軟土地基路橋過渡段差異沉降規律及優化方案研究

金延俊 王 波

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軟土地基路橋過渡段差異沉降規律及優化方案研究

金延俊1王 波2

（綿陽職業技術學院 建筑工程系 綿陽 621000）

隨著我國經濟快速的發展，公路工程在被快速拉動的同時也顯現出來越來越多的問題。其中最具代表性的難題便是 “橋頭跳車”現象。在路橋的過渡段，特別是軟土地基上，“橋頭跳車”表現的特別突出。有效地防治“橋頭跳車”能夠使行駛的車輛更安全以及更舒適，并且能夠減少巨額的維修以及養護費用。我們將通過一些數據來說明并得出差異沉降的分布規律，通過該規律來提出差異沉降控制的優化方案，從而解決“橋頭跳車”現象。

橋頭跳車；差異沉降；優化方案

1 引言

在我國公路飛速發展時期，隨著公路的運行，各類問題開始逐漸呈現出來。“橋頭跳車”便是首當其沖需要解決的一個大問題。這個現象已經影響到行車的安全以及舒適性以及對公路的運營維護造成不小的傷害，它需要得到更多的關注并且被解決。[1]。在軟土地基上，由于軟土質中的孔隙比、含水量、抗剪強度以及滲透系數等因素的影響，導致“橋頭跳車”現象突出。將直接影響著公路的使用壽命、運營質量以及服務水平 [2]。所以，我們需要將“橋頭跳車”現象形成的原因以及找出其形成規律進行研究，并提出有效合理的“橋頭跳車”優化方案來解決。

2 “橋頭跳車”的危害性

2.1安全性

在車輛通過由于差異沉降形成的沉降臺階時發生碰撞而騰空，當車輪下落，車輛便會造成轉向不穩或產生制動，從而車輛便會橫向失穩跑偏或翻車。與此同時，橋臺、支座、搭板和伸縮縫等會由于“橋頭跳車”現象也導致損壞加劇。

2.2舒適性

在公路的過渡段，顛簸以及不同程度的沖擊都會造成車內人員的不適，行車的舒適性因此降低。以金杯客車作為實驗用車，駕駛人員以及4名進行關于舒適性體驗數據采集，通過數據顯示得出：車輛行駛至橋頭跳車的路段，車上人員有強烈的顛簸感[且他們的心率有明顯的上升情況[3,4]。

2.3經濟性

如果要保證良好的交通運行情況，那么對于橋頭跳車”形成的沉降臺階進行修護，但是針對修護會耗費大量的人力、物力以及財力。同時，當司機加速或減速經過路橋過渡段時，汽車油耗會有明顯的增加，排放的尾氣會造成嚴重的大氣污染 [5]。

表1-1 高速公路因橋頭跳車而增加的油耗

3“橋頭跳車”成因

由于過渡段的橋臺后的土體路基長期在交通行駛荷載中累積沉降以及在自重作用下壓縮變形、地基固結沉降和臺背間的填土不一致，從而導致沉降，產生“橋頭跳車”現象。我們通常通過不設搭板過渡段的沉降—“錯臺型”以及設搭板過渡段的沉降—“折現型”來解決橋臺后差異沉降如下圖[6,7]。

圖1-1 不設搭板差異沉降模型 圖1-2 設置搭板差異沉降模型

3.1地基固結沉降

在設計過程中，以控制地基和基礎的沉降為首要任務，采用剛性橋臺結構。所以橋臺在施工后進行沉降的可能性極小，小到可以不及。那么，地基的固結性沉降原因是由于天然地表原因產生，從而造成橋頭跳車現象[8]。

3.2路基壓縮沉降

根據施工作業流程，橋臺建造完后再進行臺背的回填，那么在施工過程中由于橋頭段施工面較窄，無法大面積開展土方壓實工作，臺背部分地區不能完全壓實從而導致在自重應力下（密實度增加）不斷壓實的路堤形成差異，最終路基形成壓縮沉降。

3.3其他的影響因素

（1）雨水的滲入：雨水順著梁和道路的連接處的縫隙滲進來，對路面的結構層以及路堤進行沖刷，外部車輛荷載對各個結構層進行沖擊，導致橋頭與道路過渡處出現沉陷，從而形成“橋頭跳車”。

（2）溫度的循環：搭板和土體由溫度膨脹系數不同，產生熱脹冷縮現象，從導致搭板和土體逐漸被托空。搭板與土體在外力作用下，產生的孔隙越來越大甚至斷裂，從而導致跳車現象。

（3）施工的設計：在施工過程中，軟弱地基部分不做處理，填料選擇不滿足要求，施工工序不符合流程都會導致導致車輛在行駛時對路堤荷載產生沉降[9]。

4“橋頭跳車”的防治

國內外學者針對針對“橋頭跳車”現象展開深入研究，并提出以下措施進行防治：

4.1 軟基處理

（1）排水固結法：從應力路徑的角度出發，利用真空聯合堆載以及低強度混凝土樁處理軟土地基。分析真空預壓排水固結強度增長機理，利用有效固結應力法強度增長來真空預壓軟土強度增長的規律[10]。

（2）強夯加固法：根據三維有限元法來模擬軟土地基，通過對大變形幾何非線性三維有限元方法對強窮加固效果進行數值模擬，從而得出得到在不同夯擊能、不同夯擊次數作用下土體塑性區的具體情況，從而來有效預測強夯加固區在空間的分布規律。

（3）復合地基法：利用砂樁對臺后填土進行處理，由砂樁和樁間土體共同承受路橋過渡段形成了外部荷載的復合基地。利用低強度混凝土樁復合地基的優勢加固軟土地基，從而解決橋頭跳車的問題[11,12]。

4.2柔性橋臺

為實現“剛柔過渡”，路堤填土以及橋臺構造物間的剛度差必須要在可控范圍內變化，我們進行了以下研究 [13]。利用對三維有限元的數值分析方法對路基與土工格網之間的綜合摩阻力、不同土工格網鋪設間距對復合土反應模量的影響進行分析，發現較理想的土工織物間距為30-50㎝[14]。

4.3 搭板設計

橋頭搭板帶有一定的坡度時，所對應路面的鋪裝層厚度發生改變，將橋頭搭板作為可抬升的都能很好處治橋頭跳車[15]。為了使搭板下方的填料不會出現嚴重脫空而導致搭板斷裂。搭板尺寸和搭板尾部枕梁的設計方法，橋頭搭板的承載能力必須滿足設計要求。采用過渡性路面來處理路橋過渡段，過渡性路面改造的補強設計、加鋪罩面、病害處治。實踐證明，經過處理的路面狀況良好，對“橋頭跳車”現象的控制都起到了較好的處治效果。

[1]張婷婷,項怡強.橋頭跳車對行車安全性影響評估系統實現[J].中國市政工程.2009.

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[3]肖念婷,楊有海,師歌.橋頭跳車及防治措施研宄綜述[J].公路交通技術.2008.

[4]杜志剛,潘曉東.基于人機工程學的山區公路橋頭跳車分析評價[J].中南公路工程.2007.

[5]章小軍.淺談橋頭跳車現象對道路交通系統的影響[J].黑龍江交通科技.2013.

[6]張慧明,徐玉勝.深圳軟土變形特性與工后沉降[J].巖土工程學報,2002.

[7]賈其軍,王曉謀.袋裝砂井處理河灘相軟土固結沉降研宄[J].中國公路學報,2003

[8]李又云.軟土結構性對滲透及固結沉降的影響[J].巖石力學與工程學報,2006.

[9]馮志剛,朱俊高.常規次固結沉降計算方法的改進研究[J].巖土力學,2010.

[10]陳保國,駱瑞萍.軟土地基上高填方剛性涵洞地基承載力分析[J].巖土力學,2013.

[11]徐宏,鄧學均.真空預壓排水固結軟土強度增長規律性研宄[J].巖土工程學報,2010.

[12]包旭范,高強.強夯加固軟土地基機理的有限元分析[J].中國鐵道科學,2005.

[13]孟杰,趙明華.砂樁復合地基防止橋頭跳車的研宄[[J].西安公路交通大學學報,2001.

[14]周建.高速公路軟土地基低強度應用研宄[J].地基處理.2002.

[15]曾開華,俞建霖,龔曉南.高速公路通道軟基低強度混凝土樁處理試驗研究[J].巖土工程學報,2003.

金延俊（1986.1-），女，漢，山東省煙臺市，綿陽職業技術學院，碩士研究生，助教，研究方向為結構工程、建筑工程造價等。

項目名稱：四川省教育廳理科一般項目 17ZB0217 軟土路基路橋過渡段差異沉降規律及處治技術研究

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1007-6344（2017）03-0355-01