铺设，竖向上由两层模块一层(38 cm)，调整为单层模块一层(19 cm)。保证了格栅在等效38 cm层间距内的有效满铺，且避免了大面积格栅重叠带来的摩擦力减小。此外，对于采用上述错层铺设措施，仍存在的小范围同层格栅搭接，为避免打滑，重叠部分两层格栅间铺设10 cm厚度黄沙。结合转角处的曲线半径，必要时可通过裁剪的方式，减小格栅幅宽。

图6 柱前格栅截断施工照片

3.2 快速施工下的人员及机械配备

非承重式加筋土桥台小空间内设置三合围加筋土挡墙，施工场地较狭小，作业面不易展开，精细化的进行人员组织和设备配备就显得尤为重要。

现场结合作业面条件以五人制工作小组为基础配备施工人员，每组配备1名组长，4名工人。具体分工见表2。

表2 五人制工作小组分工

为满足快速施工要求，结合试验工程现场施工经验，非承重式加筋土桥台，墙背1 m范围外可采用大型机械碾压，施工层上模块压重为1～2层，并控制机械行进速度。墙背 1 m范围内，主要为排水层的碎石粒料，采用手持式振动平板夯(90 kN/50 cm或更大)或轻型机械压实，不宜采用冲击夯压实。

图7 墙背1 m范围内推荐压实设备图

4 检测及控制关键技术

加筋土挡墙检测及控制技术有非常多的经验，在此不再赘述。作为快速施工的非承重式加筋土桥台的加筋土工程，为了满足桥台区平安百年品质工程的建设需求，对其填料控制和检测提出了新的要求。此外，仿石砌块墙面采用工厂化快速生产的干硬性混凝土砌块，配合砌块子母槽和格栅连接件进行快速装配化干垒施工，对连接的控制和检测也提出了新的要求。

4.1 填料控制及检测

结合安徽省的气候条件，满足桥台平安百年品质工程建设需求，对加筋区填料做出明确的级配等要求，见表3。采用挖坑灌砂法或沉降差测试的方法进行压实度检测。

表3 加筋区填料要求

4.2 干垒仿石砌块连接控制及检测

非承重式加筋土桥台采用干压仿石砌块利用连接件干垒装配化施工加筋土挡墙。要求筋材的裁剪需符合不外露于墙面且保证前后垫高厚度一致的原则。如图8所示。

图8 连接处格栅裁剪示意图

目前，国内尚无针对模块与格栅间采用连接件连接方式的强度测试设备及明确的测试方法和要求，本工程参考美国材料实验协会标准试验方法(ASTM Designation：D6638-11)，利用室内试验设备，对模块与筋材间连接强度进行室内试验检测，如图9所示。

图9 连接强度检测照片

5 结论及展望

非承重式加筋土桥台在当前用地紧张、工业化建造、绿色公路的大背景下有非常好的应用推广价值，结合系统化的深入研究，对该种桥台的合理设计、精细化施工、高质量建造有重要意义。

目前，明巢高速合肥段非承重式加筋土桥台科研及其相应的试验工程均在有序进行中，室内试验基本完成，试验工程建设已完成三分之一，试验工程的全方位监测也正在进行中，可实现全天候24 h动态监测和实时传输。随着工程的进展和数据的采集积累，未来将形成更加完善的建造技术，可对类似工程起到非常好的指导和借鉴作用。