山區(qū)高速公路橋隧相連過(guò)渡段差異沉降成因及處治探討

張　弢　王　冠

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司　貴陽(yáng)　550081)

山區(qū)高速公路橋隧相連過(guò)渡段差異沉降成因及處治探討

張弢王冠

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司貴陽(yáng)550081)

摘要橋隧相連是山區(qū)高速公路中常見(jiàn)的工程組合形式，其過(guò)渡段差異沉降的現(xiàn)象普遍存在，這給高速公路結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性和行車(chē)安全帶來(lái)了極大的影響。文中針對(duì)橋隧相連過(guò)渡段差異沉降產(chǎn)生的機(jī)理及常見(jiàn)的預(yù)防處治措施進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析。

關(guān)鍵詞山區(qū)高速公路橋隧相連差異沉降

山區(qū)高速公路因地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，橋梁和隧道占路線(xiàn)總長(zhǎng)的比例往往較大，從而導(dǎo)致各種類(lèi)型的橋梁工程與隧道工程前后相連的現(xiàn)象十分普遍[1]，見(jiàn)圖1。

圖1　山區(qū)橋隧相連示意圖

大多數(shù)橋隧相連工程地段具有地勢(shì)險(xiǎn)峻、施工場(chǎng)地狹窄局促等特點(diǎn)，并且很多隧道洞口或緊鄰深谷，或處在地形、地質(zhì)條件較差的地段，或有時(shí)橋臺(tái)緊鄰隧道洞口布置等，往往給相關(guān)工程的設(shè)計(jì)、施工和后期管理或養(yǎng)護(hù)等帶來(lái)很大的困難。此外，由于近年來(lái)我國(guó)各地交通流量呈逐年猛增的趨勢(shì)以及各地普遍出現(xiàn)的車(chē)輛重載或超載較多的現(xiàn)象，長(zhǎng)期的車(chē)輛荷載及其振動(dòng)或沖擊使得橋隧相連工程(尤其在軟弱圍巖條件下)過(guò)渡段的差異沉降現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，對(duì)公路的安全營(yíng)運(yùn)帶來(lái)了不利影響，已越來(lái)越引起人們的廣泛關(guān)注。

1　橋隧過(guò)渡段差異沉降產(chǎn)生的機(jī)理

橋隧相連工程中，由于橋梁剛度和隧道襯砌之間的差異、工后沉降差等原因，在橋梁與隧道之間往往會(huì)形成沉降差。當(dāng)車(chē)輛通過(guò)橋梁，特別是重型卡車(chē)通過(guò)橋梁的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)跳車(chē)現(xiàn)象。跳車(chē)在一方面影響行車(chē)的安全和舒適度，另一方面會(huì)對(duì)路面形成一個(gè)很大的沖擊力，進(jìn)一步增大路面的沉降差，從而加劇跳車(chē)和對(duì)路面及相關(guān)結(jié)構(gòu)物的損傷或破壞。

在車(chē)輛荷載及其振動(dòng)或沖擊作用影響下，橋隧相連工程過(guò)渡段差異沉降產(chǎn)生的機(jī)理及過(guò)程大致如下[2]。

(1) 當(dāng)車(chē)輛通過(guò)橋梁時(shí)，在車(chē)輛荷載及其振動(dòng)或沖擊作用下，橋梁結(jié)構(gòu)與車(chē)輛產(chǎn)生耦合振動(dòng)。

(2) 車(chē)輛荷載所引起橋梁的各種振動(dòng)響應(yīng)，傳遞至橋頭附近的橋臺(tái)、樁基礎(chǔ)及附近的隧道洞口的圍巖體或斜坡巖土體中，對(duì)其產(chǎn)生擾動(dòng)效應(yīng)。

(3) 長(zhǎng)期的、大小變化的、持續(xù)不斷的擾動(dòng)或振動(dòng)效應(yīng)，逐漸導(dǎo)致橋臺(tái)、樁基及附近巖土體不斷產(chǎn)生變形或位移等，當(dāng)這類(lèi)變形累積到一定程度后，進(jìn)而產(chǎn)生差異沉降現(xiàn)象。

2　橋隧相連過(guò)渡段差異沉降的危害

差異沉降是反映土木工程結(jié)構(gòu)或地基的變形或位移特征的重要指標(biāo)，如果差異沉降過(guò)大，就會(huì)使相應(yīng)的上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生額外應(yīng)力；當(dāng)超過(guò)一定限度時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生裂縫、傾斜甚至破壞。路面對(duì)差異沉降特別敏感，微小的差異沉降就會(huì)導(dǎo)致路面的平整度降低，影響車(chē)輛的平穩(wěn)行駛；當(dāng)差異沉降較大時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致路面開(kāi)裂或破壞。

橋隧相連工程中，尤其在工程地質(zhì)或隧道圍巖條件較差的情況下，很多橋隧相連段各結(jié)構(gòu)或部位間在工程建成后不久便易出現(xiàn)各種差異沉降或工程病害現(xiàn)象[3](多由差異沉降引發(fā)的)，如軟弱地基、軟弱或破碎圍巖條件下隧道洞口與橋臺(tái)之間、隧道洞口段和過(guò)渡段軟弱路基之間、路橋過(guò)渡段橋臺(tái)與引道之間的差異沉降現(xiàn)象，或橋面、橋臺(tái)或伸縮縫局部破損，以及隧道入口或出口段路基路面局部凹陷或破損等病害，并已逐漸成為近年來(lái)引起橋頭或隧道洞口跳車(chē)現(xiàn)象，影響行車(chē)安全和工程結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定與安全，誘發(fā)交通安全事故的一個(gè)重要原因。

3　橋隧相連段差異沉降的預(yù)防與處治

3.1預(yù)防和處治過(guò)渡段差異沉降需考慮的因素

如何預(yù)防或處理好橋隧相連段的差異沉降現(xiàn)象或由此引發(fā)的各種工程病害，常常涉及到橋梁上部結(jié)構(gòu)與橋臺(tái)和基礎(chǔ)的選型，隧道洞門(mén)的選型，隧道結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定，相連段的差異沉降與地基處理，洞口圍巖、邊坡或仰坡的穩(wěn)定性，復(fù)雜地質(zhì)條件中(如軟弱、破碎圍巖)隧道沉降，對(duì)橋隧相連段相關(guān)工程病害(如隧道襯砌局部開(kāi)裂和破損，橋梁端部、橋臺(tái)及基礎(chǔ)的疲勞破損、端部位移或跨中撓度過(guò)大等)的控制與處理等諸多重要內(nèi)容。

3.2可采取的措施或處治方法

(1) 從設(shè)計(jì)階段來(lái)說(shuō)，在橋隧搭接工程設(shè)計(jì)方案比選時(shí)，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域(易發(fā)生滑坡、塌方、崩塌、落石、泥石流或巖溶發(fā)育區(qū)等)，盡量避開(kāi)大的地層斷裂帶、構(gòu)造破碎帶等不良地質(zhì)地段[4]。

此外，合理地選擇橋臺(tái)及基礎(chǔ)的形式，也是有效控制差異沉降的重要措施。一般來(lái)說(shuō)，在地基較為軟弱的地段，宜采用樁柱式和肋板式橋臺(tái)，減少地基沉降，避免橋頭沉陷。在地基承載力較高的路段，可選用重力式橋臺(tái)以及擴(kuò)大基礎(chǔ)的形式。

(2) 預(yù)防與控制橋隧相連過(guò)渡段的車(chē)輛跳車(chē)現(xiàn)象。為避免或有效地減小甚至消除車(chē)輛跳車(chē)現(xiàn)象，以減小各種車(chē)輛通過(guò)時(shí)的振動(dòng)或沖擊作用，目前主要采取設(shè)置橋臺(tái)搭板、鋼筋混凝土厚整體式剛性路面過(guò)渡以及鋪設(shè)土工格柵等幾種做法。

①設(shè)置橋臺(tái)搭板。這是較常見(jiàn)的一種控制和預(yù)防橋頭跳車(chē)的做法。在橋隧鄰接段(尤其是地質(zhì)情況較差時(shí))應(yīng)作相應(yīng)的加長(zhǎng)或加厚處理，并在施工時(shí)注意控制好搭板后填料的壓實(shí)度和設(shè)置好防排水設(shè)施等。

②設(shè)置鋼筋混凝土厚整體式剛性路面。此方法可以避免鄰接段短距離內(nèi)的2次剛?cè)徇^(guò)渡，使橋隧之間較短的銜接段在線(xiàn)路縱向上剛度連續(xù)，并可以從一定程度上減輕銜接段短路基或橋臺(tái)、隧道洞口病害、破損和跳車(chē)現(xiàn)象，因而也是一種很值得參考或借鑒的預(yù)防和控制橋隧相連段車(chē)輛跳車(chē)的處理方法。

③ 鋪設(shè)土工格柵。此方法主要是采用鋪設(shè)土工格柵，約束土體的側(cè)向變形，提高土體的抗剪強(qiáng)度和抗變形能力，減少路基的不均勻沉降，從而很好地協(xié)調(diào)橋臺(tái)與路堤之間沉降差，增加路堤填土的整體承載力，達(dá)到預(yù)防橋頭跳車(chē)的目的。

(3) 處理好橋隧相連段隧道洞口的排水問(wèn)題。處理好橋隧相連時(shí)隧道洞口段的排水問(wèn)題，可以減小或避免各種因排水不暢、雨水侵蝕或凍害而導(dǎo)致的工程病害(如橋梁伸縮縫積水銹蝕，隧道內(nèi)路面破損、翻漿冒泥，襯砌滲漏水、腐蝕或破損，隧道洞底圍巖局部沉降、下陷或滑塌等)，因而對(duì)控制或減輕橋隧相連過(guò)渡段差異沉降現(xiàn)象也是有益的。

因此，要做好隧道仰拱洞口處和洞內(nèi)以及橋頭的排水、防水工程，確保隧道結(jié)構(gòu)與橋面排水設(shè)施通暢，選擇固結(jié)性好、變形小、滲透性好的填筑材料，減少雨水或污水對(duì)橋隧結(jié)構(gòu)各部位的浸蝕、腐蝕和破壞，避免或減少路基軟化、水土流失、路面水毀等現(xiàn)象。

(4) 重視隧道仰拱底部及橋臺(tái)回填土處理，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，采用合理可靠的工藝，選用合適的壓實(shí)機(jī)具，分層壓實(shí)，保證回填土地基的密實(shí)程度和均勻性。同時(shí)，確保仰拱底和臺(tái)后及時(shí)回填，保證回填壓實(shí)度達(dá)到要求。

(5) 改善橋隧搭接處的地基性能，采取合適的地基處理或加固方法，提高地基承載力，確保橋頭軟基處理深度符合要求，嚴(yán)格控制軟基處理質(zhì)量，減少差異沉降。

(6) 確保搭接處橋面和隧道內(nèi)路面及路基的施工質(zhì)量，避免路面開(kāi)裂破損，路面翻漿冒泥，板塊錯(cuò)臺(tái)、不均勻沉陷、板塊脫空等現(xiàn)象的出現(xiàn)。

(7) 在條件允許的情況下，長(zhǎng)期連續(xù)地進(jìn)行搭接段的沉降觀(guān)測(cè)和檢測(cè)監(jiān)控，堅(jiān)持病害調(diào)查與處治工作，并加強(qiáng)對(duì)工程重要部位的養(yǎng)護(hù)、維修與加固，確保橋隧搭接工程的安全與穩(wěn)定。

收稿日期：2015-03-15

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.029