關(guān)于橋頭軟基過渡段變剛度設(shè)計的剖析

萬莉

摘要：本文對軟土地基產(chǎn)生差異沉降的原因進行了分析，重點探討了軟土地區(qū)橋頭路基過渡段變剛度設(shè)計方法，以供參考。

關(guān)鍵詞：橋頭過渡段；地基處理；沉降差；剛度比設(shè)計

中圖分類號：U416.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674—3024（2016）05—173—02

前言

高速公路由于設(shè)計時速高，對公路的沉降變形和穩(wěn)定性要求高，一旦縱向差異沉降大，將引起路面橫向裂縫，甚至引發(fā)“跳車”現(xiàn)象，影響行車舒適性、安全性，降低行車速度，加大車輛和公路本身的運營成本。高速公路建設(shè)初期，修建于軟土路段的高速公路“跳車”現(xiàn)象主要出現(xiàn)在橋梁與路基交界處，稱為“橋頭跳車”，由于直接影響行車的舒適程度，減小了行車速度和通行能力，甚至在橋臺處發(fā)生交通事故，嚴重影響了高速公路的社會和經(jīng)濟效益，因此引起了國內(nèi)外廣泛關(guān)注。處理橋頭過渡段的方法主要有：

（1）盡量減少過渡段：對于涵洞、通道等小型構(gòu)造物路段應(yīng)盡可能與兩側(cè)路基路段采用一致的地基處理方式。

（2）地基處理：采用復(fù)合地基、換填、堆載預(yù)壓+豎向排水體等方法處理軟土路段的橋頭。

（3）設(shè)置橋頭搭板：起到了差異沉降過渡的作用，緩和了縱坡變化。

本章在已有研究成果的基礎(chǔ)上，從軟土地基過渡段的縱坡差與地基差異沉降的關(guān)系這一角度，提出軟土地基路段的差異沉降控制標準，在此基礎(chǔ)上進行按變剛度設(shè)計的地基處理方法的研究。

1軟土地基差異沉降產(chǎn)生機理分析

軟土地基的沉降是由瞬時沉降、主固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降組成，其表達式如下：

S=Sd+Sc+Ss （1）

一般認為，路基的工后沉降主要由土骨架的蠕動造成的次固結(jié)沉降造成，而實際研究表明，軟土路基工后沉降中主固結(jié)沉降仍是最主要的，主要原因如下：

（1）不同的加荷速率所引起的施工期的沉降量是不同的，若施工期的加荷速率較快，則土層在本級荷載的作用下主固結(jié)部分還沒有完成，又在新一級荷載作用下開始瞬時沉降。因此，快速施工時加荷速率過快造成工后的沉降量中主固結(jié)沉降部分比例增大，從而增加了工后的沉降量。

（2）軟粘土滲透系數(shù)較低，排水緩慢，同時弱結(jié)合水不易排出，孔隙水消散時間增長，引起主固結(jié)完成所需時間增長。

2差異沉降控制標準

目前對過渡段沉降量的控制，各國并沒有一致的標準。日本道路協(xié)會建議的容許剩余沉降量為10～30cm；美國公路路堤軟基處理中建議橋頭引道容許工后沉降為15～30cm；我國的規(guī)范規(guī)定設(shè)計年限內(nèi)的路基工后沉降在一般路段不超過30cm，橋臺與路堤相鄰處不超過10cm。根據(jù)對滬嘉高速公路9年的跟蹤調(diào)查取得的觀察資料研究后，建議由工后沉降量造成縱坡變化率控制在0.2%～0.3%之內(nèi)，則會避免高速行車時有跳車感覺。莘松高速公路試驗則指出路堤的高度大于2.35m時，容許沉降為10～15cm；路堤高度小于2.35m時，則容許沉降為10cm。葉見曙等通過寧通一級公路揚（州）江（都）段中4座大中型橋梁的現(xiàn)場測試，提出竣工時橋面和搭板面容許縱坡差為0.4%。

本文就設(shè)置橋頭搭板和不設(shè)置橋頭搭板兩種情況的差異沉降控制標準進行討論。

2.1設(shè)置橋頭搭板差異沉降分析

搭板設(shè)計的基本思路是將橋臺與路堤銜接處因較大差異沉降引起的路面縱坡突變通過設(shè)置橋頭搭板進行緩和過渡，將路面縱坡變化限制在容許范圍內(nèi)，從而達到消除橋頭跳車的目的。搭板一般為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，寬度與橋面板相同，厚度一般為20cm～40cm，大部分長度在5m～12m之間。

橋頭搭板的一端擱置在橋臺背上，構(gòu)造為簡支支承，而板體在引道土體上。通常，橋臺基礎(chǔ)的沉降較小，引道土體沉降較大，當(dāng)兩者之間發(fā)生了差異沉降后，橋頭搭板隨之繞簡支端轉(zhuǎn)動?，F(xiàn)取搭板面與引道路面縱坡一致的情況，以x表示搭板長度；和分別表示橋臺基礎(chǔ)和搭板遠離臺端下土體的工后沉降；i和i′分別表示竣工時和引道土體沉降趨于穩(wěn)定時的搭板縱坡，可得到橋頭差異沉降的分析圖式（如圖1所示）。橋面與引道搭板之間縱坡差限值沒有相應(yīng)規(guī)定條文，Thiele等[9]認為容許縱坡差分別為0.28%～0.42%時，能避免橋頭跳車情況，根據(jù)路面平整度要求、行車舒適度要求和以往的研究，綜合選定縱坡差限值為0.4%。

2.2未設(shè)置橋頭搭板差異沉降分析

未設(shè)置橋頭搭板的水泥混凝土路面、瀝青混凝土路面，由于橋臺和引道土體沉降差異在橋頭形成一個陡坎或臺階。行車安全和舒適性來看，臺階對行車的影響比設(shè)置搭板時的影響要大。

為了便于分析，也將工后引道土體沉降趨于穩(wěn)定時的總沉降量S分成兩個部分，即

S=Sb+△S（3）

式中，S—橋臺基礎(chǔ)的預(yù)期工后沉降量；△S—橋臺與引道土體之間的差異沉降值；△S遠大于設(shè)置搭板時的沉降差，因此以設(shè)置搭板時沉降差作為控制標準。

3變剛度過渡段沉降的計算

變剛度過渡段設(shè)計，就是采用復(fù)合地基樁間距過渡，改變樁土置換率來達到橋梁承臺與路基段剛度漸變的目的。

經(jīng)過現(xiàn)場實測路基沉降，發(fā)現(xiàn)過渡段工后沉降與距離的關(guān)系呈“S”型分布，軟土地基過渡段著異沉降變化劇烈的部分在交界面左右20米的范圍。工后沉降量占天然地基最終沉降的比例即工后沉降系數(shù)6，是與路基的填高D，軟土厚度H，過渡段兩側(cè)模量比n及計算時間t相關(guān)的函數(shù)，因此sp的縱向分布參照式（1）、（2）計算得到。