路橋過渡段路基病害成因及處治

韓利明

(山西省公路局晉中分局，山西晉中 030600)

改革開放以來，我國的公路橋梁建設取得了巨大成就。但在道橋投入使用后，存在著一個普遍問題，即路橋過渡段路基的差異沉降，使得路面形成臺階或顯著的縱坡變化，導致橋頭跳車現象的產生，不僅直接影響行車速度，也影響到行車的舒適與安全，加速橋臺、橋頭路面及橋梁伸縮裝置的破壞，甚至造成交通事故的發生，從而產生不良的社會影響。滬嘉高速自建成起，六年共五次對大多數橋頭進行處理，治理費用驚人。在美國，每年花費在路橋過渡段維修上的費用達到1億美元以上。可以說，橋頭跳車是一種世界范圍內的公路病害，是影響公路使用質量的重要因素，是困擾國內外公路建設者的一大難題。

1 路橋過渡段路基病害成因

路橋過渡段路基病害形成橋頭跳車，主要表現形式有兩種:

一是在橋頭不設搭板時，車輛行駛時速在60～140時，當橋臺與路堤銜接處形成的錯臺高度在1.5 cm以上時，車輛行駛速度明顯受到影響，同時產生顛簸形成跳車現象。

形成錯臺的成因主要有:1)路堤整體滑移(見圖1)，表現為:當路堤邊坡過陡或者邊坡受到破壞后，在上部重復荷載作用下形成的路面縱向裂縫或者是路堤沿破裂面整體下滑。在樁柱式埋置式橋臺時，臺前的土體一般是處于無側限受壓狀態。當錐坡受到破壞時，同時受自重以及車輛荷載的反復沖擊，造成土體向橋內移動，形成路面橫向裂縫或者是路基的整體下滑，使得橋頭部位路面產生較大的豎向位移，造成橋頭跳車現象的發生。2)路基與橋臺間形成臺階，主要表現在:a.在臺背與過渡段結合處發生的局部沉降，由于沉降深度距離橋臺背很近，從而形成錯臺;b.由于各種原因導致的橋頭路基整體下沉(見圖2)。3)路面凹陷(見圖3)，表現為:路面破壞嚴重，坑坑洼洼，凹凸不平，在我國公路中是一種常見病害。主要特征有:a.路橋過渡段路基或是地基的不均勻沉降，從而使得路面出現凹陷不平的現象;b.最大沉降距離橋臺位置較近。

二是當橋頭設置搭板時，搭板路基端沉降導致的過渡段縱坡變化對行車舒適度有著重要影響。國外確定的搭板容許坡差，瑞典為4‰，法國為3.8‰～6‰。根據我國開展的一些行車調查表明，當車輛行駛時速為90～100時，搭板縱坡變化在4‰～6‰以下時，不會影響行車舒適性。

過渡段縱坡變化較大形成跳車的成因主要有:1)搭板斷裂(見圖4)，原因有:a.路基發生不均勻沉降導致的搭板底部脫空，當搭板受到車輛的重復荷載作用時，容易沿脫空區應力集中的位置發生斷裂;b.枕梁部分及其以外的路基沉降較小時也容易造成搭板斷裂;c.搭板較薄，當不足以單獨支撐上部荷載時發生斷裂。2)搭板與路堤形成的縱向坡度差(見圖5)，將搭板應用于橋頭跳車處治方面的成功實例很多，但搭板的不足之處在于容易形成“二次跳車”，指路堤沉降較大或搭板較短時，使得橋臺與路基的差異沉降難以實現平穩過渡，從而在搭板與路堤銜接處產生轉角的一種現象，俗稱“二次跳車”。3)搭板末端的差異沉降(見圖6)，在道橋施工中，對搭板區段路基的注漿處理可實現有效的控制路基沉降，但對搭板以外路基處理的不足則容易導致這一部位產生差異沉降，導致縱坡變化較大而形成跳車。

圖1 路堤整體滑移

圖2 路基與橋臺間形成臺階

圖3 路面凹陷

從上述病害成因分析中可以看出，橋頭跳車現象最主要是由于路堤沉降導致的。在路橋過渡段中，橋臺與路堤具有兩種不同的剛度，其剛度差異是產生橋頭跳車的重要因素，同時在設計和施工中的一些不合理因素也加劇了病害的發生。

2 路橋過渡段路基病害處治

2.1 常用的橋頭跳車處治方法

國內公路建設者為減少橋頭跳車病害，開展了很多這方面的研究工作，提出了一些處治方法(見表1)，并在工程中積極推廣應用。常見的處治方法都具有一定的適用范圍和局限性，在目前橋頭跳車處治中，既有成功的實例，也有不少失效的案例。

圖4 搭板斷裂

圖5 搭板與路堤形成縱向坡度差

圖6 搭板末端的差異沉降

表1 常用的橋頭跳車處理方法

橋臺與路堤剛度相差比較懸殊，當兩種材料在內部自身及各種外部因素的共同作用下，其變形差異是不可避免的。橋臺沉降主要是橋臺基礎的沉降，包括路基填土沉降和路基下地基沉降。在使用傳統的處治方法進行處理時，由于路基填土既是荷載體又是構造體，路基填土不僅要減少自身變形，還要適應路基下地基產生的沉降變形。對于路基填土，消化自身的變形相對比較容易，而要消化地基變形則十分困難。因此，要消除橋頭跳車，實現橋臺與路堤的變形協調和控制是處治技術的核心。楔型柔性搭板處治技術從消化地基沉降和路橋過渡段剛柔過渡的機理出發，對于協調橋頭差異沉降作用明顯，具有極大的工程應用前景。

2.2 柔性搭板處治的技術原理

楔型柔性搭板處治技術是由長安大學公路學院謝永利教授主導的協調控制橋臺與路堤差異變形而自主研發的一種新型橋頭跳車處治技術。國道312線柳忠高速段、甘肅山臨高速公路及廈門五顯一橋等實例工程應用表明，楔型柔性搭板技術協調橋頭差異沉降作用明顯，是一種成功的處治橋頭跳車病害的方法。

楔型柔性搭板處治橋頭跳車原理:在車輛的重復荷載作用下，土工格室與填料共同作用，從而形成一個具有強大的側向限制和較大剛度的柔性結構層，再結合臺背聯結技術，形成臺后楔型加固體(見圖7)，不僅可有效的消除地基沉降對路堤的影響，還可以有效約束路堤的側向位移和擴散荷載，起到減小路堤豎向位移的作用，實現消除橋頭跳車的目的。

圖7 柔性搭板與橋臺錨固連接形成加固體

2.3 柔性搭板的結構形式

柔性搭板按照橋臺類型不同而分為三種不同的結構形式(見圖8)，分別為:重力式，土工格室各層均固定于臺背;肋板式和樁柱式，土工格室各層則是深入錐坡中一定長度固定。

圖8 柔性搭板的三種結構形式

3 柔性搭板施工

楔型柔性搭板處治技術主要是利用土工格室對土的鎖定及加筋補強作用，約束土體的側向移動和沉降，提高其穩定性，減小因橋臺混凝土與臺后填料兩種不同材料的變形差引起的橋頭跳車及土體不均勻沉降現象。現行規范中沒有相應的施工要求，國外也沒有類似經驗可供參考。作者結合實例工程的施工經驗，總結了一套施工工藝。

3.1 施工工藝

柔性搭板施工流程見圖9。1)施工準備時，機械配合人工整平下承層。2)鉆眼錨固施工。根據設計的各層長寬高等數據進行鉆眼放樣，將鋼筋插入孔眼中，安好卡子，對好插銷并進行錨固。3)張拉土工格室并設立錨固鋼筋。在張拉前，將錨固鋼筋插入并固定土工格室，使其全面鋪開。在作業中，采用鋼釬或錨固鋼筋連接土工格室四周，采用膨脹螺栓將其與橋臺和側墻連接;在張拉格室同時調整插銷對眼;將整個土工格室錨固固定后，必須進行以“牢固、結實”為主的檢查，檢查錨固插銷是否結實，有無裂紋及破損等影響后期使用的因素。4)對接插銷。縱橫向相臨土工格室板塊采用插銷整體連接。5)攤鋪各層土工格室完畢后在其孔眼內填充填料。填筑時，必須分層填筑，采用小型手推振動夯、手推振動壓路機或重型蛙式打夯機等進行碾壓，保證填料的壓實度，確保其鎖定及加筋補強作用得到發揮。

3.2 施工要點

1)第一層土工格室鋪設后，上料填土夯實整平并進行壓實度檢測，檢驗合格后方可進行下一道工序。在施工中，下承層的施工十分重要，是決定土工格室能否達到設計要求的基本條件。2)嚴格控制填料含水量，且必須遵循實驗室確定的層厚進行分層填筑碾壓，填筑時，要遵循“先外后內”的原則依次從外到內進行填筑作業。3)確認層厚和平整度符合碾壓要求后，方能進行碾壓，壓路機和平板振動夯配合使用，嚴禁使用羊足碾，以免土工格室受損。

圖9 柔性搭板施工流程

4 結語

橋頭跳車的處治成果，對于確保公路車輛的交通行駛安全和提高行車舒適度，提高道橋的綜合社會效益，降低公路的后期養護費用具有十分重要的意義。因此，在橋臺背后填筑中推廣和使用土工格室技術，組成柔性搭板，對于改善因橋臺與路基兩種不同性質材料變形差引起的橋頭跳車切實可行，在我國具有極大的應用前景及市場。

［1］ 陳祥益.探討楔形柔性搭板新技術的應用［J］.科技與企業，2012(3):120-121.

［2］ 謝永利.路橋過渡段路基病害特征與處治技術——楔型柔性搭板技術的應用實踐［Z］.2007.

［3］ 張宏光，謝永利，楊曉華.楔型柔性搭板模型試驗［J］.長安大學學報(自然科學版)，2005(3):20-21.

［4］ 高西洋.城市道路路基病害分類與形成機理及影響分析［J］.山西建筑，2011，37(18):124-125.