高架桥下路面不均匀沉降防治措施

易山山 张 玉 于玮晓 肖 昊

(1.华中科技大学土木工程与力学学院 武汉 430074; 2.河南交院工程有限公司 郑州 450000)

随着城市的快速发展，城市快速路的建设也越来越多，由于用地紧张，城市快速路多采用高架桥的形式，高架桥下方为普通市政道路。但在部分高架桥下，道路出现严重的不均沉降给行车带来了极大不便，严重影响交通通行，同时还存在诸多安全隐患[1-2]。因此，分析高架桥下路面不均匀沉降的原因并提出合理解决方案，是十分必要的[3-4]。

1 高架桥下路面不均匀沉降机理

1) 当高架桥建成，桥下路面通车后，路面及高架桥承台处的填土密实度增大，孔隙率降低，结构层之间被压缩，桥梁承台由于本身刚度大，因此产生的沉降变形相对于桥下路面小很多，可以忽略不计。久而久之，当路面与承台的相对沉降差超过一定程度时，沥青混凝土路面就会出现沉降或断裂，两者之间形成错台，便会在桥墩承台附近处出现差异沉降[5-6]。这种情况主要是因为施工阶段未按照规范要求填土，导致工后沉降较大。

2) 由于道路建设在软土路基上，在施工阶段若没有处理好软土路基承载力的问题，在道路建成通车后，靠近桥墩处道路沉降小，远离桥墩处道路沉降大，也会出现上述问题。因此解决高架桥下不均匀沉降主要应该在施工阶段处理好路基和填土的问题，从这两方面下手，才能有效治理高架桥下道路不均匀沉降。

2 防治措施

软土地基处治方式有多种，但实际工程应用中，软土地基处治主要有置换类、振密挤密类、灌入固化物类、排水固结类、加筋类等方式。

2.1 置换类方法

1) 换土垫层法。将地基中的土质较差的不良土挖除，然后回填一些力学性能较好的岩石材料，同时也可以对岩石材料采取强夯密实的措施。回填材料的力学性能主要指较强的抗剪性能和压缩性能，这种力学性能可以使地基提升承载力及减小沉降值。

2) 挤淤置换法。为了使地基的承载力得到一定程度的提高，可以将碎石进行爆破夯实或者回填置换出淤泥。

3) 强夯置换法。采取强夯坚硬碎石的方式得到垫层，坚硬的垫层能达到提升承载力的要求。

4) 石灰桩法。将混合有生石灰的填料经过一系列的物理或化学反应得到的产物灌入桩孔内，可以采用机械设备或人为挖孔的方式。

5) EPS超轻质料填土法。发泡聚苯乙烯(EPS)是一种新型的材料，单位体积内的EPS的质量相当于单位体积内的土体质量的1/50～1/100。这种新型材料具有较好的力学性能，其较高的强度和抗压性能不仅可以显著地降低自重荷载，也使周围挡土结构处的压力大大降低，对于置换地基土可以得到显著的成效。

2.2 排水固结类方法

1) 加载预压法。地基上部受到外界的作用荷载，而预先设置好的排水系统缩短了固结排水的时间。

2) 真空联合堆载预压法。预先在地基土体中设置竖向和横向的双向排水系统，同时令地基土体上部形成一个封闭空间，通过机械设备不断抽取这个密闭空间内的空气和水分，使其达到一个真空的环境，这样地基土体更容易快速固结，同时可快速起到加固土体的作用。

2.3 灌入固化物类方法

1) 深层搅拌法。为了提高土体的承载能力，降低地基土体的沉降量，可将水泥和地基土等原料混合均匀，制作成圆柱来达到目的。当混合料中的有机质含量较高时，可以先进行试验检测其相关指标再决定是否可用。

2) 高压喷射注浆法。该方法是通过专门的机械向地基土中高压喷射浆液，与此同时，可使一些土体被喷射的浆液置换掉，这样部分浆液和部分土体就形成了强度较高的结合体。

3) 渗入性灌浆法、劈裂灌浆法、挤密灌浆法原理类似，均是把填充材料生产成特定稠度的液体，这样可使液体渗透进地基土间的空隙并填充它，进而达到提高土体的承载能力目的。其中挤密灌浆法可以抬高地表路面，产生较好的效果。

2.4 振密挤密类方法

1) 强夯法。为了改善土体的承载能力，使夯锤利用自身的重力下落至地面，下落的速度产生的冲击力造成地基土体被夯实，而夯锤的质量一般在10～40 t的范围内。

2) 振冲密实法。为了改善土体的承载能力，通过使用振冲器来减小土体间的空隙，也使填充料填充地更加充分。

3) 挤密砂石桩法。通过制作碎石桩的过程，对地基土体达到挤压的效果。

4) 爆破挤密法。通过爆破的方式使地基土体受到挤压，进而提高其强度。

2.5 加筋类方法

土工织物法。通过在地基土体中铺设强度较高的人工合成的聚化物来改善土体的强度及稳定度，这种形式使土体成为了加筋土。而现阶段，使用较广泛的加筋材料便是土工织物，这种处治措施对提高软土地基承载能力有较好的作用和效果。

2.6 挖填措施

道路出现波浪形不均匀沉降后，可以采用挖填的方法，挖去沉降较小处的填土，填补沉降较大处的填土，人为地将不均匀沉降的道路填平，然后再修筑路面。

以上每一类的处治措施都不是万能的，都有各自的使用条件和前提，所以，应根据每个工程的时间情况来选择相应合适的处治措施。改善地基性能、提高土体的强度、降低地基沉降等是处治地基的重要目标。

3 有限元分析

为了研究路基中加筋对软土路基的加固效果，建立有限元模型对有、无加筋两种情况下软土路基的变形进行有限元计算。

3.1 计算模型

土体采用摩尔-库仑弹塑性本构关系，路基按设计分层，碎石层采用摩尔-库仑模型。加筋置于路基中。土体的参数见表1，有限元几何模型见图1。

表1 土体计算参数表

注：h-厚度；γ-重度；E50ref-三轴试验割线模量；Eoedref-主压密加载试验的切线模量；Eurref-卸载再加载模量；μ-泊松比；e0-初始孔隙比；n-孔隙率；φ-内摩擦角；c-黏聚力。

图1 数值分析模型

道路不均匀沉降主要发生在靠近桥墩一侧，因此主要分析靠近桥墩一侧道路的沉降情况，对比加筋前后道路沉降差的变化，以验证加筋处理对于不均匀沉降的治理效果。

3.2 计算结果

无加筋基层的计算云图见图2，有加筋基层的计算云图见图3。

图2 无筋基层计算云图

图3 有筋基层计算云图

提取有限元数据，无加筋基层下，两桥墩处沉降为8.3 mm，两桥墩中间的沉降为46.1 mm，沉降差为37.8 mm，有加筋层下桥墩处沉降为8.0 mm，两桥墩中间的沉降为41.8 mm，沉降差为33.8 mm。由此可见，加筋对于减轻道路不均匀沉降有一定的作用。

4 结论

在软土路基上修建道路，在高架桥的作用下，道路在靠近桥墩一侧，极易产生不均匀沉降，从而

影响路基的整体性及道路的行车安全。

治理高架桥下软土路基道路的不均匀沉降，主要在于提高道路承载力，减小路面工后沉降。

采用加筋处理道路路基，可明显减小道路不均匀沉降。利用有限元的方法对有、无加筋两种情况下的路面沉降进行了计算，结果表明，加筋处理可以提高道路的承载力，有效地减小路面的不均匀沉降。

[1] 李云峰,胡瑞宁.路基不均匀沉降的原因及处理措施[J].重庆交通学院学报,2006,25(增刊): 85-88.

[2] 陈伟泸.城市道路软土路基的沉降计算问题[J].安徽建筑,2008,15(5):155-157.

[3] 郝东明.CFG桩复合地基在软土环境中的应用[J].山西建筑,2011,37(3):55-56．

[4] 郭兰,宋金耀.解析公路施工软土地基处理技术与应用[J].河南科技,2011(2):85-85．

[5] 王晓武.深层搅拌法施工处理公路软土路基技术分析[J].技术研发,2011,18(3):68-70．

[6] 王杰,刘钱,雷笑,等.沉降差对小箱梁桥面连续结构拓宽后受力影响研究[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2017,41(6):1009-1012.