路桥工程设计中柔性搭板技术的应用

郝东洪

摘要：随着国民经济飞速发展，国家公路网及市政路网建设也进入快速发展阶段，目前路桥过渡段一般设置钢筋混凝土搭板，搭板下设置垫层及远端设置枕梁等方式，解决桥头跳车等公路病害。但在实际应用中效果并不十分理想。产生跳车的原因归结为路、桥作为不同刚度结构在荷载作用下产生沉降的差异。近年来对柔性搭板的研究及应用已日趋成熟，柔性搭板的应用，能有效保证减少路桥过渡段在荷载作用下不均匀性沉降，消除桥台与路堤衔接处沥青混凝土路面的隆起及下陷。优化柔性搭板的设计进而改善行车安全及舒适性，具有良好的经济效益和社会效益。

关键词：路桥过渡；柔性搭板；设计；应用

柔性搭板为利用土工格栅材料加固台后路桥过渡段，格栅与填料共同作用形成整体性好刚度较大的柔性层，采用渐变设置的方式，同时考虑桥台与台后结构的沉降因素，在过渡段设置楔形加固区域，实现桥台与台后填料刚性的连续过渡，消除过大的不均匀沉降，形成渐变的沉降过渡区，达到行车的舒适性及平顺性。

一、柔性搭板的作用机理

在实际应用中，以土工格栅材料作为主要加筋材料，能有效分散台后填料的应力，降低填料的压缩变形及填料侧向位移的限制，同时增加台后填料的抗拉强度及抗剪切强度。通过设计土工格栅材料的布置形式，逐层消减车辆荷载及固结应力以达到降低桥梁与台后填土沉降差的目的。复合体模量和填料模量之间的线性关系是正比，因此，在实际的选取材料过程中，应尽可能对选取模量较大的填料及格栅材料。

柔性搭板的合理布置不但可以有效节约格栅材料，同时可以很好的利用格栅形成的格栅限制填料的侧向变形。利用分层铺设的结构形式的基础上，应尽可能地选取上长下短楔形柔性搭板。对路桥过渡段中的加固体拓扑进行优化是布置柔性搭板的重要环节，在加固面积一定情况下，从下至上，并且倾斜比例接近1：1的加固体楔形布置是比较理想的布置方法，该布置方式有利于路桥过渡段结构模型的简化。另外，柔性搭板自身不仅能够控制侧面形状，还可以对路桥路堤的安全性能进行保障，从而使变形得到一定控制。其能够在很大程度上降低路堤对路基的压力，减少路基负荷，从而根本上缓解由荷载过大所引起的地基变形。

另一方面，在运用土工格栅形成格栅后，台后填料在荷载作用下会产生“网兜”支撑效应。该效应在形成的过程中是离不开来自于路基顶部的力的。公路桥在实际运行中，路面所承载的以车辆为主荷载对路面的压力是相当大的，网兜支撑效应可以分散路基负荷，在减轻或者均匀上部承载力的情况下对路基进行保护，在充分考虑工程的整体经济效益的基础上，实现路桥过渡段设计的科学性，保障通车后有较好的耐久性及行车的舒适性。设计应采用自上而下的楔形布置柔性搭板形式，同时应控制柔性搭板的斜率于适当范围内。

二、柔性搭板的参数设计研究

（一）摊铺的长和宽

在遇到路桥过渡段相对比较长的情况时，过渡段的破坏的经济损失是非常巨大的，因此对设计的要求比较高。在调查国内各省市高速公路病害中台后搭板的破坏比重是相当大的，并且在桥台台背后约十米的位置往往是沉降不均匀问题出现的突出位置。因此在柔性搭板设计时，路桥过渡段的最佳长度应设置在10-12m。顶层位置的土工格栅其摊铺的长度设计应按应力扩散的规律计算得出。摊铺宽度尽可能与路基设计的宽度一致，防止过渡段横向出现不均匀沉降及剪切破坏，这是路桥过渡段发挥其功能性作用的重要保障。

（二）布置间距

土工格栅材料的有效的布置间距设计是非常必要的。布设间距设计基于基本假设主要包含五方面：第一、在相对应的处理范围内及环境条件下，弄清楚柔性搭板下部填料产生破坏的机率及所有的可能性，同时，还应确定在受到自重载荷作用下仅仅具备上部土工格栅。第第二、确保柔性搭板各个部分的位移一定的情况，是否发生了竖向位移，并且其垂直方向路线纵向所产生的变化值低于1。第三、正常工作状态下，柔性搭板的应该具有弹性。第四、台后填料的抗弯能力是由填料与土工格栅形成的土工格栅受拉而产生的，因此可以将台后填料的抗弯性简化为平面受拉。在对布置间距进行计算的过程中，运用受力模型对受力状态进行适当简化，这样做既可以提高对路基的抗弯性保证结构安全。第五、运用固定柔性搭板一侧的手段对路基进行加固。可以先固定柔性搭板的一侧与桥台上，然后对另一侧水平布置伸入到填料内，上部荷载沿路线前进方向可简化为均布荷载，在偏离均匀分布的情况下，柔性搭板在发生变形时，其纵向曲线往往会以半边悬链线的形式呈现出来。通过实验研究及计算基本吻合实际沉降情况。

（三）计算过程

1.首先确定有效长度L：通常第一层柔性搭板设计长度取10-12m，以下各层设计长度可由布置的斜率确定。由研究可知对于铺设长度4-12m的柔性搭板，其下方松动长度约为0.25L-0.3L。然后计算出各层的有效长度。

2.台后填料工后沉降量的计算主要需考虑地基沉降及台后填料的沉降，一般采用分层总和法进行累计计算。当出现地基较大的沉降时，如果工后沉降大于10cm，则属于较大的沉降。说明地基承载力不足，需对地基进行加固处理。

3.锚固长度确定：按照正常使用状态下，柔性搭板处于线弹性状态。按照锚固端处沿路线前进方向变形量为0，得出单位宽度格栅材料的拉力。进而得出锚固长度。

4.布设间距确定：由柔性搭板上部荷载为填料的压实湿容重可以计算出各层的布设间距。

（四）柔性搭板设计一般原则

第一层主要起到功能性作用，不仅直接承受车辆荷载，而且还可减少车辆荷载对下层填料的影响，因此第一层的设置对解决沉降问题起到非常重要的作用，因此第一层可采用双层铺设，以下各层可采用单层布设。

研究表明，当铺设间距大于3m时，锚固端的剪力会非常大，可能会超过格栅材料的强度极限，因此设计时以最大间距按不大于2.5m比较合适，铺设长度过短，格栅材料不能发挥其应有的作用，因此底层格栅的铺设长度应不小于4m。按上述方式布设，用上层长度计算上层与其下层的间距，一方面方便计算，另外从安全方面考虑，其计算结果是偏于安全的。当计算出的铺设间距大于2.5m时或者设计长度小于4m时，可以结束计算。下面各层可以按间距2.5m，长度4.0m取值设计。

三、与柔性搭板技术施工相关的注意事项

柔性搭板的质量及耐久性除设计时应综合考虑工程特点外，施工质量的好坏直接影响柔性搭板的工作性能。因此设计时应在图纸文件中注明柔性搭板的施工注意事项及检查检验标准的注明：1.土工格栅材料进场前应对其进行抽检，各项指标满足要求后方可用于工程。2.铺设土工格栅前，应对场地的平整度进行检验，不满足要求的应重新整平，满足要求后方可进入下到工序。3.铺设人工格栅材料应采用人工铺设，使人工格栅尽量张开，以充分发挥其抗拉性能。4.往土工格栅内填料时，要人工填筑，填满格栅后其上再铺20-30cm厚的土，方可用重型施工机械碾压。5.对每层填料的压实度要进行检验，合格后方可施工上层。因此只有加强施工过程的控制，才能保证柔性搭板施工质量达到设计预期目的。

四、小结

综上所述，柔性搭板技术在现代路桥工程中的运用对于促进路桥建设行业的发展具有重要的意义。作为路桥工程的设计人员，其应该对路桥工程的施工工艺和设计方法及设计理念不断更新观念，从而使路桥工程设计及施工质量满足运行经济、安全的目的。柔性搭板技术在路桥工程中的普及及运用不仅可以提高工程的设计水平，而且减少了工程后续的维修及养护成本，对推进我国路桥建设行业的健康快速发展，具有重要的意义。因此，無论建设单位还是设计单位均应积极提高柔性搭板技术的运用。

参考文献：

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（作者单位：中交铁道设计研究总院有限公司东北分公司）