公路路基橋梁過渡段差異沉降處治技術(shù)研究

何雨佳

寧夏路橋工程股份有限公司 寧夏 銀川 750001

1 路橋過渡段差異沉降分析

公路路基與橋梁過渡段差異沉降以橋頭跳車為主要表現(xiàn)和危害，其主要由橋面板、橋臺及其基礎(chǔ)、臺背路基及其基礎(chǔ)的設(shè)計與施工所引起。其中地基沉降為引起橋臺沉降的主要因素，設(shè)計過程中一般將橋跨結(jié)構(gòu)對沉降的限制均給予了考慮，因此工后沉降在正常情況下可忽略不計；對于填方路基，其沉降主要包括填土沉降與地基沉降兩部分，具體影響因素為：①路基高度、自重、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、成型方式與時間；②軟基深度、厚度以及性質(zhì)；③地質(zhì)水文條件中的地下水位。不管是在縱斷面還是橫斷面上，橋頭路基沉降均呈現(xiàn)為不均勻形式，而橋頭跳車主要由縱斷面不均勻沉降所引起[1]。

2 路橋過渡段差異沉降處治

2.1 處治范圍確定

路橋過渡段差異沉降值與不產(chǎn)生跳車的允許坡度共同決定了處治長度，通常而言，差異沉降越大，處治長度越長，反之則越短。研究表明：當(dāng)橋臺與穩(wěn)定段路基坡度限制在0.4%～0.6%范圍時，正常行車不會產(chǎn)生“跳車”的感覺。路橋過渡段處治長度L可按下式2-1計算：

式中：Δh為路基與橋臺連接處工后差異沉降允許值，對于高速公路與一級公路，《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ017—96）規(guī)定Δh應(yīng)≤0.1m；Δi為允許坡降，通常取值0.4～0.6%。

通過上式計算，路橋過渡段處治長度L為16.7～25m，但在實際情況下，臺背往后約10m距離為差異沉降產(chǎn)生的集中區(qū)域，處治范圍如若過長，不僅會增加技術(shù)難度，同時也加大了成本投入。故此，通過綜合分析，路橋過渡段處治長度以5～12m為宜。

由上式2-1反算可知，在處治長度L為5～12m的情況下，要想實現(xiàn)最優(yōu)化處治效果，過渡段工后差異沉降值則應(yīng)≤0.07m。當(dāng)橋臺填方路基處為軟土地基或地基承載力達(dá)不到設(shè)計要求時，應(yīng)先實施軟基處理后再填筑路基，以此減小橋臺與路基工后差異沉降量。

2.2 處治技術(shù)分析

（1）橋頭搭板。在我國目前高等級公路建設(shè)中，設(shè)置橋頭搭板為控制路橋過渡段差異沉降的常見措施，其原理是通過搭板將臺背不均勻沉降集中區(qū)進(jìn)行有效分散，使柔性路基較大沉降與剛性橋臺間形成過渡段，以此達(dá)到平順坡度、控制坡降的效果，進(jìn)而消除橋頭跳車現(xiàn)象，提升車輛通行平穩(wěn)性與舒適性。

從理論上講，橋頭搭板的設(shè)置可對橋頭跳車現(xiàn)象進(jìn)行有效控制，但在實際應(yīng)用中受施工質(zhì)量的影響，一般很難達(dá)到理想效果，主要原因表現(xiàn)為：①受施工條件的限制，搭板底部通常為路基填筑碾壓難度較大部位，易因壓實度控制不嚴(yán)而出現(xiàn)板底脫空現(xiàn)象，在重載交通作用下，往往表現(xiàn)為板體斷裂；②搭板端頭（靠近路基端）容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而使其發(fā)生較大沉降，特別是在臺背高填土情況下，往往會因搭板端部過大沉降而引發(fā)“二次跳車”現(xiàn)象。因此，單獨設(shè)置搭板一般很難實現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象的消除，而是往往與其他處治措施結(jié)合使用，若受條件限制只能單獨設(shè)置搭板時，建議臺背填土高度h≤3m。

（2）土工格柵網(wǎng)加筋土。①處治機(jī)理。加筋土處治技術(shù)主要是將土工格柵（網(wǎng)）等特種合成材料分層平鋪于填土結(jié)構(gòu)中，其中靠近橋臺一端錨固在臺背上，縱斷面總體呈現(xiàn)為倒梯形，該技術(shù)的運(yùn)用效果為：①利用錨固加筋材料一端的張拉作用，可分層抑制臺背局部范圍內(nèi)填料順臺背的沉降現(xiàn)象；②由于加筋材料在水平方向是按一定層厚鋪設(shè)，在其傳遞作用下，使沒有直接接觸的土顆粒受到約束，從而使加筋材料與土體顆粒接觸面以及土體顆粒自身之間的摩擦咬合作用增強(qiáng)，有效轉(zhuǎn)移或擴(kuò)散了土體內(nèi)部的部分應(yīng)力，使其在局部荷載作用下的受力狀態(tài)因荷載沿土體深度方向擴(kuò)散范圍的擴(kuò)大而得到有效改善，以此達(dá)到抑制土體壓縮沉降的目的，即相當(dāng)于使土體抗變形能力得到提升，在柔性路基與剛性橋臺之間起到剛?cè)徇^渡的作用。

②加筋原理。受豎向附加應(yīng)力的作用，路橋過渡段填土?xí)谒椒较虍a(chǎn)生剪應(yīng)力與側(cè)向位移。在土工格柵與土體剛度差異的影響下，受力狀態(tài)下二者變形程度不同，故而會因相對位移或相對位移趨勢的產(chǎn)生而形成摩擦力，即稱為“表面摩擦力”；除此之外，由于土工格柵孔格對其內(nèi)部土顆粒的側(cè)向滾動與滑移具有一定的約束作用，因此被約束土顆粒與相鄰?fù)令w粒間同樣也會因相對位移或相對位移趨勢的產(chǎn)生而形成摩擦力，即稱為“橫肋阻力”或“咬合力”。在表面摩擦力與橫肋阻力的共同作用下，土體側(cè)向位移因土顆粒滾動與滑移的有效約束而在整個格柵平面上得到了限制。

（3）石灰土換填。臺背石灰土換填為我國當(dāng)前較為常用的一種處治措施，其主要是利用了石灰土較大模量的特征，以此減小路基自身壓縮性能，降低工后沉降量。對于路橋過渡段差異沉降的處治，換填機(jī)理為通過某種半剛性材料的運(yùn)用，同時在行車方向?qū)ζ浜穸冗M(jìn)行變化控制（橋臺處厚于路基處），由于其剛度介于（混凝土）臺背構(gòu)造物材料與路基土之間，因此在回填整體剛度上從路基向橋臺方向為逐漸增大，從而使差異沉降由路基向橋臺方向呈逐漸過渡趨勢，以此實現(xiàn)臺背回填的剛?cè)徇^渡，消除橋頭跳車現(xiàn)象。

在石灰土混合料內(nèi)部，土體與石灰之間在經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)后對原土性質(zhì)從根本上予以改變。在反應(yīng)初期，主要表現(xiàn)為土體團(tuán)結(jié)、塑性降低、最大干密度減小與最佳含水量增大等；而在反應(yīng)后期，則主要以結(jié)晶物的形成使混合料板體性、穩(wěn)定性以及整體強(qiáng)度提升為表現(xiàn)。

基于石灰土強(qiáng)度形成機(jī)理的分析，石灰混合料內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)主要為離子交換反應(yīng)、Ca(OH)2結(jié)晶反應(yīng)與碳酸化反應(yīng)。通過多種反應(yīng)的綜合作用，黏土膠粒在絮凝后生成Ca(OH)2、CaCO3、Ca2SiO4（含水硅酸鈣）與CaAl2O4（含水鋁酸鈣）等膠凝物，并且在轉(zhuǎn)化成晶體狀態(tài)使石灰土強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性得到提升[2]。

3 結(jié)束語

以提升公路行車舒適性與安全性為目的，本文從橋臺搭板、土工格柵與石灰土換填三方面分析了路橋過渡段差異沉降的處治技術(shù)，論述內(nèi)容雖不全面，但在一定范圍內(nèi)對實際施工具有指導(dǎo)意義。