橋頭過渡段路基沉降控制分析

摘要 公路橋梁工程作為重要的交通設(shè)施，對促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的作用。但由于公路、橋梁結(jié)構(gòu)形式存在顯著差異，導(dǎo)致路橋過渡段極易產(chǎn)生不均勻沉降，增大路面和橋面高差，引發(fā)橋頭跳車現(xiàn)象，威脅交通安全。鑒于此，文章基于設(shè)計視角對路橋過渡段沉降控制展開綜合探究，分析了不均勻沉降的具體成因，從路基總體設(shè)計、過渡段結(jié)構(gòu)及搭板設(shè)計等方面制定了針對性的沉降控制措施，并提出了不均勻沉降技術(shù)應(yīng)用保障措施，具有重要的參考價值。

關(guān)鍵詞 公路橋梁；路基設(shè)計；路橋過渡；沉降控制

中圖分類號 U418.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）13-0084-03

0 引言

近年來，隨著交通運(yùn)輸行業(yè)的不斷發(fā)展，公路工程建設(shè)取得較大進(jìn)步，有效推動了地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。但由于公路、橋梁結(jié)構(gòu)差異較大，過渡段極易產(chǎn)生路面開裂、不均勻沉降等質(zhì)量問題，嚴(yán)重影響行車安全性和舒適度，縮短道路使用壽命。因此，為保證路橋過渡段施工質(zhì)量，防止產(chǎn)生不均勻沉降，該文從設(shè)計角度出發(fā)，針對路橋過渡段沉降控制展開綜合探究，提出了科學(xué)有效的沉降控制措施，具有十分重要的意義[1]。

1 路橋過渡段不均勻沉降的產(chǎn)生原因

路橋過渡段主要指路基與橋臺連接的區(qū)域，基底形式差別較大，施工處治不當(dāng)，極易引發(fā)不均勻沉降問題，影響道路運(yùn)營安全及耐久年限。根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合相關(guān)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，不均勻沉降形成原因主要有壓實(shí)度不足、材料因素、設(shè)計缺陷等。具體情況如下：

1.1 路基壓實(shí)度不足

橋梁臺背回填壓實(shí)度不足，是導(dǎo)致路橋過渡段產(chǎn)生不均勻沉降的重要原因。路基壓實(shí)度不合格會導(dǎo)致路面變形等質(zhì)量問題，影響路面平整度，嚴(yán)重威脅車輛運(yùn)行安全。同時，路基壓實(shí)度不達(dá)標(biāo)會導(dǎo)致過渡段路面、橋面高差增大，形成坑槽、錯臺等病害，引發(fā)橋頭跳車現(xiàn)象。而當(dāng)車輛產(chǎn)生橋頭跳車時，會造成交通荷載集中現(xiàn)象，導(dǎo)致路面局部受力過大，進(jìn)一步加劇不均勻沉降發(fā)生[2]。

1.2 材料剛度差異

理想條件下，當(dāng)公路與橋梁達(dá)到相同剛度時，能防止過渡段產(chǎn)生不均勻沉降現(xiàn)象。但工程實(shí)踐中，難以實(shí)現(xiàn)二者的統(tǒng)一性，根本原因在于材料存在剛度差異。主要表現(xiàn)在以下2個方面：①公路路基與橋梁結(jié)構(gòu)采用的施工材料存在顯著不同，路基采用半剛性結(jié)構(gòu)，橋梁則為剛性結(jié)構(gòu)；②橋梁與路基沉降標(biāo)準(zhǔn)各不相同，公路對沉降敏感程度較低。以上兩種因素共同導(dǎo)致公路與橋梁間材料剛度差異，從而造成路橋過渡段不均勻沉降難以解決[3]。

1.3 設(shè)計因素考慮缺乏

路橋過渡段主要位于河岸與河道區(qū)域，兩部位地質(zhì)條件存在顯著不同，道路設(shè)計時若未實(shí)施區(qū)別設(shè)計，則極易引發(fā)路橋過渡段不均勻沉降問題。公路工程設(shè)計時，需兼顧各方面因素，例如：如何合理布設(shè)搭板位置，如何加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，完善現(xiàn)場排水體系，防止路基水損破壞等。以上各方面因素均會對路橋過渡段沉降控制造成影響，實(shí)際設(shè)計時需重點(diǎn)考慮，一旦出現(xiàn)遺漏，勢必會降低設(shè)計合理性，引發(fā)不均勻沉降問題[4]。

2 基于路基設(shè)計的路橋過渡段沉降控制技術(shù)

根據(jù)上述分析能夠看出，設(shè)計因素是導(dǎo)致路橋過渡段不均勻沉降的重要影響因素，盡管在施工材料、施工工藝等方面也存在一些影響，但從根本來看，均是由于設(shè)計考慮缺乏所致。因此，設(shè)計階段采取針對性技術(shù)對不均勻沉降實(shí)施控制是較為理想的手段。下述主要從路基總體設(shè)計、過渡段結(jié)構(gòu)設(shè)計、搭板設(shè)計等方面實(shí)施控制。

2.1 路橋過渡段路基總體設(shè)計

路基總體設(shè)計直接影響路橋過渡段不均勻沉降控制水平。因此，實(shí)際設(shè)計時應(yīng)全面考慮不同結(jié)構(gòu)、不同部位的沉降性能，并對施工可行性實(shí)施科學(xué)評價。路橋過渡段設(shè)計時，通過路堤、基床底層、表層等3種結(jié)構(gòu)層完成路基設(shè)計，填方區(qū)域通過1∶2穩(wěn)定結(jié)構(gòu)對過渡段實(shí)施假設(shè)，并在路基回填時根據(jù)沿邊坡應(yīng)力逐級遞減的方式完成[5]。依次采用碎石、碎石+水泥、混凝土回填等方式進(jìn)行設(shè)置。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1中路基總體結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)勢如下：

（1）橋梁周邊位置采用補(bǔ)強(qiáng)加固形式實(shí)施回填，能顯著提高路橋過渡段邊坡穩(wěn)定性，增強(qiáng)地基強(qiáng)度。

（2）利用較大坡度（1∶2）填土設(shè)計，加之逐級遞減的強(qiáng)度支撐，能將各種沉降條件下不同部位形成整體結(jié)構(gòu)，特別對于橋梁墩臺底部區(qū)域利用混凝土填筑，更加科學(xué)有效地增強(qiáng)填料整體性，防止因結(jié)構(gòu)應(yīng)力差異造成的不均勻沉降。

（3）路基區(qū)域采用三層設(shè)計能有效分散行車荷載作用，防止共振型沉降產(chǎn)生[6]。

2.2 路橋過渡段路基結(jié)構(gòu)設(shè)計

路基結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)堅(jiān)持整體性設(shè)計原則?；驹O(shè)計思路：采用科學(xué)方式使路橋過渡區(qū)域路基形成整體結(jié)構(gòu)，從而在其結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成應(yīng)力承載體，在有效控制沉降變形的基礎(chǔ)上，將路橋過渡段轉(zhuǎn)化為均勻沉降，最大限度地降低沉降帶來的危害。實(shí)際設(shè)計時，通過削坡+設(shè)置臺階方式達(dá)到控制沉降的目的，其施工技術(shù)示意圖如圖2所示。

如圖2路基結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，原始表路基邊坡采用斜面形式進(jìn)行設(shè)計，而新型設(shè)計方案則是采用削坡+設(shè)置臺階的方式實(shí)施逐級施工。該結(jié)構(gòu)設(shè)計方案優(yōu)勢如下：

（1）大斜面路基通常需要分批次、分階段實(shí)施填筑，導(dǎo)致各階段填筑土體密實(shí)度存在較大差異性，而利用削坡+臺階施工方式，各層次土體同步填筑，沉降速率相同，能有效防止填料密實(shí)度差異問題。

（2）采用設(shè)置臺階施工方式能有效增強(qiáng)路基承載性能，提高抗變形能力，使路基有效結(jié)合成整體結(jié)構(gòu)，防止不均勻沉降。

（3）通過削坡+設(shè)置臺階能有效增大路基摩阻力及抗剪強(qiáng)度，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

（4）削坡+設(shè)置臺階時，能在其內(nèi)部設(shè)置土工格柵，從而有效擴(kuò)大路基錨固范圍，使填料能夠較為穩(wěn)定的嵌固于土工格柵結(jié)構(gòu)內(nèi)，顯著提高土體整體性、穩(wěn)定性，控制路基沉降變形[7]。

2.3 路橋過渡段搭板設(shè)計

橋頭搭板是連接橋梁與過渡段的重要設(shè)施，能有效降低行車荷載沖擊作用。高速公路建設(shè)時，在橋臺位置設(shè)置搭板較為常見，具體結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。實(shí)際設(shè)計時，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，合理確定搭板長度，從而有效縮短路基、橋臺之間的距離，降低各種結(jié)構(gòu)單元間的環(huán)境差異。具體計算公式如下式（1）；

設(shè)置搭板能有效防止路橋過渡段不均勻沉降，具體表現(xiàn)如下：

（1）橋頭搭板能夠有效分擔(dān)路基、路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不均勻沉降，形成更加的沉降緩沖空間，從而有效防止不均勻沉降帶來的危害。同時，通過設(shè)置搭板，可將路堤產(chǎn)生的沉降逐漸轉(zhuǎn)移至橋臺部位，以有效緩和縱向坡度，避免產(chǎn)生橋頭跳車現(xiàn)場。

（2）設(shè)置橋頭搭板能有效控制路橋過渡段不均勻沉降，通過搭板坡度合理降低沉降差異，從而科學(xué)完成柔性連接狀態(tài)下的消散。相關(guān)研究顯示，搭板傾斜角度小于2°時，并不影響過渡段結(jié)構(gòu)狀態(tài)，但與其他方式相比，該條件下不均勻沉降范圍顯著增大40%[8]。

3 路橋過渡段沉降不均勻技術(shù)應(yīng)用的保障措施

公路工程建設(shè)中，導(dǎo)致路橋過渡段不均勻沉降的因素較多，除設(shè)計因素外，還包括一些人為、非人為因素。在對不均勻沉降實(shí)施防控時，除采取上述設(shè)計技術(shù)方案外，還應(yīng)全面考慮施工材料、路基壓實(shí)度、地基處理等各要素，從而有效提升沉降控制效果。

3.1 材料控制

施工材料是保證工程建設(shè)的最重要因素，若原材料質(zhì)量達(dá)不到要求，勢必會影響工程實(shí)體質(zhì)量。因此，為有效控制路橋過渡段不均勻沉降，不僅要科學(xué)選擇施工技術(shù)，還應(yīng)嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量，例如填料性能，碎石級配類型及配伍等。此環(huán)節(jié)可通過壓實(shí)沉降試驗(yàn)方式合理確定相關(guān)技術(shù)參數(shù)。此外，現(xiàn)階段采用新型路基填料進(jìn)行路基填筑是較為常用的方式。新型路基填料主要包括土工合成材料等，該材料是通過在土體內(nèi)部摻加高分子聚合物材料，充分拌和均勻，形成具有優(yōu)良性能的混合物填料。此填料碾壓成型后可形成與土工膜類似的結(jié)構(gòu)，顯著增強(qiáng)路基抗?jié)B性能，同時可有效增大土體密實(shí)度，使其形成致密穩(wěn)定的整體結(jié)構(gòu)，從而有效分散局部壓力，防止應(yīng)力集中現(xiàn)象，從根本上控制不均勻沉降。但與普通填料相比，該材料成本較高，主要用于穩(wěn)定性要求較高的區(qū)域[9]。

3.2 壓實(shí)控制

壓實(shí)度是評價路基施工質(zhì)量的重要指標(biāo)，對控制路基不均勻沉降具有重要作用。實(shí)際施工中，通過調(diào)整路基壓實(shí)質(zhì)量，能有效降低路橋過渡段不均勻沉降，實(shí)現(xiàn)過渡段路基與橋臺、普通路基的可靠連接。嚴(yán)格按照施工規(guī)范要求對臺背區(qū)域?qū)嵤┠雺?，以有效確保壓實(shí)度滿足設(shè)計要求；同時，對于臺背根部、翼緣部位外側(cè)區(qū)域根據(jù)設(shè)計要求實(shí)施控制。具體碾壓施工時，采用鋼輪壓路機(jī)，并配備具有較強(qiáng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的施工人員輔助施工，壓實(shí)過程中嚴(yán)格控制碾壓速率，保持勻速、緩慢碾壓；沿中軸線逐步靠近基座位置，通過不斷變換方向反復(fù)擠壓的形式，提高壓實(shí)效果；針對壓路機(jī)難以碾壓的局部位置，采用小型夯實(shí)機(jī)械進(jìn)行夯實(shí)，但在臺背位置，應(yīng)科學(xué)控制夯擊荷載，避免對臺背造成破壞。特殊情況下，可采用補(bǔ)強(qiáng)加固方式進(jìn)行加固處理。

3.3 地基處理控制

地基處理施工時，應(yīng)重點(diǎn)針對臺背軟土區(qū)域進(jìn)行加固處理，其加固原理主要是通過設(shè)置樁基的形式對軟土地基實(shí)施加固，從而有效降低軟土地基沉降系數(shù)，具體可通過直接下樁與側(cè)面下樁方式完成，其樁基加固示意圖如圖4所示。

圖4 不同下樁方式的路基加固技術(shù)

直接下樁方式主要應(yīng)用于新建路橋工程中，而側(cè)面下樁則在舊路橋工程地基加固中較為常用。路橋過渡段地基加固處理時，除下樁方式存在差異外，根據(jù)樁體材料的不同，又分為CFG樁、水泥土攪拌樁、預(yù)制混凝土管樁等3種類型，具體情況如下：

（1）水泥土攪拌樁具有施工簡便、技術(shù)可靠等優(yōu)點(diǎn)，適用于軟土塑性較強(qiáng)且有機(jī)質(zhì)含量豐富的地層中，其最大有效加固深度為15 m，當(dāng)深度大于15 m加固效果不明顯。

（2）CFG樁主要材料為水泥粉煤灰碎石，其加固效果較為顯著。單根樁應(yīng)力比為24～29，最高可達(dá)35，尤其適用于軟土路基加固處理，但對于深度超過15 m的軟土層難以實(shí)施加固，綜合造價較高。

（3）預(yù)制混凝土管樁由工廠統(tǒng)一生產(chǎn)，預(yù)制完成后運(yùn)至現(xiàn)場進(jìn)行施工，操作較為簡便，具有較高的應(yīng)力比，能夠用于深度較大的軟土地基加固[10]。

4 結(jié)語

綜上所述，路橋過渡段作為路基與橋臺連接區(qū)域，基底結(jié)構(gòu)形式存在較大差異，施工處治不當(dāng)，極易產(chǎn)生不均勻沉降問題，嚴(yán)重影響道路運(yùn)營安全，縮短運(yùn)營年限。為此，該文基于設(shè)計視角對路橋過渡段沉降控制進(jìn)行全面分析，提出了科學(xué)有效的不均勻沉降控制方案。公路工程建設(shè)時，應(yīng)結(jié)合路橋過渡段不均勻沉降形成原因，科學(xué)進(jìn)行路基結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過科學(xué)有效的施工技術(shù)，有效控制不均勻沉降。同時，應(yīng)科學(xué)做好材料控制、壓實(shí)控制、地基加固處理等各項(xiàng)工作，最大限度地提升路橋過渡段不均勻沉降控制效果，保證公路運(yùn)營安全。

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