路橋工程設(shè)計(jì)中柔性搭板技術(shù)的應(yīng)用

郝東洪

摘要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，國(guó)家公路網(wǎng)及市政路網(wǎng)建設(shè)也進(jìn)入快速發(fā)展階段，目前路橋過(guò)渡段一般設(shè)置鋼筋混凝土搭板，搭板下設(shè)置墊層及遠(yuǎn)端設(shè)置枕梁等方式，解決橋頭跳車等公路病害。但在實(shí)際應(yīng)用中效果并不十分理想。產(chǎn)生跳車的原因歸結(jié)為路、橋作為不同剛度結(jié)構(gòu)在荷載作用下產(chǎn)生沉降的差異。近年來(lái)對(duì)柔性搭板的研究及應(yīng)用已日趨成熟，柔性搭板的應(yīng)用，能有效保證減少路橋過(guò)渡段在荷載作用下不均勻性沉降，消除橋臺(tái)與路堤銜接處瀝青混凝土路面的隆起及下陷。優(yōu)化柔性搭板的設(shè)計(jì)進(jìn)而改善行車安全及舒適性，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：路橋過(guò)渡；柔性搭板；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

柔性搭板為利用土工格柵材料加固臺(tái)后路橋過(guò)渡段，格柵與填料共同作用形成整體性好剛度較大的柔性層，采用漸變?cè)O(shè)置的方式，同時(shí)考慮橋臺(tái)與臺(tái)后結(jié)構(gòu)的沉降因素，在過(guò)渡段設(shè)置楔形加固區(qū)域，實(shí)現(xiàn)橋臺(tái)與臺(tái)后填料剛性的連續(xù)過(guò)渡，消除過(guò)大的不均勻沉降，形成漸變的沉降過(guò)渡區(qū)，達(dá)到行車的舒適性及平順性。

一、柔性搭板的作用機(jī)理

在實(shí)際應(yīng)用中，以土工格柵材料作為主要加筋材料，能有效分散臺(tái)后填料的應(yīng)力，降低填料的壓縮變形及填料側(cè)向位移的限制，同時(shí)增加臺(tái)后填料的抗拉強(qiáng)度及抗剪切強(qiáng)度。通過(guò)設(shè)計(jì)土工格柵材料的布置形式，逐層消減車輛荷載及固結(jié)應(yīng)力以達(dá)到降低橋梁與臺(tái)后填土沉降差的目的。復(fù)合體模量和填料模量之間的線性關(guān)系是正比，因此，在實(shí)際的選取材料過(guò)程中，應(yīng)盡可能對(duì)選取模量較大的填料及格柵材料。

柔性搭板的合理布置不但可以有效節(jié)約格柵材料，同時(shí)可以很好的利用格柵形成的格柵限制填料的側(cè)向變形。利用分層鋪設(shè)的結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能地選取上長(zhǎng)下短楔形柔性搭板。對(duì)路橋過(guò)渡段中的加固體拓?fù)溥M(jìn)行優(yōu)化是布置柔性搭板的重要環(huán)節(jié)，在加固面積一定情況下，從下至上，并且傾斜比例接近1：1的加固體楔形布置是比較理想的布置方法，該布置方式有利于路橋過(guò)渡段結(jié)構(gòu)模型的簡(jiǎn)化。另外，柔性搭板自身不僅能夠控制側(cè)面形狀，還可以對(duì)路橋路堤的安全性能進(jìn)行保障，從而使變形得到一定控制。其能夠在很大程度上降低路堤對(duì)路基的壓力，減少路基負(fù)荷，從而根本上緩解由荷載過(guò)大所引起的地基變形。

另一方面，在運(yùn)用土工格柵形成格柵后，臺(tái)后填料在荷載作用下會(huì)產(chǎn)生“網(wǎng)兜”支撐效應(yīng)。該效應(yīng)在形成的過(guò)程中是離不開(kāi)來(lái)自于路基頂部的力的。公路橋在實(shí)際運(yùn)行中，路面所承載的以車輛為主荷載對(duì)路面的壓力是相當(dāng)大的，網(wǎng)兜支撐效應(yīng)可以分散路基負(fù)荷，在減輕或者均勻上部承載力的情況下對(duì)路基進(jìn)行保護(hù)，在充分考慮工程的整體經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)路橋過(guò)渡段設(shè)計(jì)的科學(xué)性，保障通車后有較好的耐久性及行車的舒適性。設(shè)計(jì)應(yīng)采用自上而下的楔形布置柔性搭板形式，同時(shí)應(yīng)控制柔性搭板的斜率于適當(dāng)范圍內(nèi)。

二、柔性搭板的參數(shù)設(shè)計(jì)研究

（一）攤鋪的長(zhǎng)和寬

在遇到路橋過(guò)渡段相對(duì)比較長(zhǎng)的情況時(shí)，過(guò)渡段的破壞的經(jīng)濟(jì)損失是非常巨大的，因此對(duì)設(shè)計(jì)的要求比較高。在調(diào)查國(guó)內(nèi)各省市高速公路病害中臺(tái)后搭板的破壞比重是相當(dāng)大的，并且在橋臺(tái)臺(tái)背后約十米的位置往往是沉降不均勻問(wèn)題出現(xiàn)的突出位置。因此在柔性搭板設(shè)計(jì)時(shí)，路橋過(guò)渡段的最佳長(zhǎng)度應(yīng)設(shè)置在10-12m。頂層位置的土工格柵其攤鋪的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)應(yīng)按應(yīng)力擴(kuò)散的規(guī)律計(jì)算得出。攤鋪寬度盡可能與路基設(shè)計(jì)的寬度一致，防止過(guò)渡段橫向出現(xiàn)不均勻沉降及剪切破壞，這是路橋過(guò)渡段發(fā)揮其功能性作用的重要保障。

（二）布置間距

土工格柵材料的有效的布置間距設(shè)計(jì)是非常必要的。布設(shè)間距設(shè)計(jì)基于基本假設(shè)主要包含五方面：第一、在相對(duì)應(yīng)的處理范圍內(nèi)及環(huán)境條件下，弄清楚柔性搭板下部填料產(chǎn)生破壞的機(jī)率及所有的可能性，同時(shí)，還應(yīng)確定在受到自重載荷作用下僅僅具備上部土工格柵。第第二、確保柔性搭板各個(gè)部分的位移一定的情況，是否發(fā)生了豎向位移，并且其垂直方向路線縱向所產(chǎn)生的變化值低于1。第三、正常工作狀態(tài)下，柔性搭板的應(yīng)該具有彈性。第四、臺(tái)后填料的抗彎能力是由填料與土工格柵形成的土工格柵受拉而產(chǎn)生的，因此可以將臺(tái)后填料的抗彎性簡(jiǎn)化為平面受拉。在對(duì)布置間距進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中，運(yùn)用受力模型對(duì)受力狀態(tài)進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，這樣做既可以提高對(duì)路基的抗彎性保證結(jié)構(gòu)安全。第五、運(yùn)用固定柔性搭板一側(cè)的手段對(duì)路基進(jìn)行加固。可以先固定柔性搭板的一側(cè)與橋臺(tái)上，然后對(duì)另一側(cè)水平布置伸入到填料內(nèi)，上部荷載沿路線前進(jìn)方向可簡(jiǎn)化為均布荷載，在偏離均勻分布的情況下，柔性搭板在發(fā)生變形時(shí)，其縱向曲線往往會(huì)以半邊懸鏈線的形式呈現(xiàn)出來(lái)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究及計(jì)算基本吻合實(shí)際沉降情況。

（三）計(jì)算過(guò)程

1.首先確定有效長(zhǎng)度L：通常第一層柔性搭板設(shè)計(jì)長(zhǎng)度取10-12m，以下各層設(shè)計(jì)長(zhǎng)度可由布置的斜率確定。由研究可知對(duì)于鋪設(shè)長(zhǎng)度4-12m的柔性搭板，其下方松動(dòng)長(zhǎng)度約為0.25L-0.3L。然后計(jì)算出各層的有效長(zhǎng)度。

2.臺(tái)后填料工后沉降量的計(jì)算主要需考慮地基沉降及臺(tái)后填料的沉降，一般采用分層總和法進(jìn)行累計(jì)計(jì)算。當(dāng)出現(xiàn)地基較大的沉降時(shí)，如果工后沉降大于10cm，則屬于較大的沉降。說(shuō)明地基承載力不足，需對(duì)地基進(jìn)行加固處理。

3.錨固長(zhǎng)度確定：按照正常使用狀態(tài)下，柔性搭板處于線彈性狀態(tài)。按照錨固端處沿路線前進(jìn)方向變形量為0，得出單位寬度格柵材料的拉力。進(jìn)而得出錨固長(zhǎng)度。

4.布設(shè)間距確定：由柔性搭板上部荷載為填料的壓實(shí)濕容重可以計(jì)算出各層的布設(shè)間距。

（四）柔性搭板設(shè)計(jì)一般原則

第一層主要起到功能性作用，不僅直接承受車輛荷載，而且還可減少車輛荷載對(duì)下層填料的影響，因此第一層的設(shè)置對(duì)解決沉降問(wèn)題起到非常重要的作用，因此第一層可采用雙層鋪設(shè)，以下各層可采用單層布設(shè)。

研究表明，當(dāng)鋪設(shè)間距大于3m時(shí)，錨固端的剪力會(huì)非常大，可能會(huì)超過(guò)格柵材料的強(qiáng)度極限，因此設(shè)計(jì)時(shí)以最大間距按不大于2.5m比較合適，鋪設(shè)長(zhǎng)度過(guò)短，格柵材料不能發(fā)揮其應(yīng)有的作用，因此底層格柵的鋪設(shè)長(zhǎng)度應(yīng)不小于4m。按上述方式布設(shè)，用上層長(zhǎng)度計(jì)算上層與其下層的間距，一方面方便計(jì)算，另外從安全方面考慮，其計(jì)算結(jié)果是偏于安全的。當(dāng)計(jì)算出的鋪設(shè)間距大于2.5m時(shí)或者設(shè)計(jì)長(zhǎng)度小于4m時(shí)，可以結(jié)束計(jì)算。下面各層可以按間距2.5m，長(zhǎng)度4.0m取值設(shè)計(jì)。

三、與柔性搭板技術(shù)施工相關(guān)的注意事項(xiàng)

柔性搭板的質(zhì)量及耐久性除設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮工程特點(diǎn)外，施工質(zhì)量的好壞直接影響柔性搭板的工作性能。因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在圖紙文件中注明柔性搭板的施工注意事項(xiàng)及檢查檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的注明：1.土工格柵材料進(jìn)場(chǎng)前應(yīng)對(duì)其進(jìn)行抽檢，各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求后方可用于工程。2.鋪設(shè)土工格柵前，應(yīng)對(duì)場(chǎng)地的平整度進(jìn)行檢驗(yàn)，不滿足要求的應(yīng)重新整平，滿足要求后方可進(jìn)入下到工序。3.鋪設(shè)人工格柵材料應(yīng)采用人工鋪設(shè)，使人工格柵盡量張開(kāi)，以充分發(fā)揮其抗拉性能。4.往土工格柵內(nèi)填料時(shí)，要人工填筑，填滿格柵后其上再鋪20-30cm厚的土，方可用重型施工機(jī)械碾壓。5.對(duì)每層填料的壓實(shí)度要進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后方可施工上層。因此只有加強(qiáng)施工過(guò)程的控制，才能保證柔性搭板施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期目的。

四、小結(jié)

綜上所述，柔性搭板技術(shù)在現(xiàn)代路橋工程中的運(yùn)用對(duì)于促進(jìn)路橋建設(shè)行業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。作為路橋工程的設(shè)計(jì)人員，其應(yīng)該對(duì)路橋工程的施工工藝和設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)理念不斷更新觀念，從而使路橋工程設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量滿足運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、安全的目的。柔性搭板技術(shù)在路橋工程中的普及及運(yùn)用不僅可以提高工程的設(shè)計(jì)水平，而且減少了工程后續(xù)的維修及養(yǎng)護(hù)成本，對(duì)推進(jìn)我國(guó)路橋建設(shè)行業(yè)的健康快速發(fā)展，具有重要的意義。因此，無(wú)論建設(shè)單位還是設(shè)計(jì)單位均應(yīng)積極提高柔性搭板技術(shù)的運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉戰(zhàn)華.探討路橋過(guò)渡段楔形柔性搭板處治技術(shù)[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2017，（14）：2313-2313.

[2]劉茂嬋.路橋施工中路基不均勻沉降的處理[J].交通世界（中旬刊），2016，（6）：12-13.

[3]宋海軍，郭海榮，楊春亮等.路橋施工存在問(wèn)題和質(zhì)量管理措施[J].價(jià)值工程，2015，（6）：69-69，70.

[4]吳正鵬.關(guān)于路橋施工中過(guò)渡段柔性搭板的應(yīng)用方法[J].大科技，2011，225009.

（作者單位：中交鐵道設(shè)計(jì)研究總院有限公司東北分公司）