公路路基桥梁过渡段差异沉降处治技术研究

2019-01-12何雨佳

建筑与装饰 2018年21期

何雨佳

宁夏路桥工程股份有限公司宁夏银川 750001

1 路桥过渡段差异沉降分析

公路路基与桥梁过渡段差异沉降以桥头跳车为主要表现和危害，其主要由桥面板、桥台及其基础、台背路基及其基础的设计与施工所引起。其中地基沉降为引起桥台沉降的主要因素，设计过程中一般将桥跨结构对沉降的限制均给予了考虑，因此工后沉降在正常情况下可忽略不计；对于填方路基，其沉降主要包括填土沉降与地基沉降两部分，具体影响因素为：①路基高度、自重、结构、材质、成型方式与时间；②软基深度、厚度以及性质；③地质水文条件中的地下水位。不管是在纵断面还是横断面上，桥头路基沉降均呈现为不均匀形式，而桥头跳车主要由纵断面不均匀沉降所引起[1]。

2 路桥过渡段差异沉降处治

2.1 处治范围确定

路桥过渡段差异沉降值与不产生跳车的允许坡度共同决定了处治长度，通常而言，差异沉降越大，处治长度越长，反之则越短。研究表明：当桥台与稳定段路基坡度限制在0.4%～0.6%范围时，正常行车不会产生“跳车”的感觉。路桥过渡段处治长度L可按下式2-1计算：

式中：Δh为路基与桥台连接处工后差异沉降允许值，对于高速公路与一级公路，《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》（JTJ017—96）规定Δh应≤0.1m；Δi为允许坡降，通常取值0.4～0.6%。

通过上式计算，路桥过渡段处治长度L为16.7～25m，但在实际情况下，台背往后约10m距离为差异沉降产生的集中区域，处治范围如若过长，不仅会增加技术难度，同时也加大了成本投入。故此，通过综合分析，路桥过渡段处治长度以5～12m为宜。

由上式2-1反算可知，在处治长度L为5～12m的情况下，要想实现最优化处治效果，过渡段工后差异沉降值则应≤0.07m。当桥台填方路基处为软土地基或地基承载力达不到设计要求时，应先实施软基处理后再填筑路基，以此减小桥台与路基工后差异沉降量。

2.2 处治技术分析

（1）桥头搭板。在我国目前高等级公路建设中，设置桥头搭板为控制路桥过渡段差异沉降的常见措施，其原理是通过搭板将台背不均匀沉降集中区进行有效分散，使柔性路基较大沉降与刚性桥台间形成过渡段，以此达到平顺坡度、控制坡降的效果，进而消除桥头跳车现象，提升车辆通行平稳性与舒适性。

从理论上讲，桥头搭板的设置可对桥头跳车现象进行有效控制，但在实际应用中受施工质量的影响，一般很难达到理想效果，主要原因表现为：①受施工条件的限制，搭板底部通常为路基填筑碾压难度较大部位，易因压实度控制不严而出现板底脱空现象，在重载交通作用下，往往表现为板体断裂；②搭板端头（靠近路基端）容易出现应力集中现象，从而使其发生较大沉降，特别是在台背高填土情况下，往往会因搭板端部过大沉降而引发“二次跳车”现象。因此，单独设置搭板一般很难实现桥头跳车现象的消除，而是往往与其他处治措施结合使用，若受条件限制只能单独设置搭板时，建议台背填土高度h≤3m。

（2）土工格栅网加筋土。①处治机理。加筋土处治技术主要是将土工格栅（网）等特种合成材料分层平铺于填土结构中，其中靠近桥台一端锚固在台背上，纵断面总体呈现为倒梯形，该技术的运用效果为：①利用锚固加筋材料一端的张拉作用，可分层抑制台背局部范围内填料顺台背的沉降现象；②由于加筋材料在水平方向是按一定层厚铺设，在其传递作用下，使没有直接接触的土颗粒受到约束，从而使加筋材料与土体颗粒接触面以及土体颗粒自身之间的摩擦咬合作用增强，有效转移或扩散了土体内部的部分应力，使其在局部荷载作用下的受力状态因荷载沿土体深度方向扩散范围的扩大而得到有效改善，以此达到抑制土体压缩沉降的目的，即相当于使土体抗变形能力得到提升，在柔性路基与刚性桥台之间起到刚柔过渡的作用。

②加筋原理。受竖向附加应力的作用，路桥过渡段填土会于水平方向产生剪应力与侧向位移。在土工格栅与土体刚度差异的影响下，受力状态下二者变形程度不同，故而会因相对位移或相对位移趋势的产生而形成摩擦力，即称为“表面摩擦力”；除此之外，由于土工格栅孔格对其内部土颗粒的侧向滚动与滑移具有一定的约束作用，因此被约束土颗粒与相邻土颗粒间同样也会因相对位移或相对位移趋势的产生而形成摩擦力，即称为“横肋阻力”或“咬合力”。在表面摩擦力与横肋阻力的共同作用下，土体侧向位移因土颗粒滚动与滑移的有效约束而在整个格栅平面上得到了限制。

（3）石灰土换填。台背石灰土换填为我国当前较为常用的一种处治措施，其主要是利用了石灰土较大模量的特征，以此减小路基自身压缩性能，降低工后沉降量。对于路桥过渡段差异沉降的处治，换填机理为通过某种半刚性材料的运用，同时在行车方向对其厚度进行变化控制（桥台处厚于路基处），由于其刚度介于（混凝土）台背构造物材料与路基土之间，因此在回填整体刚度上从路基向桥台方向为逐渐增大，从而使差异沉降由路基向桥台方向呈逐渐过渡趋势，以此实现台背回填的刚柔过渡，消除桥头跳车现象。

在石灰土混合料内部，土体与石灰之间在经一系列化学反应后对原土性质从根本上予以改变。在反应初期，主要表现为土体团结、塑性降低、最大干密度减小与最佳含水量增大等；而在反应后期，则主要以结晶物的形成使混合料板体性、稳定性以及整体强度提升为表现。

基于石灰土强度形成机理的分析，石灰混合料内部的化学反应主要为离子交换反应、Ca(OH)2结晶反应与碳酸化反应。通过多种反应的综合作用，黏土胶粒在絮凝后生成Ca(OH)2、CaCO3、Ca2SiO4（含水硅酸钙）与CaAl2O4（含水铝酸钙）等胶凝物，并且在转化成晶体状态使石灰土强度、刚度与稳定性得到提升[2]。