路桥过渡段路基病害成因及处治

2013-08-21韩利明

山西建筑 2013年25期

韩利明

(山西省公路局晋中分局，山西晋中 030600)

改革开放以来，我国的公路桥梁建设取得了巨大成就。但在道桥投入使用后，存在着一个普遍问题，即路桥过渡段路基的差异沉降，使得路面形成台阶或显著的纵坡变化，导致桥头跳车现象的产生，不仅直接影响行车速度，也影响到行车的舒适与安全，加速桥台、桥头路面及桥梁伸缩装置的破坏，甚至造成交通事故的发生，从而产生不良的社会影响。沪嘉高速自建成起，六年共五次对大多数桥头进行处理，治理费用惊人。在美国，每年花费在路桥过渡段维修上的费用达到1亿美元以上。可以说，桥头跳车是一种世界范围内的公路病害，是影响公路使用质量的重要因素，是困扰国内外公路建设者的一大难题。

1 路桥过渡段路基病害成因

路桥过渡段路基病害形成桥头跳车，主要表现形式有两种:

一是在桥头不设搭板时，车辆行驶时速在60～140时，当桥台与路堤衔接处形成的错台高度在1.5 cm以上时，车辆行驶速度明显受到影响，同时产生颠簸形成跳车现象。

形成错台的成因主要有:1)路堤整体滑移(见图1)，表现为:当路堤边坡过陡或者边坡受到破坏后，在上部重复荷载作用下形成的路面纵向裂缝或者是路堤沿破裂面整体下滑。在桩柱式埋置式桥台时，台前的土体一般是处于无侧限受压状态。当锥坡受到破坏时，同时受自重以及车辆荷载的反复冲击，造成土体向桥内移动，形成路面横向裂缝或者是路基的整体下滑，使得桥头部位路面产生较大的竖向位移，造成桥头跳车现象的发生。2)路基与桥台间形成台阶，主要表现在:a.在台背与过渡段结合处发生的局部沉降，由于沉降深度距离桥台背很近，从而形成错台;b.由于各种原因导致的桥头路基整体下沉(见图2)。3)路面凹陷(见图3)，表现为:路面破坏严重，坑坑洼洼，凹凸不平，在我国公路中是一种常见病害。主要特征有:a.路桥过渡段路基或是地基的不均匀沉降，从而使得路面出现凹陷不平的现象;b.最大沉降距离桥台位置较近。

二是当桥头设置搭板时，搭板路基端沉降导致的过渡段纵坡变化对行车舒适度有着重要影响。国外确定的搭板容许坡差，瑞典为4‰，法国为3.8‰～6‰。根据我国开展的一些行车调查表明，当车辆行驶时速为90～100时，搭板纵坡变化在4‰～6‰以下时，不会影响行车舒适性。

过渡段纵坡变化较大形成跳车的成因主要有:1)搭板断裂(见图4)，原因有:a.路基发生不均匀沉降导致的搭板底部脱空，当搭板受到车辆的重复荷载作用时，容易沿脱空区应力集中的位置发生断裂;b.枕梁部分及其以外的路基沉降较小时也容易造成搭板断裂;c.搭板较薄，当不足以单独支撑上部荷载时发生断裂。2)搭板与路堤形成的纵向坡度差(见图5)，将搭板应用于桥头跳车处治方面的成功实例很多，但搭板的不足之处在于容易形成“二次跳车”，指路堤沉降较大或搭板较短时，使得桥台与路基的差异沉降难以实现平稳过渡，从而在搭板与路堤衔接处产生转角的一种现象，俗称“二次跳车”。3)搭板末端的差异沉降(见图6)，在道桥施工中，对搭板区段路基的注浆处理可实现有效的控制路基沉降，但对搭板以外路基处理的不足则容易导致这一部位产生差异沉降，导致纵坡变化较大而形成跳车。

图1 路堤整体滑移

图2 路基与桥台间形成台阶

图3 路面凹陷

从上述病害成因分析中可以看出，桥头跳车现象最主要是由于路堤沉降导致的。在路桥过渡段中，桥台与路堤具有两种不同的刚度，其刚度差异是产生桥头跳车的重要因素，同时在设计和施工中的一些不合理因素也加剧了病害的发生。

2 路桥过渡段路基病害处治

2.1 常用的桥头跳车处治方法

国内公路建设者为减少桥头跳车病害，开展了很多这方面的研究工作，提出了一些处治方法(见表1)，并在工程中积极推广应用。常见的处治方法都具有一定的适用范围和局限性，在目前桥头跳车处治中，既有成功的实例，也有不少失效的案例。

图4 搭板断裂

图5 搭板与路堤形成纵向坡度差

图6 搭板末端的差异沉降

表1 常用的桥头跳车处理方法

桥台与路堤刚度相差比较悬殊，当两种材料在内部自身及各种外部因素的共同作用下，其变形差异是不可避免的。桥台沉降主要是桥台基础的沉降，包括路基填土沉降和路基下地基沉降。在使用传统的处治方法进行处理时，由于路基填土既是荷载体又是构造体，路基填土不仅要减少自身变形，还要适应路基下地基产生的沉降变形。对于路基填土，消化自身的变形相对比较容易，而要消化地基变形则十分困难。因此，要消除桥头跳车，实现桥台与路堤的变形协调和控制是处治技术的核心。楔型柔性搭板处治技术从消化地基沉降和路桥过渡段刚柔过渡的机理出发，对于协调桥头差异沉降作用明显，具有极大的工程应用前景。

2.2 柔性搭板处治的技术原理

楔型柔性搭板处治技术是由长安大学公路学院谢永利教授主导的协调控制桥台与路堤差异变形而自主研发的一种新型桥头跳车处治技术。国道312线柳忠高速段、甘肃山临高速公路及厦门五显一桥等实例工程应用表明，楔型柔性搭板技术协调桥头差异沉降作用明显，是一种成功的处治桥头跳车病害的方法。

楔型柔性搭板处治桥头跳车原理:在车辆的重复荷载作用下，土工格室与填料共同作用，从而形成一个具有强大的侧向限制和较大刚度的柔性结构层，再结合台背联结技术，形成台后楔型加固体(见图7)，不仅可有效的消除地基沉降对路堤的影响，还可以有效约束路堤的侧向位移和扩散荷载，起到减小路堤竖向位移的作用，实现消除桥头跳车的目的。

图7 柔性搭板与桥台锚固连接形成加固体

2.3 柔性搭板的结构形式

柔性搭板按照桥台类型不同而分为三种不同的结构形式(见图8)，分别为:重力式，土工格室各层均固定于台背;肋板式和桩柱式，土工格室各层则是深入锥坡中一定长度固定。

图8 柔性搭板的三种结构形式

3 柔性搭板施工

楔型柔性搭板处治技术主要是利用土工格室对土的锁定及加筋补强作用，约束土体的侧向移动和沉降，提高其稳定性，减小因桥台混凝土与台后填料两种不同材料的变形差引起的桥头跳车及土体不均匀沉降现象。现行规范中没有相应的施工要求，国外也没有类似经验可供参考。作者结合实例工程的施工经验，总结了一套施工工艺。

3.1 施工工艺

柔性搭板施工流程见图9。1)施工准备时，机械配合人工整平下承层。2)钻眼锚固施工。根据设计的各层长宽高等数据进行钻眼放样，将钢筋插入孔眼中，安好卡子，对好插销并进行锚固。3)张拉土工格室并设立锚固钢筋。在张拉前，将锚固钢筋插入并固定土工格室，使其全面铺开。在作业中，采用钢钎或锚固钢筋连接土工格室四周，采用膨胀螺栓将其与桥台和侧墙连接;在张拉格室同时调整插销对眼;将整个土工格室锚固固定后，必须进行以“牢固、结实”为主的检查，检查锚固插销是否结实，有无裂纹及破损等影响后期使用的因素。4)对接插销。纵横向相临土工格室板块采用插销整体连接。5)摊铺各层土工格室完毕后在其孔眼内填充填料。填筑时，必须分层填筑，采用小型手推振动夯、手推振动压路机或重型蛙式打夯机等进行碾压，保证填料的压实度，确保其锁定及加筋补强作用得到发挥。

3.2 施工要点

1)第一层土工格室铺设后，上料填土夯实整平并进行压实度检测，检验合格后方可进行下一道工序。在施工中，下承层的施工十分重要，是决定土工格室能否达到设计要求的基本条件。2)严格控制填料含水量，且必须遵循实验室确定的层厚进行分层填筑碾压，填筑时，要遵循“先外后内”的原则依次从外到内进行填筑作业。3)确认层厚和平整度符合碾压要求后，方能进行碾压，压路机和平板振动夯配合使用，严禁使用羊足碾，以免土工格室受损。