道路桥梁建设中沉降段路基路面施工工艺

朱国威

（江苏锦汇集团有限公司，江苏 南通 226200）

1 工程概况

某市政道路沿线环境比较复杂，村庄分布密集，沿线存在大桥、小桥、涵洞等构筑物。该项目竣工运营2 年后，调查路桥过渡段的使用情况，以便分析沿线道路桥梁过渡段的沉降问题。路桥过渡段具体调查情况见表1。

表1 路桥过渡段使用情况调查结果

2 影响路基路面沉降的因素

2.1 路基结构层沉降变形

由于表层土方碾压不密实，路堤碾压成形以后，假若土层内的其他物质出现变质现象，会导致路基松软，进而导致不均匀沉降现象；通顺，地面横坡超过1 ∶5 的路段，填筑前没有严格根据要求将基底挖成台阶，填料与土基的结合效果不好，受到荷载的影响，填料容易失稳进而导致坡面滑移。

2.2 地基沉降

2.3 支座、防护设备移动

由于桥台后侧承受土压力，因此桥台、防护设备发生位移，在该情况下土体发生侧向变形。

2.4 局部沉陷

路堤、桥涵等构筑物通常存在接缝处理段，由于长时间受到行车荷载、自然因素的影响，因此增加了路堤损坏的概率。部分路段设计的是连续铺装，在使用过程中连续铺装的路段出现裂缝的频率比较高。结合实际情况看，接缝以及裂缝在竖向方向都比较深，容易使雨水、融雪顺着裂缝进入地下结构中，导致基层材料中的骨料分离。在该情况下，路基的强度必然会降低，进而出现沉陷现象。

3 施工工艺要点

3.1 验证过程

对桥台前侧的土体沉降量进行分析，对回填土的压实度与沉降量之间的关联性进行分析。路基顶部收到的压力为10kPa～70kPa。该项目中取值为=62.5kPa。结合现场实际情况来看，回填土的压实度设计为95%，回填土的含灰量设计为10%、养护时间确定为30d。由此可以计算出石灰土的割线模量与压力曲线之间的关联性，如公式（1）所示。

式中：是指侧限割线模量（单位为MPa）；是指路基顶面的压应力（单位为kPa）；是指曲线与沉降观测值拟合的质量。

沉降计算步骤如下：1）做出计算所需分层。通常分层厚度为h=0.4，因此层厚取值0.8m。2）对顶部、底部承受的应力、自重均值进行计算。3）对顶部、底部承受的附加应力、附加应力均值进行计算。4）压缩层厚度Z。根据σ=0.1σ（σ是指压缩层的自重应力，σ是指平均附加应力），取Z=5.6m。5）分层的沉降量ΔS。结合以上分析的割线模量与压力曲线之间的关联性，计算出分层的平均自重应力、平均附加应力与平均自重应力之和所对应的侧限割线模量E和E，由公式（2）计算该分层的变形量ΔS：

式中：是指沉降值的系数；ΔP是指第层复合土上附加应力，kN；H是指第层的厚度，m。6）总沉降量。将各个分层土的变形量ΔS相进行叠加，得到最终沉降量，如公式（3）所示。

式中：为压缩层厚度内分层的总数。

1.2 冻害发生规律 经过对历次冻害发生区域调查结果分析：从地形上看，秦岭北麓浅山区、山前河谷地带、渭河滩地以及低洼地、盆地、空气不流畅的区域冻害发生重，地势较高、平坦透风的园从来没有发生过冻害；从土壤类别看，沙土地比黏土地受冻严重；从树龄看，幼树、初果树比盛果期受冻严重；从品种看，美味猕猴桃比中华猕猴桃受冻严重，徐香猕猴桃受冻最重，海沃德、秦美、金香等也有冻害，实生苗受冻最重，红阳受冻较轻。

素土与石灰土的割线模量、压力曲线的表达式如公式（4）和公式（5）所示。

按照上述步骤能够计算出当填土为压实度为95%的素土和压实度为90%的石灰土时路基的沉降，根据以上计算结果可知：石灰土的压实度从90%增至95%，路基沉降从1.50 降至1.28，下降幅度为17%左右，也就是说增强压实度对降低路基沉降具有较好的效果；95%素土路段的路基沉降量为1.90，其沉降量明显超过石灰土路段的沉降量，因此在桥台后侧使用石灰土进行回填比较合适。

3.2 采取措施

搭板设置方法。一般来说，可通过以下4 种方法来设置搭板：①在搭板长度范围中，受行车荷载的影响，路面厚度变化情况即路面刚度波动情况，该方式加大了施工难度（图1）。②将图1 中的搭板与面层顶部保持平行，搭板顶部的标高与面层标高相同，这种设置方法可以有效弥补方法①的缺陷，但是无法妥善处理刚柔过度问题。③参照图2。这种设置方法与前2 种方法的优点相同，图2 中的值可以结合实际情况确定，通常情况下值≥8cm。④预留反向坡度。搭板与桥台连接处的标高需要保持一致，连接段可以适当地超过设计标高，使搭接部位形成坡度，具体的坡度比可以根据沉降量进行确定。

图1 搭板直接倾斜设置

图2 搭板的一端与路面平行设置

搭板与桥台的连接：①锚栓。将搭板的端部安装在桥台上，保证搭板不会出现滑移现象。具体情况参照图3（a）、图3（b），钢筋的直径为22mm，钢筋绑扎的间距控制在75cm～80cm。图3（a）有可能会导致搭板或是牛腿部位因拉裂而被损坏，图3（b）与限制位移方向保持统一，所以效果更理想；②支座。在搭板的下侧设置油毡垫层，垫层的厚度控制在1cm～2cm。③倒角。为保证搭板不会对路面结构造成损伤，将搭板邻近桥台一端的上侧与牛腿的上侧设计为倒角形式。④填缝。为了确保雨水不会渗透至搭板与桥台连接部位，在连接部位的缝隙中回填透水材料。例如玻璃纤维、沥青麻絮等并灌注沥青。

图3 搭板与桥台连接

搭板及其顶层施工技术。在混凝土浇筑过程中，要保证模板密实，不能出现漏浆现象，混凝土完全硬化以后外观质量须满足规范要求。由于搭板与基层顶部的距离比较小，即基层厚度较薄，当压路机在基层表面碾压时可能出现基层压碎现象。为了解决该问题，对基层厚度≤10cm 的情况，应将原先铺好的水稳层凿除，换填沥青混凝土，确保桥台后侧具有足够的强度。

若不设置搭板，须对桥台后侧的回填作业进行缜密地设计，严格按照规范施工，同时加强对回填料与碾压质量的监管。

合理处理桥背区域的软弱地基，可以有效避免桥头跳车现象。软弱地基的处理方法非常多，例如换土、排水加固、振动碎石桩、减少附加应力、高压喷射注浆等，可根据实际来选择，改善地基性能，加强地基承载力，减少地基沉降量，降低路堤和桥台的沉降差，保证不发生错台情况。软土地基上建设的桥台基本上都是使用桩基础，若在比较厚的软土层中修筑高路堤，软土则会因回填材料的质量而存在侧向挤压力，这部分挤压力会对桩基础施加巨大的作用力，促使桥台的位置发生偏移。一旦桥台的位置发生偏移，则会导致桥面或是桥台受损。为确保桥台不会发生位移，减轻回填材料的质量，从而提高侧向流动的强度。

如果土层的含水量比较高并存在较多有机物，此时可运用换土方法。换填土的厚度可以结合实际情况确定。对一般黏土，可以直接作翻晒处理。假若回填土的厚度未超过4cm，可以将开挖的深度设计为60cm，反之，则开挖深度至少设计为1m。当土层翻晒至最佳含水量时，便可进行回填碾压处理。若遇到雨季无法晾晒时，选择全部换填石灰土。使路基底部形成一个渐变带，确保沉降不会出现突变现象。

桥头部位可以使用轻质回填材料、桩板法、连续板等方法进行施工，同样可以降低路基的沉降量。

桥台后侧的回填材料质量，会对路堤沉降造成巨大影响。使用轻型材料能减少地基的沉降量，还可以有效避免路堤下方的土体发生变形。回填材料碾压密实后，在上部荷载的影响下会形成竖向积累变形，所以要合理选择回填材料。1）台背填料的选择。对桥台后侧5m～10m 的区域，尽量选择材料性能比较好的回填料。桥梁沿线存在刚柔过渡路段，所以应该根据该路基的刚度合理地选择原材料的刚度。因为桥台后侧的回填材料碾压作业的难度比较大，且回填材料的压实度要求比较高，所以优先选择便于压实的材料。此外，回填材料还必须具备良好的透水性。例如石灰土、碎石土、砂砾土等。如果采用的是非渗水性土，应在土料里添加中适量石灰或水泥。2）土工合成材料加固桥台后侧能够对回填土的沉降、变形进行控制，特别是对治理不均匀沉降有显著的效果。其原因是土工合成材料可以提高材料相互之间的咬合力，导致土体承受的部分应力转移，且还可以降低土体承受的水平方向应力及垂直方向应力。在这种情况下，土体的承载性能必然会大幅度提高。3）在回填桥台后侧部位时，需要注意以下4 点：①回填材料的级配设计必须具备合理性，基底部位的回填长度≥2m，按照1 ∶1 的坡比设置斜坡或台阶，确保回填的长度超过搭板的长度；②桥台后侧的回填土与斜坡可同时施工，涵洞部位的回填土确保两侧分布均匀，回填料的压实度满足设计要求；③若回填过程中出现侵水现象，可以按照设计文件的要求设置碎石、粗砂，便于排水；④回填材料应分层回填，桥台、翼墙部位的压实度必须满足设计要求。4）台背压实工艺研究。要想保证不出现沉降和跳车情况，就需要保证 台背部位回填材料的质量。道路沿线的桥涵数量比较多，考虑到排洪、行车影响，回填量较大且整体工程规模偏大，但施工作业面有限，大型施工设备无法正常作业，所以台背后侧的回填作业难度较大。

台背回填是整个路基施工过程中最薄弱的环节，所以在实际施工过程中必须要加大管控力度包括5 个方面：①正式施工前，将回填部位作为着重夯实区域，并明确夯实宽度，一般夯实的宽度＞3m；②必须采用分层碾压方式进行作业，回填料的虚铺厚度保持在基层厚度的基础上再额外增加5cm～10cm，单层回填料的厚度＜20cm；③涵洞部位应先填筑路基，然后开挖，减少路面夯实的宽度；④保证路面雨水不会渗入至台背结构内部，避免台背回填土发生沉降；⑤控制回填料的压实度，其应符合设计要求和规范。5）斜坡上路堤的施工。对斜坡上的桥头引道路堤典型横断面，容易出现回填材料沿着斜向边坡滑动的现象。若地基土不透水，回填料下滑会大量聚集在底面，施工人员可以将地基土开挖成台阶状。为了保证施工设备有足够的作业空间，每层台阶的宽度≥2.4m。

针对桥头跳车问题，各研究学者提出以下解决方法：1）对路堤进行加固。现阶段，大部分的施工单位对土体进行加固时都会选择力学加固法。早期一般都是使用金属进行加固，随着施工技术的不断成熟，选用各种土工合成聚合物进行加固，开始运用在施工中。土工合成物的类型和功能见表2。

表2 土工合成物的类型和功能

土工格网施工工序如下：①铺设土工格网。沿着铺设路线的纵向方向进行铺设，将土工格网沿着桥台后侧向外展开。如果桥台与线路以斜向的方式交叉，就将土工格网沿着路段的走向进行铺设；②土工格网的定位、锚固。使用膨胀螺钉或是预埋螺杆将土工格网固定在桥台后侧；③土工格网搭接。每层格网相邻的两幅进行搭接处理，搭接的宽度＞20cm，按照“之”字形进行布设，确保相邻两幅格网可以形成一个整体；④回填材料检查。施工人员先铺设土工材料，然后开始回填作业。回填材料与台背之间需要铺设20cm 厚度碎石。2）石灰加固土路基。当回填料的压实度提高以后，素土的压缩模量确实能够提升，由于基数比较小，即使使用95%压实度的素土，地基最终的沉降量也会比灰土大。所以，对高填方桥头路基，尽量少使用素土回填。当行车产生的应力与路基的土重应力之间的比例为1 ∶5 时，行车荷载下的路基深度最大为2.9m，所以须对路基沉降引起的桥头跳车现象进行分析。在不设置搭板的情况下，尽量选择使用无机结合料，基层的铺设厚度应＞3m，素土的压实度确定为95%。3）预设反向坡度。当可以估测出路基沉降的具体规律时，为了缩短工期，可以直接在桥台结合部位设置反向坡度，这种施工类似于桥梁预拱度施工。结合桥台与路堤之间的沉降差异确定坡度。路面铺装结束后，通常沉降量为抛高值的50%以上。需要注意的是，由于不可能完全精确地估测出实际抛高值，因此只有利用现有的资料估测，尽可能地减少与实际数据之间的差异。

4 结语

综上所述，在实际施工过程中，施工单位必须要重视路基沉降问题，提高基层部位土石方的压实度，提升垫层、路面的施工质量，加大对施工关键点、难点的监管力度，保证道路桥梁沉降的稳定性。