公路橋梁沉降段路基路面設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

張志偉

（山西省公路局 朔州分局，山西 朔州 036000）

隨著我國(guó)公路建設(shè)的發(fā)展，很多技術(shù)取得了前所未有的突破。而交通業(yè)的發(fā)展又能夠促使社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平得到有效提升。因此，要實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，還要加強(qiáng)交通行業(yè)的建設(shè)。但在當(dāng)前的公路施工過程中，因?yàn)橹T多因素的影響，導(dǎo)致公路路基路面的沉降狀況出現(xiàn)問題，從而影響車輛在公路路面的行駛安全性。為了確保公路沉降段路基路面施工的質(zhì)量，還要在公路施工前，嚴(yán)格按照相關(guān)的規(guī)定和要求對(duì)公路沉降段路基路面進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

1 公路橋梁路基發(fā)生沉降的原因

1.1 橋臺(tái)路堤缺乏足夠壓實(shí)度

由于公路橋梁具有一定的特殊性，因此，需要對(duì)橋臺(tái)路堤填土狀況采取相應(yīng)的處理措施。但在進(jìn)行填土處理的過程中，因?yàn)樘幚砹鞒瘫容^復(fù)雜，且有很多因素影響，導(dǎo)致公路橋梁填土處理過程中任意一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會(huì)降低橋臺(tái)回填的壓實(shí)度，從而造成公路橋梁沉降段出現(xiàn)沉降不均勻的情況[1]。 再加上路面有車輛行駛以后，容易導(dǎo)致路基變形，而且受到自然環(huán)境的影響，也會(huì)造成公路橋梁段路基不均勻沉降，從而使公路路面的平整度下降。 為確保高速公路的橋臺(tái)路堤壓實(shí)，可以先進(jìn)行壓實(shí)石灰土靜力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)使用熟石灰進(jìn)行，石灰土比例為干灰∶干土=10%進(jìn)行分析，經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該石灰最佳含水量為17%，最大干密度為1.727 g/cm2，公路上所用的石灰土通常壓實(shí)度為95%。實(shí)驗(yàn)后可分析其應(yīng)力-應(yīng)變曲線起始段，具體情況如圖1。

圖1 應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線圖

1.2 橋頭沉降段結(jié)構(gòu)缺乏合理設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)公路橋梁沉降段路基路面時(shí)，還要在進(jìn)行公路橋梁施工過程中，從多個(gè)角度來分析公路橋梁段路基沉降的原因，在明確具體原因的基礎(chǔ)上，采取合理的改善策略[2]。目前，從公路橋梁建設(shè)工程的角度來看，為了預(yù)防公路橋梁段路基路面沉降，在進(jìn)行公路橋梁路基路面施工時(shí)，還要提高鋼筋混凝土板，使用粗粒料進(jìn)行路基填充等方法來處理路基，同時(shí)對(duì)公路橋梁段路基結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理調(diào)整，以便提升公路橋梁段路基的韌性。但從實(shí)際的公路橋梁路基施工情況看，這樣的填充方法并不能達(dá)到預(yù)期的施工效果，從而導(dǎo)致公路橋梁段路基路面沉降問題嚴(yán)重，容易造成車輛行駛中出現(xiàn)跳車的情況。

1.3 引橋地基處理質(zhì)量未達(dá)標(biāo)

根據(jù)當(dāng)前公路橋梁路基路面沉降的實(shí)際情況可知，造成公路橋頭出現(xiàn)跳車問題的主要原因是路面沉降問題。如果出現(xiàn)公路橋梁段路基路面沉降，或者路基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，軟基處理效果不達(dá)標(biāo)等因素都會(huì)引發(fā)各種問題。而在處理軟土?xí)r若出現(xiàn)誤差，或是對(duì)軟土的性質(zhì)和深度判斷出現(xiàn)偏差，也會(huì)使軟基處理不當(dāng)。在雨水的沖刷和侵蝕下，就會(huì)導(dǎo)致公路橋梁路基路面沉降不均勻。再加上公路橋梁施工中會(huì)受到各種因素的影響，使公路橋梁路面沉降現(xiàn)象呈現(xiàn)出多樣化的狀態(tài)。因此，當(dāng)公路橋梁段路基路面出現(xiàn)問題時(shí)，尤其是在問題嚴(yán)重的情況下，很容易造成公路橋梁建筑工程施工的效果受到影響[3]。為了避免問題發(fā)生，還要在進(jìn)行公路橋梁段路基路面施工時(shí)，加強(qiáng)提升施工技術(shù)水平。

2 公路橋梁沉降段路基路面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)探析

2.1 公路橋梁沉降段軟基施工的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

公路橋梁沉降段路基路面設(shè)計(jì)的問題，還需要施工單位從各個(gè)方面來考慮，以便為日后的公路橋梁施工奠定良好的基礎(chǔ)。另外，施工人員還要根據(jù)公路橋梁沉降段路基路面設(shè)計(jì)的實(shí)際情況來進(jìn)行分析，再根據(jù)分析結(jié)果確定適合的設(shè)計(jì)方案。通常情況下，在進(jìn)行公路橋梁建筑施工時(shí)，還要重視軟基施工的效果，因?yàn)檐浕┕さ姆€(wěn)定性會(huì)影響公路橋梁沉降段路基路面的施工質(zhì)量。除此之外，在施工時(shí)還要減少因施工強(qiáng)度，或是軟基施工的穩(wěn)定性，而引發(fā)的公路橋梁沉降段路基路面下降的風(fēng)險(xiǎn)。在施工期間施工人員一般會(huì)采取爆炸的方法加固軟基，但是因?yàn)榧庸谭绞讲划?dāng)，導(dǎo)致軟基結(jié)構(gòu)受損[4]。而且，采用爆炸的方法雖然可以在短時(shí)間內(nèi)提高軟基穩(wěn)定性，可因?yàn)橥獠凯h(huán)境的原因，再加上時(shí)間久了也會(huì)導(dǎo)致路面破損，從而造成公路橋梁沉降段路基路面下降。

因此，在處理軟土地基時(shí)，還要考慮穩(wěn)定和沉降等方面的要求，詳細(xì)的處理方法如下：首先要進(jìn)行沉降計(jì)算和容許工后沉降處理。以分層總和法為依據(jù)，利用沉降系數(shù)m進(jìn)行修正處理，工后沉降標(biāo)準(zhǔn)為橋臺(tái)與路堤相鄰處≤0.1～0.2 m，涵洞與通道處≤0.2 m，一般路段≤0.3～0.5 m。可根據(jù)固結(jié)應(yīng)力法進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算分析，固結(jié)快剪和快剪都是其中的重要考慮因素，同時(shí)要保證安全系數(shù)F≥1.2，若因地震因素而受到影響時(shí)，可降低F值，降低幅度以0.1為標(biāo)準(zhǔn)。在加載路基的過程中，還要格外重視路基中心表面沉降速率，若未出現(xiàn)特殊情況，路基中心表面沉降速率應(yīng)控制在10～15 mm/d之間，此外，還要科學(xué)合理地控制坡角側(cè)向位移程度，使其保持在5 mm/d之內(nèi)。在施工期間，路基中心表面會(huì)發(fā)生沉降現(xiàn)象，應(yīng)保證路基中心表面沉降速率為10 mm/d，在符合此條件后，才能夠進(jìn)行后續(xù)路堤填筑施工。排水固結(jié)區(qū)預(yù)壓時(shí)間可控制在10～12個(gè)月之間，復(fù)合地基時(shí)間控制在3～6個(gè)月為宜。當(dāng)月沉降速率在5 mm內(nèi)，這一狀態(tài)可持續(xù)2個(gè)月，再進(jìn)行卸載處理，之后可以進(jìn)行管線和路面等部分施工。具體的軟基施工流程如圖2。

圖2 軟基施工工藝流程圖

2.2 公路橋梁沉降段路基路面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

由于公路橋梁沉降段路基路面設(shè)計(jì)不合理，會(huì)引發(fā)路面地基下沉，及跳車的情況。因此，在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)前，還要結(jié)合實(shí)際考察的結(jié)果進(jìn)行具體分析。合理的路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，既可以保障公路橋梁沉降段路基路面的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和承載力，還可以確保車輛在公路上的行駛安全。公路沉降段大多在高邊坡填方路基和軟基段，以及路橋連接等地方，路橋連接點(diǎn)普遍采取鋪設(shè)土工格、混凝土搭板等進(jìn)行過渡，如果搭板的地基穩(wěn)定性和平整性不佳，都會(huì)導(dǎo)致公路橋梁路基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足，從而導(dǎo)致公路橋梁沉降段路基穩(wěn)定性下降，造成路基路面沉降。因此，在施工時(shí)還要在搭板內(nèi)加筋，將其放置于穩(wěn)定的水平面上，保證搭板的處理效果。在進(jìn)行路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可以在此處強(qiáng)化路基處理，以提升路基的穩(wěn)定性，如圖3所示。

圖3 公路路基結(jié)構(gòu)

另外，還要合理設(shè)計(jì)公路橋梁路基路面使用的材料。在進(jìn)行設(shè)計(jì)前，要做好規(guī)劃范圍內(nèi)的相關(guān)工作，對(duì)地質(zhì)、氣象和水文等條件進(jìn)行分析，以及公路橋梁建筑工程所在場(chǎng)地和地質(zhì)結(jié)構(gòu)，采取開挖土石方的方法，并進(jìn)行合理調(diào)配，選擇適合的材料，確保公路橋梁沉降段路基的穩(wěn)定性，提升路基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在選擇路基路面材料時(shí)，要選擇穩(wěn)定性強(qiáng)，質(zhì)量?jī)?yōu)良的填料，保證填料內(nèi)部不會(huì)因?yàn)樗终舭l(fā)而出現(xiàn)空隙，導(dǎo)致路基路面沉降[5]。此外，還要確保填筑壓實(shí)材料含水率達(dá)標(biāo)，以保證地基結(jié)構(gòu)壓實(shí)度充足，增強(qiáng)公路橋梁沉降段路基路面結(jié)構(gòu)承載力。

路基路面極易因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)層性能較差，而導(dǎo)致路基路面沉降，只有性能高、填料輕質(zhì)的材料才能確保路基路面結(jié)構(gòu)層的穩(wěn)定性。因此，合理選擇公路橋梁沉降段路基路面使用材料，對(duì)材料質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把控，才可以有效避免路基路面沉降問題的出現(xiàn)，確保車輛道路行駛的安全性。

2.3 公路橋梁沉降段路基路面工藝方案合理設(shè)計(jì)

在進(jìn)行公路橋梁沉降段路基路面設(shè)計(jì)時(shí)，還要嚴(yán)格按照規(guī)定來控制高等級(jí)公路橋梁沉降段路基的剩余沉降量。而高填方和軟土地基段，需要長(zhǎng)期的沉降才可以使地段更穩(wěn)定。同時(shí)，需要對(duì)施工的進(jìn)度進(jìn)行合理規(guī)劃，提前進(jìn)行施工。要從整體上考慮公路橋梁建筑工程的造價(jià)成本和施工工期等因素，以免出現(xiàn)深挖和高填等不良現(xiàn)象。特別是在進(jìn)行選線的時(shí)候，還要明確線位上的結(jié)構(gòu)問題，在修建路基的時(shí)候不適合修筑填土高度超過20 m的路基。以麻昭高速擴(kuò)改公路為例，對(duì)其試驗(yàn)路段路基填筑過程進(jìn)行沉降分析，由圖4和圖5可以看出，經(jīng)過板樁處理后的觀測(cè)點(diǎn)沉降量增大，對(duì)部分觀測(cè)點(diǎn)回彈現(xiàn)象及人與儀器誤差等因素忽略不計(jì)，這是因?yàn)榘鍢恫课讳摻罨炷涟遄灾孛黠@大于填筑土體質(zhì)量。后期開始施工，板樁處沉降量逐漸呈現(xiàn)出減小趨勢(shì)，板樁能承受上方土體荷載量，從而減輕了下方地基受力，最終降低了土體固結(jié)過程中的沉降。

圖4 路基填筑過程無板樁與有板樁路段持續(xù)沉降觀測(cè)曲線

圖5 路基填筑過程試驗(yàn)段持續(xù)沉降觀測(cè)曲線

軟基處理方案的經(jīng)濟(jì)合理化對(duì)保障路基的穩(wěn)定性有重要作用，但傳統(tǒng)的換填方式不但會(huì)導(dǎo)致原狀土狀態(tài)受到破壞，還會(huì)增加工程的工作量和工程造價(jià)成本，延長(zhǎng)工程工期，而且也無法確保公路橋梁沉降段路基路面的施工質(zhì)量。現(xiàn)階段強(qiáng)夯、粉噴樁、漿噴樁和剛性樁等施工技術(shù)方案，還在公路橋梁沉降段路基路面施工的過程中接受實(shí)踐檢驗(yàn)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)還需要結(jié)合實(shí)際的情況，選擇經(jīng)濟(jì)合理的軟基處理方案，從而提升基礎(chǔ)的承載力，降低路基路面沉降造成的行車風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 公路橋梁沉降段路基路面排水設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

公路橋梁沉降段路基路面出現(xiàn)問題的主要影響因素之一來自于水，且多數(shù)是因?yàn)樵O(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致道路積水，而積水無法有效從道路紅線范圍內(nèi)排出，造成路基兩側(cè)積水嚴(yán)重。而積水長(zhǎng)期排不出去，或是過水的涵洞位置設(shè)置不合理，會(huì)導(dǎo)致公路橋梁沉降段路基路面積水滲入路面之下的承重層，在水的軟化下承重層的穩(wěn)定性下降[6]。高等級(jí)道路對(duì)道路質(zhì)量有更高的要求，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候要對(duì)線位進(jìn)行實(shí)地考察，對(duì)可能出現(xiàn)積水的路段，比如縱向最低點(diǎn)出水口、過水涵洞的位置和高度等，以及排水建筑物等匯水點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)排查，以免在需要過水涵洞的位置沒有進(jìn)行合理設(shè)置。另外，在降雨量較大的地方選擇滲透性或是防水性較強(qiáng)的路基填料，能夠避免路基積水的問題出現(xiàn)，有利于提升公路橋梁沉降段路基路面的設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低因排水不暢而引發(fā)的公路橋梁沉降段路基路面沉降問題。

3 結(jié)語

公路橋梁路基路面沉降問題是影響車輛行駛安全的關(guān)鍵因素，要提高公路橋梁的施工質(zhì)量，確保行車安全，還要對(duì)易出現(xiàn)公路橋梁路基路面發(fā)生沉降問題的路段進(jìn)行全面分析，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)采取有效的處理措施，改善公路橋梁路基路面沉降的現(xiàn)象，提升公路橋梁沉降段的行車安全，實(shí)現(xiàn)公路橋梁建設(shè)的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。