路橋過渡段路基病害成因及處治

韓利明

(山西省公路局晉中分局，山西晉中 030600)

改革開放以來，我國(guó)的公路橋梁建設(shè)取得了巨大成就。但在道橋投入使用后，存在著一個(gè)普遍問題，即路橋過渡段路基的差異沉降，使得路面形成臺(tái)階或顯著的縱坡變化，導(dǎo)致橋頭跳車現(xiàn)象的產(chǎn)生，不僅直接影響行車速度，也影響到行車的舒適與安全，加速橋臺(tái)、橋頭路面及橋梁伸縮裝置的破壞，甚至造成交通事故的發(fā)生，從而產(chǎn)生不良的社會(huì)影響。滬嘉高速自建成起，六年共五次對(duì)大多數(shù)橋頭進(jìn)行處理，治理費(fèi)用驚人。在美國(guó)，每年花費(fèi)在路橋過渡段維修上的費(fèi)用達(dá)到1億美元以上?？梢哉f，橋頭跳車是一種世界范圍內(nèi)的公路病害，是影響公路使用質(zhì)量的重要因素，是困擾國(guó)內(nèi)外公路建設(shè)者的一大難題。

1 路橋過渡段路基病害成因

路橋過渡段路基病害形成橋頭跳車，主要表現(xiàn)形式有兩種:

一是在橋頭不設(shè)搭板時(shí)，車輛行駛時(shí)速在60～140時(shí)，當(dāng)橋臺(tái)與路堤銜接處形成的錯(cuò)臺(tái)高度在1.5 cm以上時(shí)，車輛行駛速度明顯受到影響，同時(shí)產(chǎn)生顛簸形成跳車現(xiàn)象。

形成錯(cuò)臺(tái)的成因主要有:1)路堤整體滑移(見圖1)，表現(xiàn)為:當(dāng)路堤邊坡過陡或者邊坡受到破壞后，在上部重復(fù)荷載作用下形成的路面縱向裂縫或者是路堤沿破裂面整體下滑。在樁柱式埋置式橋臺(tái)時(shí)，臺(tái)前的土體一般是處于無側(cè)限受壓狀態(tài)。當(dāng)錐坡受到破壞時(shí)，同時(shí)受自重以及車輛荷載的反復(fù)沖擊，造成土體向橋內(nèi)移動(dòng)，形成路面橫向裂縫或者是路基的整體下滑，使得橋頭部位路面產(chǎn)生較大的豎向位移，造成橋頭跳車現(xiàn)象的發(fā)生。2)路基與橋臺(tái)間形成臺(tái)階，主要表現(xiàn)在:a.在臺(tái)背與過渡段結(jié)合處發(fā)生的局部沉降，由于沉降深度距離橋臺(tái)背很近，從而形成錯(cuò)臺(tái);b.由于各種原因?qū)е碌臉蝾^路基整體下沉(見圖2)。3)路面凹陷(見圖3)，表現(xiàn)為:路面破壞嚴(yán)重，坑坑洼洼，凹凸不平，在我國(guó)公路中是一種常見病害。主要特征有:a.路橋過渡段路基或是地基的不均勻沉降，從而使得路面出現(xiàn)凹陷不平的現(xiàn)象;b.最大沉降距離橋臺(tái)位置較近。

二是當(dāng)橋頭設(shè)置搭板時(shí)，搭板路基端沉降導(dǎo)致的過渡段縱坡變化對(duì)行車舒適度有著重要影響。國(guó)外確定的搭板容許坡差，瑞典為4‰，法國(guó)為3.8‰～6‰。根據(jù)我國(guó)開展的一些行車調(diào)查表明，當(dāng)車輛行駛時(shí)速為90～100時(shí)，搭板縱坡變化在4‰～6‰以下時(shí)，不會(huì)影響行車舒適性。

過渡段縱坡變化較大形成跳車的成因主要有:1)搭板斷裂(見圖4)，原因有:a.路基發(fā)生不均勻沉降導(dǎo)致的搭板底部脫空，當(dāng)搭板受到車輛的重復(fù)荷載作用時(shí)，容易沿脫空區(qū)應(yīng)力集中的位置發(fā)生斷裂;b.枕梁部分及其以外的路基沉降較小時(shí)也容易造成搭板斷裂;c.搭板較薄，當(dāng)不足以單獨(dú)支撐上部荷載時(shí)發(fā)生斷裂。2)搭板與路堤形成的縱向坡度差(見圖5)，將搭板應(yīng)用于橋頭跳車處治方面的成功實(shí)例很多，但搭板的不足之處在于容易形成“二次跳車”，指路堤沉降較大或搭板較短時(shí)，使得橋臺(tái)與路基的差異沉降難以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過渡，從而在搭板與路堤銜接處產(chǎn)生轉(zhuǎn)角的一種現(xiàn)象，俗稱“二次跳車”。3)搭板末端的差異沉降(見圖6)，在道橋施工中，對(duì)搭板區(qū)段路基的注漿處理可實(shí)現(xiàn)有效的控制路基沉降，但對(duì)搭板以外路基處理的不足則容易導(dǎo)致這一部位產(chǎn)生差異沉降，導(dǎo)致縱坡變化較大而形成跳車。

圖1 路堤整體滑移

圖2 路基與橋臺(tái)間形成臺(tái)階

圖3 路面凹陷

從上述病害成因分析中可以看出，橋頭跳車現(xiàn)象最主要是由于路堤沉降導(dǎo)致的。在路橋過渡段中，橋臺(tái)與路堤具有兩種不同的剛度，其剛度差異是產(chǎn)生橋頭跳車的重要因素，同時(shí)在設(shè)計(jì)和施工中的一些不合理因素也加劇了病害的發(fā)生。

2 路橋過渡段路基病害處治

2.1 常用的橋頭跳車處治方法

國(guó)內(nèi)公路建設(shè)者為減少橋頭跳車病害，開展了很多這方面的研究工作，提出了一些處治方法(見表1)，并在工程中積極推廣應(yīng)用。常見的處治方法都具有一定的適用范圍和局限性，在目前橋頭跳車處治中，既有成功的實(shí)例，也有不少失效的案例。

圖4 搭板斷裂

圖5 搭板與路堤形成縱向坡度差

圖6 搭板末端的差異沉降

表1 常用的橋頭跳車處理方法

橋臺(tái)與路堤剛度相差比較懸殊，當(dāng)兩種材料在內(nèi)部自身及各種外部因素的共同作用下，其變形差異是不可避免的。橋臺(tái)沉降主要是橋臺(tái)基礎(chǔ)的沉降，包括路基填土沉降和路基下地基沉降。在使用傳統(tǒng)的處治方法進(jìn)行處理時(shí)，由于路基填土既是荷載體又是構(gòu)造體，路基填土不僅要減少自身變形，還要適應(yīng)路基下地基產(chǎn)生的沉降變形。對(duì)于路基填土，消化自身的變形相對(duì)比較容易，而要消化地基變形則十分困難。因此，要消除橋頭跳車，實(shí)現(xiàn)橋臺(tái)與路堤的變形協(xié)調(diào)和控制是處治技術(shù)的核心。楔型柔性搭板處治技術(shù)從消化地基沉降和路橋過渡段剛?cè)徇^渡的機(jī)理出發(fā)，對(duì)于協(xié)調(diào)橋頭差異沉降作用明顯，具有極大的工程應(yīng)用前景。

2.2 柔性搭板處治的技術(shù)原理

楔型柔性搭板處治技術(shù)是由長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院謝永利教授主導(dǎo)的協(xié)調(diào)控制橋臺(tái)與路堤差異變形而自主研發(fā)的一種新型橋頭跳車處治技術(shù)。國(guó)道312線柳忠高速段、甘肅山臨高速公路及廈門五顯一橋等實(shí)例工程應(yīng)用表明，楔型柔性搭板技術(shù)協(xié)調(diào)橋頭差異沉降作用明顯，是一種成功的處治橋頭跳車病害的方法。

楔型柔性搭板處治橋頭跳車原理:在車輛的重復(fù)荷載作用下，土工格室與填料共同作用，從而形成一個(gè)具有強(qiáng)大的側(cè)向限制和較大剛度的柔性結(jié)構(gòu)層，再結(jié)合臺(tái)背聯(lián)結(jié)技術(shù)，形成臺(tái)后楔型加固體(見圖7)，不僅可有效的消除地基沉降對(duì)路堤的影響，還可以有效約束路堤的側(cè)向位移和擴(kuò)散荷載，起到減小路堤豎向位移的作用，實(shí)現(xiàn)消除橋頭跳車的目的。

圖7 柔性搭板與橋臺(tái)錨固連接形成加固體

2.3 柔性搭板的結(jié)構(gòu)形式

柔性搭板按照橋臺(tái)類型不同而分為三種不同的結(jié)構(gòu)形式(見圖8)，分別為:重力式，土工格室各層均固定于臺(tái)背;肋板式和樁柱式，土工格室各層則是深入錐坡中一定長(zhǎng)度固定。

圖8 柔性搭板的三種結(jié)構(gòu)形式

3 柔性搭板施工

楔型柔性搭板處治技術(shù)主要是利用土工格室對(duì)土的鎖定及加筋補(bǔ)強(qiáng)作用，約束土體的側(cè)向移動(dòng)和沉降，提高其穩(wěn)定性，減小因橋臺(tái)混凝土與臺(tái)后填料兩種不同材料的變形差引起的橋頭跳車及土體不均勻沉降現(xiàn)象?，F(xiàn)行規(guī)范中沒有相應(yīng)的施工要求，國(guó)外也沒有類似經(jīng)驗(yàn)可供參考。作者結(jié)合實(shí)例工程的施工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了一套施工工藝。

3.1 施工工藝

柔性搭板施工流程見圖9。1)施工準(zhǔn)備時(shí)，機(jī)械配合人工整平下承層。2)鉆眼錨固施工。根據(jù)設(shè)計(jì)的各層長(zhǎng)寬高等數(shù)據(jù)進(jìn)行鉆眼放樣，將鋼筋插入孔眼中，安好卡子，對(duì)好插銷并進(jìn)行錨固。3)張拉土工格室并設(shè)立錨固鋼筋。在張拉前，將錨固鋼筋插入并固定土工格室，使其全面鋪開。在作業(yè)中，采用鋼釬或錨固鋼筋連接土工格室四周，采用膨脹螺栓將其與橋臺(tái)和側(cè)墻連接;在張拉格室同時(shí)調(diào)整插銷對(duì)眼;將整個(gè)土工格室錨固固定后，必須進(jìn)行以“牢固、結(jié)實(shí)”為主的檢查，檢查錨固插銷是否結(jié)實(shí)，有無裂紋及破損等影響后期使用的因素。4)對(duì)接插銷?？v橫向相臨土工格室板塊采用插銷整體連接。5)攤鋪各層土工格室完畢后在其孔眼內(nèi)填充填料。填筑時(shí)，必須分層填筑，采用小型手推振動(dòng)夯、手推振動(dòng)壓路機(jī)或重型蛙式打夯機(jī)等進(jìn)行碾壓，保證填料的壓實(shí)度，確保其鎖定及加筋補(bǔ)強(qiáng)作用得到發(fā)揮。

3.2 施工要點(diǎn)

1)第一層土工格室鋪設(shè)后，上料填土夯實(shí)整平并進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)，檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行下一道工序。在施工中，下承層的施工十分重要，是決定土工格室能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求的基本條件。2)嚴(yán)格控制填料含水量，且必須遵循實(shí)驗(yàn)室確定的層厚進(jìn)行分層填筑碾壓，填筑時(shí)，要遵循“先外后內(nèi)”的原則依次從外到內(nèi)進(jìn)行填筑作業(yè)。3)確認(rèn)層厚和平整度符合碾壓要求后，方能進(jìn)行碾壓，壓路機(jī)和平板振動(dòng)夯配合使用，嚴(yán)禁使用羊足碾，以免土工格室受損。

圖9 柔性搭板施工流程

4 結(jié)語

橋頭跳車的處治成果，對(duì)于確保公路車輛的交通行駛安全和提高行車舒適度，提高道橋的綜合社會(huì)效益，降低公路的后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用具有十分重要的意義。因此，在橋臺(tái)背后填筑中推廣和使用土工格室技術(shù)，組成柔性搭板，對(duì)于改善因橋臺(tái)與路基兩種不同性質(zhì)材料變形差引起的橋頭跳車切實(shí)可行，在我國(guó)具有極大的應(yīng)用前景及市場(chǎng)。

［1］ 陳祥益.探討楔形柔性搭板新技術(shù)的應(yīng)用［J］.科技與企業(yè)，2012(3):120-121.

［2］ 謝永利.路橋過渡段路基病害特征與處治技術(shù)——楔型柔性搭板技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐［Z］.2007.

［3］ 張宏光，謝永利，楊曉華.楔型柔性搭板模型試驗(yàn)［J］.長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005(3):20-21.

［4］ 高西洋.城市道路路基病害分類與形成機(jī)理及影響分析［J］.山西建筑，2011，37(18):124-125.