路橋過(guò)渡段不均勻沉降的原因分析及其防治措施

程遠(yuǎn)學(xué)

摘要：高速公路營(yíng)運(yùn)過(guò)程中，橋梁臺(tái)后搭板斷裂及不均勻沉降普遍存在，往往導(dǎo)致橋臺(tái)跳車現(xiàn)象的發(fā)生。文章分析了路橋過(guò)渡段不均勻沉降產(chǎn)生的原因，提出了治理不均勻沉降的一些措施，總結(jié)了當(dāng)前我國(guó)常用的路橋過(guò)渡段不均勻沉降處理方法，最后介紹了一種新的沉降處理方法。

關(guān)鍵詞：路橋過(guò)渡段；不均勻沉降；壓實(shí)度；位移；應(yīng)力；土工格柵

中圖分類號(hào)：TU434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2009）15-0191-02

高速公路營(yíng)運(yùn)過(guò)程中，橋梁臺(tái)后搭板斷裂及不均勻沉降普遍存在，往往導(dǎo)致橋臺(tái)跳車現(xiàn)象的發(fā)生。橋頭跳車不僅影響行車的安全、速度、舒適及人們對(duì)高速公路的總體評(píng)價(jià)，影響公路使用性能和運(yùn)輸效益的發(fā)揮，同時(shí)也影響車輛的使用壽命，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。因此，橋頭跳車已成為高等級(jí)公路營(yíng)運(yùn)中急需解決的問(wèn)題。

一、路橋過(guò)渡段產(chǎn)生不均勻沉降問(wèn)題的分析

（一）橋頭搭板設(shè)計(jì)欠妥

橋頭過(guò)渡段多采用搭板結(jié)構(gòu)，而設(shè)置搭板后的橋頭跳車現(xiàn)象依然存在，分析其原因有兩方面：第一，根據(jù)橋梁的長(zhǎng)度，橋頭設(shè)置搭板長(zhǎng)度分為：大中橋搭板長(zhǎng)度為8m，小橋及涵洞搭板長(zhǎng)度為5m，而在施工中橋頭路堤處于高填方，路橋間相對(duì)沉降量大，而搭板長(zhǎng)度不足以起到順接作用，車輛行駛時(shí)往往出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象；第二，搭板強(qiáng)度不夠，產(chǎn)生斷板引起橋頭線形突變，出現(xiàn)橋頭跳車。

（二）橋頭地基處治不利

在橋頭，有些存在軟土地基，由于地基沉降引起的橋頭跳車現(xiàn)象依然存在，分析原因主要有兩方面，一方面是施工圖的設(shè)計(jì)方面，對(duì)地基的探測(cè)和物理力學(xué)性質(zhì)研究不全面，造成橋頭路基處治遺漏或采取的處治方法不當(dāng)。另一方面是采用的軟土地基處治理論計(jì)算方法和軟土地基的實(shí)際情況有差距，使軟土處治不能達(dá)到預(yù)期效果，不能滿足《道路軟土地基路堤設(shè)計(jì)和施工技術(shù)規(guī)范》的技術(shù)要求。

（三）橋頭路堤邊坡防護(hù)措施不妥

從道路橋頭路堤的施工可知，臺(tái)背路堤填土常采用砂類、滲水性土作為填料，不考慮防水和排水設(shè)施，通常對(duì)橋臺(tái)處于長(zhǎng)期浸水路段，采用漿砌片石護(hù)坡，而其他橋臺(tái)路段，只在錐坡范圍設(shè)置漿砌片石護(hù)坡，臺(tái)背設(shè)置防格網(wǎng)草護(hù)坡或草皮護(hù)坡，但是，從道路改建、水毀和收尾工程偵查過(guò)程發(fā)現(xiàn)，許多橋頭路堤沉降較嚴(yán)重的地方，長(zhǎng)伴隨錐坡和護(hù)坡水毀，分析其原因，雨水對(duì)路堤的沖刷和侵蝕防格網(wǎng)草防護(hù)等路堤邊坡防護(hù)措施未能起到保護(hù)路基免受雨水侵害的作用，所以橋頭路堤邊坡防護(hù)措施及臺(tái)背防水和排水設(shè)施的不適當(dāng)，促使臺(tái)背填土流失，路基強(qiáng)度降低，在行駛車輛長(zhǎng)期作用下，過(guò)渡段填土塑性變形，誘發(fā)橋頭路堤不均勻沉降，出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象。

（四）橋臺(tái)臺(tái)背路堤壓實(shí)度不滿足要求

從城市道路工程建設(shè)可知，幾平所有的橋梁、通道和明涵都要求臺(tái)背填土處治，而臺(tái)后填土壓實(shí)度由施工用料、機(jī)械設(shè)備、施工順序、施工經(jīng)驗(yàn)、施工作業(yè)面等工程管理因素的影響。施工過(guò)程涉及各個(gè)方面：從道路施工調(diào)查結(jié)果可知，臺(tái)背填土普遍存在壓實(shí)不足的問(wèn)題，這是造成路橋過(guò)渡段不均勻沉降的基本原因之一。

二、路橋過(guò)渡段施工采取的措施

（一）加強(qiáng)路橋過(guò)渡段的施工組織設(shè)計(jì)

對(duì)于施工方案和施工組織設(shè)計(jì)必須達(dá)到以下要求：要講究科學(xué)的編制程序和方法；編制時(shí)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和比較，做到設(shè)計(jì)優(yōu)化，保證施工方案和施工組織設(shè)計(jì)的質(zhì)量。過(guò)渡段的施工組織設(shè)計(jì)應(yīng)該有利于減少路橋間的沉降差，在橋臺(tái)結(jié)構(gòu)完成后盡快安排過(guò)渡段陸地與一般填土路堤的施工，使用同樣壓實(shí)能量的壓實(shí)機(jī)械把過(guò)渡段路堤與一般路堤的碾壓面按大致相同的高度進(jìn)行填筑碾壓，分層填筑時(shí)，每層松鋪厚度必須控制在15cm內(nèi)，并在臺(tái)背墻上劃上記號(hào)，以保證厚度的均勻性，方便施工人員檢查。在路堤和橋臺(tái)連接部位，路堤與錐坡預(yù)壓填土應(yīng)同步填筑碾壓，使用大型機(jī)械碾壓困難時(shí)可改用小型振動(dòng)機(jī)充分壓實(shí)。

（二）加強(qiáng)路堤填料的選擇實(shí)施

不同土壤在相同壓實(shí)機(jī)具下達(dá)到同等壓實(shí)度時(shí)的壓實(shí)變數(shù)和松鋪厚度的關(guān)系，從試驗(yàn)結(jié)果比較各種土壤的技術(shù)指標(biāo)，選出最適宜的土壤作為填料。

由于基層質(zhì)量不好而引起的干縮比較小。但對(duì)于礦質(zhì)集料粒徑過(guò)小，細(xì)集料較多的，則容易產(chǎn)生裂縫。通過(guò)江平道路二灰碎石裂縫處鉆芯發(fā)現(xiàn)，基層混合料石屑過(guò)多，起骨架作用的石子含量偏少，導(dǎo)致二灰碎石基層的收縮應(yīng)變過(guò)大。對(duì)基層反射裂縫的控制主要從以下兩點(diǎn)：

1．二灰碎石混合料配比、集料級(jí)配方面進(jìn)行控制。根據(jù)實(shí)踐情況，原規(guī)范連續(xù)級(jí)配偏細(xì)，實(shí)際施工時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加粗集料，膠結(jié)料適當(dāng)減少，以改善二灰碎石的線性收縮系數(shù)。

2．此外，控制拌和時(shí)的含水量，注意正確的運(yùn)輸方式，保證在最佳含水量進(jìn)行碾壓并注意養(yǎng)護(hù)，保持二灰碎石基層表面的濕潤(rùn)，能有效減少基層收縮裂縫。

（三）在裂縫開(kāi)展后及時(shí)進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)

對(duì)瀝青路面早期開(kāi)展的非荷載疲勞裂縫，要根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的措施。

1．如裂縫不寬，一般采用灌縫處理，通常在秋冬交替時(shí)，采用可常溫下施工的乳化瀝青進(jìn)行灌縫。如果是加熱的瀝青，則容易由于溫度的迅速下降而難以浸透到裂縫深處。目前國(guó)內(nèi)已開(kāi)發(fā)出一種合成橡膠填縫材料，可直接填縫，30min后通車。

2．若裂縫開(kāi)展較大，可沿裂縫兩側(cè)切割成15～20cm寬的條形槽，深度為面層的一半。將下層縫隙中清理干凈，采用瀝青砂填縫，再將槽中涂刷粘層油，鋪土工格柵作為應(yīng)力吸收層，再用細(xì)粒式瀝青混凝土填筑碾壓密實(shí)。干容重較大的砂類土或滲水性好的材料，這樣的材料強(qiáng)度高，容易壓實(shí)，當(dāng)采用非滲水性材料時(shí)，應(yīng)在土中摻加外加劑，如石灰、水泥等，嚴(yán)禁使用淤泥以及含草皮、樹(shù)根和其他雜物的土作為填料。

（四）加強(qiáng)壓實(shí)要求

臺(tái)背路堤填土應(yīng)與錐坡填土同時(shí)進(jìn)行，并按設(shè)計(jì)寬度一次填土，分層填筑過(guò)程， 每層的壓實(shí)厚度不超過(guò)15cm，其施工順序?yàn)槠囆锻?、推土機(jī)平整、灑水或涼曬、人工平整、壓路機(jī)碾壓、壓實(shí)度檢測(cè)，壓路機(jī)碾壓過(guò)程中，既要保證壓實(shí)度，同時(shí)又要注意不損傷臺(tái)身，具體要求為：采用振動(dòng)壓路機(jī)碾壓時(shí)，除對(duì)臺(tái)背路堤填土與路基土方連接處必須加以振動(dòng)；增強(qiáng)碾壓效果外，橋臺(tái)附隱若現(xiàn)采用不振動(dòng)靜壓并慢速碾壓，以免損傷橋臺(tái)；檢查填土松鋪厚度、平整度和含水量，符合要求后進(jìn)行碾壓；根據(jù)壓實(shí)試驗(yàn)提供的松鋪厚度和控制壓實(shí)遍數(shù)進(jìn)行壓實(shí)。

三、過(guò)渡段不均勻沉降處理方法

橋面板、橋臺(tái)及其基礎(chǔ)和臺(tái)背路基及其基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與施工是引發(fā)問(wèn)題的主要因素。橋臺(tái)沉降主要是由地基沉降引起，在正常情況下其工后沉降量都很小。路堤沉降的原因是多方面的，與地址、水文條件、路堤設(shè)計(jì)和路堤的施工方式及施工標(biāo)準(zhǔn)、時(shí)間有關(guān)。國(guó)內(nèi)針對(duì)橋頭跳車開(kāi)展了大量研究，治理方法見(jiàn)表1：

四、用土工格柵處理過(guò)渡段不均勻沉降

國(guó)內(nèi)長(zhǎng)沙理工大學(xué)率先提出用士工格柵加筋土技術(shù)，解決橋臺(tái)臺(tái)背填料沉降的方法，在多條高速公路得到了應(yīng)用，結(jié)果表明加筋起到了有效消除橋頭跳車的目的，使用效果良好。

（一）土工格柵加筋機(jī)理

從微觀角度講，路橋過(guò)渡段的粗顆粒填料在高壓力及低孔隙率的條件下，使土體體積變化的物理作用包括土粒的彎曲、滑移、滾動(dòng)和壓碎，其中土粒的滑移、滾動(dòng)與土?；啤L動(dòng)與土粒的摩擦力關(guān)系密切。增加土粒間的摩擦，限制土粒的滑移和滾動(dòng)可以減少土體的變形。從宏觀的角度來(lái)說(shuō)，路橋過(guò)渡段的差異沉降主要是由于過(guò)渡段路基填土的壓密下沉（孔隙比減少）和側(cè)向位移引起的。其中，路基填土的壓密下沉為永久下沉，是由填土的自重產(chǎn)生的，它發(fā)生在兩個(gè)時(shí)間段：一是施丁階段的下沉；二是工后下沉。前者不必考慮，因?yàn)榭傄畹皆O(shè)計(jì)標(biāo)高。設(shè)計(jì)關(guān)心的是工后下沉，它對(duì)于后期的運(yùn)營(yíng)將產(chǎn)生較大的影響。所以，減少沉降差的關(guān)鍵在于減少路堤填土的側(cè)向位移。從微觀和宏觀的角度分析了沉降差的產(chǎn)生機(jī)理后，就不難發(fā)現(xiàn)土工格柵處理路橋過(guò)渡段是十分適合的。

過(guò)渡段的填土在豎向附加應(yīng)力作用下，會(huì)產(chǎn)生水平方向的剪應(yīng)力和側(cè)向位移。由于土與格柵的剛度不同，受力后的變形也就不同。兩者之間產(chǎn)生相對(duì)位移趨勢(shì)或相對(duì)位移，進(jìn)而產(chǎn)生摩擦力，這個(gè)摩擦力一般稱為“表面摩擦力”；同時(shí)，由于格柵孔格約束了其內(nèi)部土粒的側(cè)向滑移與滾動(dòng)，這部分土粒與相鄰的土粒之間也產(chǎn)生相對(duì)位移趨勢(shì)或相對(duì)位移，從而產(chǎn)生摩擦力，這個(gè)摩擦力，一般稱為“咬合力”或“橫肋阻力”?！氨砻婺醪亮Α焙汀耙Ш狭Α?使格柵限制了土粒的滑移和滾動(dòng)，在整個(gè)格柵平面上限制了土體的側(cè)向位移。格柵對(duì)于產(chǎn)生沉降的關(guān)鍵因素發(fā)生了作用，因而，采用格柵處理路橋過(guò)渡段的問(wèn)題是合理的。

（二）土工格柵對(duì)土中應(yīng)力和位移的影響

格柵與上體接觸界面的剪應(yīng)力，可以合理地解釋格柵對(duì)于土體的加筋作用。格柵與土體一起承受外部和內(nèi)部的豎直荷載作用，并產(chǎn)生變形。由于格柵的抗拉剛度大于土體，其與接觸而上的土粒問(wèn)產(chǎn)生位移趨勢(shì)或位移，格柵兩側(cè)的土粒受到約束，土粒間以及土粒與格柵間的摩擦咬合作用增強(qiáng)，在土與格柵界面上產(chǎn)生剪應(yīng)力。土與格柵界面上的剪應(yīng)力，改變了土體中的水平正應(yīng)力σ的大小和分布，進(jìn)而改變了土體中的位移；同時(shí)，它減小了土工格柵界面以下土體的附加應(yīng)力，從而使土體豎向縮變形量減小。所以格柵與土體接觸面的界面剪應(yīng)力，對(duì)于加筋復(fù)合體的變形性能起著關(guān)鍵的作用。

五、結(jié)語(yǔ)

路橋過(guò)渡段產(chǎn)生不均勻沉降問(wèn)題必須根據(jù)工程實(shí)際，進(jìn)行全過(guò)程的系統(tǒng)的科學(xué)管理，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)控制施工中的各個(gè)環(huán)節(jié)工序的工程質(zhì)量，從而減輕橋頭跳車現(xiàn)象提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

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