路橋過渡段沉降因素分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計

文/厲楨、呂偉

1 前言

當(dāng)前，隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，平面的交通體系不斷地向立體化的交通體系發(fā)展，城市高架橋，以及各類跨線橋隨處可見，規(guī)模也不斷增加，而路橋工程的質(zhì)量問題也越發(fā)受到社會和人們的關(guān)注。在對路橋工程進(jìn)行設(shè)計時，過渡段結(jié)構(gòu)設(shè)計對整個工程都非常重要，如果過渡段的設(shè)計不科學(xué)，就很可能造成沉降現(xiàn)象，這對車輛行車的舒適與安全都有很大影響。

2 路橋過渡段沉降原因

路基和橋臺也有很大區(qū)別，對橋臺來說，工程結(jié)束后出現(xiàn)的沉降現(xiàn)象會對公路整體結(jié)構(gòu)的耐久與穩(wěn)定產(chǎn)生很大影響，而路橋過渡段和相鄰路面沉降值一旦超出范圍，就會出現(xiàn)橋頭跳車的現(xiàn)象，車輛路過橋頭時會出現(xiàn)顛簸等現(xiàn)象。路橋過渡段沉降的具體原因如下：

2.1 路基的沉降

對路橋過渡段來說，引發(fā)其出現(xiàn)沉降的原因有很多，其中一個比較重要的因素就是地基的沉降，這種因素主要是地基因為路面原本的力量和路過車輛的負(fù)載力共同作用而出現(xiàn)的。因為路基的地基有很多不同種類，地基土質(zhì)的構(gòu)成也有很大差異，即使地基設(shè)計時所能承受的荷載力是相同的，但由于土體的結(jié)構(gòu)有很大差異，也會造成地基出現(xiàn)程度不同的沉降現(xiàn)象，而如果地基土質(zhì)是一致的，但因為承受荷載力的不同，也會使地基的沉降出現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象。[1]

2.2 路面的沉陷

隨著越來越多的高等級公路的建設(shè)，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)提升，但實際的施工技術(shù)水平無法完成，比如碾壓的機(jī)械超出或者不能接觸到橋臺身，進(jìn)而導(dǎo)致橋臺身后一部分的壓實度無法達(dá)到設(shè)計要求。而在工程竣工并通車后，基層和墊層的壓實度也會不斷上升，路面的結(jié)構(gòu)層因為壓縮的原因，就可能會出現(xiàn)一定現(xiàn)象的沉陷，這種路面的沉陷現(xiàn)象相對來說比較弱，但是形成的速度也會很快，基本上在道路通車之后就快速形成，這就是橋頭跳車出現(xiàn)的概率得到一定程度的增加。

2.3 剛度差異

道路和橋梁有很大差異，道路是柔性結(jié)構(gòu)組合，是柔性路基與路面的結(jié)合體，而橋梁屬于剛性結(jié)構(gòu)，所以橋梁剛度會比道路的大，對橋梁來說，即使長時間經(jīng)過車輛行駛，產(chǎn)生巨大的負(fù)載力，整個橋梁結(jié)構(gòu)也不會出現(xiàn)很大的變形現(xiàn)象，即便有變形現(xiàn)象也不會很明顯。但路基的基層則不同，由于自身的重力作用，加上路面外力的作用，路基會出現(xiàn)變形現(xiàn)象比較嚴(yán)重，且可能是永久性的。

2.4 設(shè)計因素

路橋的過渡段出現(xiàn)沉降現(xiàn)象的原因還涉及到設(shè)計方面，具體設(shè)計時橋臺有多種類型，實際壓實的方法，搭板等的設(shè)計都會對路橋質(zhì)量產(chǎn)生很大影響，比如搭板施工如果是在壓實后在對橋臺鋪筑，就會對過渡段的壓實操作有很大阻礙。而且，整個路橋工程的排水系統(tǒng)設(shè)計也十分重要，在對路基進(jìn)行填料時，如果含水量比較高，或級配設(shè)計不科學(xué)，也會使整個土基承載力降低，這也是造成土基沉降的重要因素之一。[2]

3 路橋過渡段沉降的危害

路橋過渡段出現(xiàn)不平整的現(xiàn)象，究其原因主要有兩個方面，一是過渡段出現(xiàn)沉降，使路面形成折角，導(dǎo)致線路幾何不平順；二是因為路橋剛度方面的差異，它們結(jié)構(gòu)抗變形的能力也有很大差異，進(jìn)而出現(xiàn)不平整的情況。

路橋過渡段出現(xiàn)沉降現(xiàn)象有很大的危害，一旦沉降值超過了一定范圍，就會導(dǎo)致路面的折角非常大，線路更加不平順，這會給路過的車輛通過帶來很大的安全隱患。而且過渡段的沉降差值，使車輛在通過路面后，還會對路面產(chǎn)生一定的附加應(yīng)力，而且這種應(yīng)力也會對路面帶來破壞作用，導(dǎo)致沉降速度加快，這種不良循環(huán)會使路面和路基使用年限大大降低。而且過渡段沉降在遇到雨季時，也會使路基出現(xiàn)一定的積水現(xiàn)象，如果路面的積水沒有及時進(jìn)行清除，水分就會滲透至路基內(nèi)，進(jìn)而使路基土體的強(qiáng)度大大降低，造成沉降度增加，嚴(yán)重者可能使路面出現(xiàn)坑槽或者塌陷的狀況。[3]

車輛在行駛時，如果路過橋臺下，因為沉降度帶來一定的沖擊力，最大沖擊力都會在路基的一側(cè)，車輛行駛的速度越快，橋臺和沖擊力的距離也就越遠(yuǎn)，這種沖擊力會給過渡段的路基帶來很大危害，導(dǎo)致路基下沉加重，而車輛朝著橋臺的方向駛來時，橋頭也會形成一定的沖擊力，這一沖擊力也會對路面和橋梁帶來一定的荷載，進(jìn)而使伸縮縫、支座和橋臺等的破壞程度增加，而這些也會對車輛帶來很大危害。

4 路橋過渡段結(jié)構(gòu)設(shè)計

因為橋臺設(shè)計基本上都是混凝土結(jié)構(gòu)，具有很大的剛度，而路基在設(shè)計時期結(jié)構(gòu)的剛度則比較小，兩者之間結(jié)構(gòu)的不同，使路基到橋臺的過渡段設(shè)計需要更加慎重。一般來說，可以借助架設(shè)強(qiáng)度過渡段方法，對軟土地基等進(jìn)行合理的處理，地面路堤也能夠使用這樣的方法。在路堤和橋臺間，可以設(shè)計一條長度大概是50m的強(qiáng)度漸變帶，在這一漸變帶中，填充的級配填料也是不同的，進(jìn)而使路堤對強(qiáng)度能夠更好的進(jìn)行過渡。填筑路堤時，要注意路堤材料，加強(qiáng)地基承載力，有效發(fā)揮出土工合成材料的作用，使過渡段的地基在這里的荷載以及路堤的填土共同作用下，不出現(xiàn)較大的沉降現(xiàn)象。

4.1 路基的處理

對路基進(jìn)行處理時，首先要使用那些具有較好的透水性、強(qiáng)度較高以及壓實快的填料，比如砂礫、碎石土以及中粗砂等，一般來說，路基的填筑需要到橋臺背3m-5m位置，然后用1∶1.5-1∶2的穩(wěn)定斜坡到路基的頂面，余下到橋臺距離使用填料進(jìn)行填筑，使用這種方法有一些好處，填料能夠保障臺背填土后期不會出現(xiàn)固結(jié)與沉降現(xiàn)象，而且普通的黏土?xí)锰盍虾托泵孢M(jìn)行過渡連接，路堤的剛度也會不斷變大，進(jìn)而使車輛行駛的舒適度增加。而一旦缺乏填料，還可以借助水泥或石灰進(jìn)行填筑，可以優(yōu)先使用土工隔柵技術(shù)。這一技術(shù)能夠使土體抗剪強(qiáng)度增加，而且也不會帶來很大的側(cè)向變形，使土體的變形情況降低，還能夠減低填土和橋臺間的沉降差。進(jìn)行施工時，其順序應(yīng)該是先對路基進(jìn)行填筑，接著是橋臺，基臺后回填要和路基一起進(jìn)行填筑，壓實也要達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，接著對路基進(jìn)行開挖，對橋臺進(jìn)行修筑，進(jìn)而確保臺后的壓實度，路基還需要和機(jī)械相適應(yīng)，要加寬到機(jī)械可以全部都進(jìn)行壓實的部位，如果使用小型機(jī)械進(jìn)行壓實，要對分層的厚度進(jìn)行控制，逐層進(jìn)行碾壓并檢查。

圖1 土工格柵錨固式處理

圖2 橋頭搭板處理

4.2 路面的處理

橋頭搭板設(shè)計的目的是為了把臺堤銜接位置突變的錯臺差，能夠分散至搭板兩段，經(jīng)過這樣的處理，原來路面縱坡只需要加大某一微小增量，就能夠?qū)蝾^的行車條件進(jìn)行有效改善。搭板的長度要按照填土的高度以及工后的實際沉降量確定，由以下方面決定：臺后路堤在沉降后縱坡的變化值，需要進(jìn)行合理控制，要保持在一定范圍中，搭板的長度需要跨越預(yù)留缺口上口的寬度。搭板可以使用鋼筋混凝土，其寬度通常是橋面的凈寬，一般來說要盡可能使用整體就地現(xiàn)澆方法，進(jìn)而保證搭板和路基聯(lián)系緊密，如果是多車道的搭板，需要根據(jù)一車道或略微超過一車道對板塊進(jìn)行劃分，然后對縱向的接縫進(jìn)行合理設(shè)置，搭板不同的埋深可以分為高置式，中置式以及低置式。低置式的搭板在路面的結(jié)構(gòu)層下，受到的承載力相對較少，搭板下也有墊層，進(jìn)而路堤的活載也更小，這種方法使遠(yuǎn)端路面出現(xiàn)斷層的現(xiàn)象得到克服，使路堤和橋臺銜接位置跳車問題得到解決，而且施工操作也比較方便。

5 結(jié)語

總之，路橋過渡段沉降設(shè)計非常重要，需要引起相關(guān)人員重視，在進(jìn)行施工時，要關(guān)注過渡段沉降設(shè)計細(xì)節(jié)，根據(jù)實際情況采取合理的技術(shù)和方法，進(jìn)而確保路橋過渡段設(shè)計合理，為整個路橋質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。