路橋過(guò)渡段差異沉降的處理方法研究

鄭江輝

（石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)快速發(fā)展，道路橋梁數(shù)量與規(guī)模都在不斷增大。隨之會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題，最常見的就是路基和橋梁之間過(guò)渡段產(chǎn)生跳車，不僅影響行車舒適性，還有可能引發(fā)交通事故，若未能及時(shí)有效處理，車輛反復(fù)撞擊橋臺(tái)還會(huì)導(dǎo)致橋梁損壞，造成更大的破壞與事故。針對(duì)以上問(wèn)題，目前已經(jīng)提出很多治理方法。設(shè)置搭板就是一種常用方法。搭板的設(shè)置可以防止路橋發(fā)生錯(cuò)臺(tái)，但考慮到底板和路基的后端在模量上依然存在很大的差異，可能發(fā)生二次跳車現(xiàn)象。對(duì)此，還需要在搭板的基礎(chǔ)上通過(guò)樁基設(shè)置或格柵布置來(lái)消除二次跳車。其中，樁基可分為等長(zhǎng)樁與長(zhǎng)短樁兩種，當(dāng)采用長(zhǎng)短樁時(shí)，還有按階梯形布置和按直線形布置兩種方式。為明確不同方式對(duì)過(guò)渡段差異沉降造成的影響，需通過(guò)模擬分析來(lái)確定不同方法的治理效果。

1 工程概況

某工程主要由兩部分構(gòu)成，分別為高架快速路與地面道路。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘探結(jié)果可知，路橋連接部位分布有軟弱土層，容易導(dǎo)致路面沉降。因此，需要對(duì)此連接部位開展沉降響應(yīng)方面的分析與研究。結(jié)合工程設(shè)計(jì)要求，道路按照單向雙車道標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其橫斷面的設(shè)計(jì)寬度為8.5m。針對(duì)該工程的路橋過(guò)渡段，在充分參考借鑒以往相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，先對(duì)多種治理方法進(jìn)行模擬分析，確定不同治理方法的效果，為最終選擇正確可行的治理方法提供參考。治理方法主要有以下幾種：?jiǎn)渭冊(cè)O(shè)置搭板；搭板和等長(zhǎng)樁相結(jié)合；搭板和按照直線形布置的長(zhǎng)短樁相結(jié)合；搭板和按照階梯形布置的長(zhǎng)短樁相結(jié)合；搭板和格柵相結(jié)合；搭板和按照直線形布置的長(zhǎng)短樁以及格柵三者相結(jié)合。

2 計(jì)算建模

對(duì)路橋過(guò)渡段受荷載作用后產(chǎn)生的沉降進(jìn)行研究，需構(gòu)建一個(gè)三維模型。

為便于分析，在道路的縱斷面上取60m，并將路面的不同結(jié)構(gòu)層次簡(jiǎn)化成一層，用于減少網(wǎng)格的數(shù)量，降低計(jì)算難度。對(duì)道路橫縱方向位移及模型底部產(chǎn)生的豎向位移進(jìn)行約束，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)邊界條件的模擬。在與橋頭相距不同距離的位置分別設(shè)置分析點(diǎn)，為計(jì)算中對(duì)沉降響應(yīng)的分析提供參考。

將單向雙車道作為主要分析對(duì)象，分析時(shí)，車輛寬度取2m，壓力取0.7MPa，并把車輛荷載視作保持連續(xù)，即在一個(gè)斷面上施加連續(xù)荷載，將車輪寬確定為0.25m。借助軟件對(duì)格柵加筋效果進(jìn)行模擬，格柵的主要技術(shù)參數(shù)包括：彈性模量取20 000MPa；泊松比取0.33；密度取2 000kg/m3。此外，通過(guò)對(duì)地基與路基的模擬，發(fā)現(xiàn)路面、橋頭及搭板均保持連續(xù)、均勻，可作為彈性模型考慮，不同實(shí)體單元主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 不同實(shí)體單元主要技術(shù)參數(shù)

由表1 可知，橋頭結(jié)構(gòu)、搭板和路基或路面在模量上具有極大差異，也是導(dǎo)致沉降錯(cuò)臺(tái)及橋頭跳車或二次跳車等現(xiàn)象發(fā)生的根本原因。因此，只采用一種治理方式很難達(dá)到預(yù)期的質(zhì)量效果，需要聯(lián)合多種治理方法。

3 差異沉降治理分析

基于以上計(jì)算模型，為明確差異沉降治理效果，需明確不同治理方法和差異沉降之間的關(guān)系，包括搭板和差異沉降之間的關(guān)系、搭板與長(zhǎng)短樁相結(jié)合和差異沉降之間的關(guān)系，具體內(nèi)容如下：

（1）模型分析過(guò)程中，所用搭板的尺寸為：長(zhǎng)×厚=8m×0.3m。通過(guò)分析可知，對(duì)搭板的設(shè)置能消除橋頭和路基兩部分在模量上存在的差異，防止連接部位產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)，對(duì)行車安全十分有利。在設(shè)置搭板以后，橋頭結(jié)構(gòu)一定范圍內(nèi)路面產(chǎn)生的絕對(duì)沉降得以明顯減小，處于搭板遠(yuǎn)端的路面，其沉陷可以減少約2cm，與設(shè)置搭板之前相比，差異沉降減少約34%[1]。通常情況下，土體沉降量采用容許工后沉降作為主要控制指標(biāo)。然而，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有工程工后沉降實(shí)際情況進(jìn)行的分析，該做法仍無(wú)法防止橋頭跳車。因此，在容許工后沉降基礎(chǔ)上，還應(yīng)采用其他控制指標(biāo)，如容許縱坡變化，該指標(biāo)一般不能超過(guò)0.4%。通過(guò)分析，在設(shè)置搭板后，路橋連接部位縱坡坡差可以從0.85%降至0.20%，對(duì)避免橋頭跳車有很大的作用。此外，路面前20m 以內(nèi)縱坡產(chǎn)生的變化得以大幅降低，說(shuō)明路面的沉陷變得比較緩和。然而，設(shè)置搭板后，無(wú)法減小處于搭板遠(yuǎn)端的路面縱坡，其數(shù)值與0.4%十分接近。其原因?yàn)榇畎搴吐坊噙B部位的搭板，其模量和路基之間的差異很大，可能引起二次跳車。對(duì)此，可通過(guò)采用土工格柵及樁基來(lái)消除二次跳車[2]。

（2）長(zhǎng)短樁布置區(qū)域和搭板遠(yuǎn)臺(tái)端之間的距離為1.5～26.5m。在確保樁長(zhǎng)保持一致的基礎(chǔ)上，利用軟件對(duì)剛性樁進(jìn)行模擬，以確定搭板與等長(zhǎng)和長(zhǎng)短樁兩種樁型相結(jié)合后和差異沉降之間的關(guān)系，即明確不同樁型對(duì)差異沉降造成的影響[3]。通過(guò)模擬分析可知，通過(guò)對(duì)搭板和樁基的結(jié)合，能減少路面與橋頭相距31m 部分的沉降，在樁基布置范圍的結(jié)束位置，搭板和等長(zhǎng)樁相結(jié)合方式的采用與之前相比能減少24%左右的差異沉降，而搭板和長(zhǎng)短樁相結(jié)合方式的采用，不論長(zhǎng)短樁按階梯形布置還是按直線形布置，與之前相比都能減少約12%的差異沉降。與單純采用搭板的方式相比，搭板與樁基相結(jié)合的方式能減少縱坡波動(dòng)范圍，使道路凹陷能夠趨于平穩(wěn)[4]。此外，搭板和長(zhǎng)短樁相結(jié)合的方式，能使最大縱坡由單純進(jìn)行搭板設(shè)置時(shí)的0.4%進(jìn)一步減小至不超過(guò)0.2%，但搭板和等長(zhǎng)樁相結(jié)合的方式，只能將縱坡降至0.25%左右。然而，均能起到消除二次跳車的作用。相較于長(zhǎng)短樁和等長(zhǎng)樁，前者不論沉降曲線或縱坡變化均較為平穩(wěn)，對(duì)行車安全的改善作用更強(qiáng)，因此建議采用搭板與長(zhǎng)短樁相結(jié)合的方式[5]。

（3）在搭板和按照直線形進(jìn)行長(zhǎng)短樁布置相結(jié)合基礎(chǔ)上，對(duì)路基進(jìn)行加筋處理，對(duì)此情況下的沉降響應(yīng)進(jìn)行分析。在路基中按照相同的間隔距離一共布置3 層格柵，其布置長(zhǎng)度應(yīng)按照進(jìn)入布樁端結(jié)束位置至少10m 控制。通過(guò)分析可知，無(wú)論采用搭板和格柵相結(jié)合的方式、搭板和長(zhǎng)短樁相結(jié)合方式，還是采用三者相結(jié)合的方式，都能起到良好的差異沉降治理效果。但實(shí)際治理效果以搭板與格柵相結(jié)合的方式為最佳，其次是搭板和長(zhǎng)短樁相結(jié)合的方式，三者相結(jié)合的方式相比最差。就沉降的降低與最大縱坡情況看，搭板與長(zhǎng)短樁相結(jié)合的實(shí)際治理效果比搭板與格柵相結(jié)合的方式好，搭板和長(zhǎng)短樁相結(jié)合的方式治理效果和三者相結(jié)合方式的治理效果基本相同，沒(méi)有明顯的差別。然而，通過(guò)對(duì)格柵的均勻布置，能起到進(jìn)一步降低地基和一般地基之間相接部位實(shí)際沉降的作用。根據(jù)縱坡曲線可以對(duì)聯(lián)合方法應(yīng)用后取得的效果進(jìn)行驗(yàn)證，采用三者相結(jié)合的方法后，伴隨和橋頭之間的距離不斷增加，道路縱坡產(chǎn)生的波動(dòng)與采用搭板和長(zhǎng)短樁相結(jié)合的方式相比較小，而且沉降發(fā)生的變化也更加平緩，能使道路保持平順，利于行車安全。

4 結(jié)論

綜上所述，通過(guò)對(duì)路橋過(guò)渡段中采用搭板、長(zhǎng)短樁和加筋相結(jié)合的方法后，對(duì)路基產(chǎn)生的沉降數(shù)值進(jìn)行分析，并對(duì)搭板和等長(zhǎng)樁相結(jié)合、搭板和長(zhǎng)短樁相結(jié)合（包括階梯形與直線形兩種布置方式）以及搭板、長(zhǎng)短樁（主要為直線形）和格柵（加筋）三者相結(jié)合的方式進(jìn)行治理效果的綜合對(duì)比，可得出以下結(jié)論：

（1）通過(guò)設(shè)置搭板，能夠起到防止路橋交接部位產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)的作用，還能治理過(guò)渡段產(chǎn)生的差異沉降現(xiàn)象。但基本無(wú)法解決二次跳車問(wèn)題，需要在搭板設(shè)置的基礎(chǔ)上輔以樁基設(shè)置或加筋（即格柵布置）；

（2）采用搭板和樁基相結(jié)合的方式，能在盡可能降低沉降的基礎(chǔ)上，避免二次跳車現(xiàn)象的發(fā)生；

（3）相較于等長(zhǎng)樁，長(zhǎng)短樁在沉降曲線變化及縱坡曲線變化方面均更為平穩(wěn)，對(duì)行車安全更為有利，因此在沒(méi)有特殊要求的情況下，建議采用搭板和長(zhǎng)短樁相結(jié)合的方式；

（4）搭板、長(zhǎng)短樁與格柵相結(jié)合，能使道路沉降更加平緩，更利于行車安全，值得推廣應(yīng)用。