軟土地基路橋過渡段差異沉降規(guī)律及優(yōu)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(guī)律及優(yōu)化方案研究

金延俊1王 波2

（綿陽職業(yè)技術(shù)學院 建筑工程系 綿陽 621000）

隨著我國經(jīng)濟快速的發(fā)展，公路工程在被快速拉動的同時也顯現(xiàn)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(xiàn)象。在路橋的過渡段，特別是軟土地基上，“橋頭跳車”表現(xiàn)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(yǎng)護費用。我們將通過一些數(shù)據(jù)來說明并得出差異沉降的分布規(guī)律，通過該規(guī)律來提出差異沉降控制的優(yōu)化方案，從而解決“橋頭跳車”現(xiàn)象。

橋頭跳車；差異沉降；優(yōu)化方案

1 引言

在我國公路飛速發(fā)展時期，隨著公路的運行，各類問題開始逐漸呈現(xiàn)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(xiàn)象已經(jīng)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(guān)注并且被解決。[1]。在軟土地基上，由于軟土質(zhì)中的孔隙比、含水量、抗剪強度以及滲透系數(shù)等因素的影響，導致“橋頭跳車”現(xiàn)象突出。將直接影響著公路的使用壽命、運營質(zhì)量以及服務(wù)水平 [2]。所以，我們需要將“橋頭跳車”現(xiàn)象形成的原因以及找出其形成規(guī)律進行研究，并提出有效合理的“橋頭跳車”優(yōu)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(fā)生碰撞而騰空，當車輪下落，車輛便會造成轉(zhuǎn)向不穩(wěn)或產(chǎn)生制動，從而車輛便會橫向失穩(wěn)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(xiàn)象也導致?lián)p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(nèi)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?cè)藛T以及4名進行關(guān)于舒適性體驗數(shù)據(jù)采集，通過數(shù)據(jù)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(jīng)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(jīng)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(jié)沉降和臺背間的填土不一致，從而導致沉降，產(chǎn)生“橋頭跳車”現(xiàn)象。我們通常通過不設(shè)搭板過渡段的沉降—“錯臺型”以及設(shè)搭板過渡段的沉降—“折現(xiàn)型”來解決橋臺后差異沉降如下圖[6,7]。

圖1-1 不設(shè)搭板差異沉降模型 圖1-2 設(shè)置搭板差異沉降模型

3.1地基固結(jié)沉降

在設(shè)計過程中，以控制地基和基礎(chǔ)的沉降為首要任務(wù)，采用剛性橋臺結(jié)構(gòu)。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(jié)性沉降原因是由于天然地表原因產(chǎn)生，從而造成橋頭跳車現(xiàn)象[8]。

3.2路基壓縮沉降

根據(jù)施工作業(yè)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(qū)不能完全壓實從而導致在自重應(yīng)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(jié)構(gòu)層以及路堤進行沖刷，外部車輛荷載對各個結(jié)構(gòu)層進行沖擊，導致橋頭與道路過渡處出現(xiàn)沉陷，從而形成“橋頭跳車”。

（2）溫度的循環(huán)：搭板和土體由溫度膨脹系數(shù)不同，產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)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(chǎn)生的孔隙越來越大甚至斷裂，從而導致跳車現(xiàn)象。

（3）施工的設(shè)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(chǎn)生沉降[9]。

4“橋頭跳車”的防治

國內(nèi)外學者針對針對“橋頭跳車”現(xiàn)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(jié)法：從應(yīng)力路徑的角度出發(fā)，利用真空聯(lián)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(jié)強度增長機理，利用有效固結(jié)應(yīng)力法強度增長來真空預壓軟土強度增長的規(guī)律[10]。

（2）強夯加固法：根據(jù)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(shù)值模擬，從而得出得到在不同夯擊能、不同夯擊次數(shù)作用下土體塑性區(qū)的具體情況，從而來有效預測強夯加固區(qū)在空間的分布規(guī)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(yōu)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(xiàn)“剛?cè)徇^渡”，路堤填土以及橋臺構(gòu)造物間的剛度差必須要在可控范圍內(nèi)變化，我們進行了以下研究 [13]。利用對三維有限元的數(shù)值分析方法對路基與土工格網(wǎng)之間的綜合摩阻力、不同土工格網(wǎng)鋪設(shè)間距對復合土反應(yīng)模量的影響進行分析，發(fā)現(xiàn)較理想的土工織物間距為30-50㎝[14]。

4.3 搭板設(shè)計

橋頭搭板帶有一定的坡度時，所對應(yīng)路面的鋪裝層厚度發(fā)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(xiàn)嚴重脫空而導致搭板斷裂。搭板尺寸和搭板尾部枕梁的設(shè)計方法，橋頭搭板的承載能力必須滿足設(shè)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(shè)計、加鋪罩面、病害處治。實踐證明，經(jīng)過處理的路面狀況良好，對“橋頭跳車”現(xiàn)象的控制都起到了較好的處治效果。

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金延俊（1986.1-），女，漢，山東省煙臺市，綿陽職業(yè)技術(shù)學院，碩士研究生，助教，研究方向為結(jié)構(gòu)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(guī)律及處治技術(shù)研究

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1007-6344（2017）03-0355-01