公路路基橋梁過渡段差異沉降處治技術研究

何雨佳

寧夏路橋工程股份有限公司 寧夏 銀川 750001

1 路橋過渡段差異沉降分析

公路路基與橋梁過渡段差異沉降以橋頭跳車為主要表現和危害，其主要由橋面板、橋臺及其基礎、臺背路基及其基礎的設計與施工所引起。其中地基沉降為引起橋臺沉降的主要因素，設計過程中一般將橋跨結構對沉降的限制均給予了考慮，因此工后沉降在正常情況下可忽略不計；對于填方路基，其沉降主要包括填土沉降與地基沉降兩部分，具體影響因素為：①路基高度、自重、結構、材質、成型方式與時間；②軟基深度、厚度以及性質；③地質水文條件中的地下水位。不管是在縱斷面還是橫斷面上，橋頭路基沉降均呈現為不均勻形式，而橋頭跳車主要由縱斷面不均勻沉降所引起[1]。

2 路橋過渡段差異沉降處治

2.1 處治范圍確定

路橋過渡段差異沉降值與不產生跳車的允許坡度共同決定了處治長度，通常而言，差異沉降越大，處治長度越長，反之則越短。研究表明：當橋臺與穩定段路基坡度限制在0.4%～0.6%范圍時，正常行車不會產生“跳車”的感覺。路橋過渡段處治長度L可按下式2-1計算：

式中：Δh為路基與橋臺連接處工后差異沉降允許值，對于高速公路與一級公路，《公路軟土地基路堤設計與施工技術規范》（JTJ017—96）規定Δh應≤0.1m；Δi為允許坡降，通常取值0.4～0.6%。

通過上式計算，路橋過渡段處治長度L為16.7～25m，但在實際情況下，臺背往后約10m距離為差異沉降產生的集中區域，處治范圍如若過長，不僅會增加技術難度，同時也加大了成本投入。故此，通過綜合分析，路橋過渡段處治長度以5～12m為宜。

由上式2-1反算可知，在處治長度L為5～12m的情況下，要想實現最優化處治效果，過渡段工后差異沉降值則應≤0.07m。當橋臺填方路基處為軟土地基或地基承載力達不到設計要求時，應先實施軟基處理后再填筑路基，以此減小橋臺與路基工后差異沉降量。

2.2 處治技術分析

（1）橋頭搭板。在我國目前高等級公路建設中，設置橋頭搭板為控制路橋過渡段差異沉降的常見措施，其原理是通過搭板將臺背不均勻沉降集中區進行有效分散，使柔性路基較大沉降與剛性橋臺間形成過渡段，以此達到平順坡度、控制坡降的效果，進而消除橋頭跳車現象，提升車輛通行平穩性與舒適性。

從理論上講，橋頭搭板的設置可對橋頭跳車現象進行有效控制，但在實際應用中受施工質量的影響，一般很難達到理想效果，主要原因表現為：①受施工條件的限制，搭板底部通常為路基填筑碾壓難度較大部位，易因壓實度控制不嚴而出現板底脫空現象，在重載交通作用下，往往表現為板體斷裂；②搭板端頭（靠近路基端）容易出現應力集中現象，從而使其發生較大沉降，特別是在臺背高填土情況下，往往會因搭板端部過大沉降而引發“二次跳車”現象。因此，單獨設置搭板一般很難實現橋頭跳車現象的消除，而是往往與其他處治措施結合使用，若受條件限制只能單獨設置搭板時，建議臺背填土高度h≤3m。

（2）土工格柵網加筋土。①處治機理。加筋土處治技術主要是將土工格柵（網）等特種合成材料分層平鋪于填土結構中，其中靠近橋臺一端錨固在臺背上，縱斷面總體呈現為倒梯形，該技術的運用效果為：①利用錨固加筋材料一端的張拉作用，可分層抑制臺背局部范圍內填料順臺背的沉降現象；②由于加筋材料在水平方向是按一定層厚鋪設，在其傳遞作用下，使沒有直接接觸的土顆粒受到約束，從而使加筋材料與土體顆粒接觸面以及土體顆粒自身之間的摩擦咬合作用增強，有效轉移或擴散了土體內部的部分應力，使其在局部荷載作用下的受力狀態因荷載沿土體深度方向擴散范圍的擴大而得到有效改善，以此達到抑制土體壓縮沉降的目的，即相當于使土體抗變形能力得到提升，在柔性路基與剛性橋臺之間起到剛柔過渡的作用。

②加筋原理。受豎向附加應力的作用，路橋過渡段填土會于水平方向產生剪應力與側向位移。在土工格柵與土體剛度差異的影響下，受力狀態下二者變形程度不同，故而會因相對位移或相對位移趨勢的產生而形成摩擦力，即稱為“表面摩擦力”；除此之外，由于土工格柵孔格對其內部土顆粒的側向滾動與滑移具有一定的約束作用，因此被約束土顆粒與相鄰土顆粒間同樣也會因相對位移或相對位移趨勢的產生而形成摩擦力，即稱為“橫肋阻力”或“咬合力”。在表面摩擦力與橫肋阻力的共同作用下，土體側向位移因土顆粒滾動與滑移的有效約束而在整個格柵平面上得到了限制。

（3）石灰土換填。臺背石灰土換填為我國當前較為常用的一種處治措施，其主要是利用了石灰土較大模量的特征，以此減小路基自身壓縮性能，降低工后沉降量。對于路橋過渡段差異沉降的處治，換填機理為通過某種半剛性材料的運用，同時在行車方向對其厚度進行變化控制（橋臺處厚于路基處），由于其剛度介于（混凝土）臺背構造物材料與路基土之間，因此在回填整體剛度上從路基向橋臺方向為逐漸增大，從而使差異沉降由路基向橋臺方向呈逐漸過渡趨勢，以此實現臺背回填的剛柔過渡，消除橋頭跳車現象。

在石灰土混合料內部，土體與石灰之間在經一系列化學反應后對原土性質從根本上予以改變。在反應初期，主要表現為土體團結、塑性降低、最大干密度減小與最佳含水量增大等；而在反應后期，則主要以結晶物的形成使混合料板體性、穩定性以及整體強度提升為表現。

基于石灰土強度形成機理的分析，石灰混合料內部的化學反應主要為離子交換反應、Ca(OH)2結晶反應與碳酸化反應。通過多種反應的綜合作用，黏土膠粒在絮凝后生成Ca(OH)2、CaCO3、Ca2SiO4（含水硅酸鈣）與CaAl2O4（含水鋁酸鈣）等膠凝物，并且在轉化成晶體狀態使石灰土強度、剛度與穩定性得到提升[2]。

3 結束語

以提升公路行車舒適性與安全性為目的，本文從橋臺搭板、土工格柵與石灰土換填三方面分析了路橋過渡段差異沉降的處治技術，論述內容雖不全面，但在一定范圍內對實際施工具有指導意義。