路桥过渡段差异沉降的处理方法研究

2022-07-12郑江辉

交通世界 2022年15期

郑江辉

（石家庄市公路桥梁建设集团有限公司，河北石家庄 050000）

0 引言

我国交通基础设施建设快速发展，道路桥梁数量与规模都在不断增大。随之会产生一些问题，最常见的就是路基和桥梁之间过渡段产生跳车，不仅影响行车舒适性，还有可能引发交通事故，若未能及时有效处理，车辆反复撞击桥台还会导致桥梁损坏，造成更大的破坏与事故。针对以上问题，目前已经提出很多治理方法。设置搭板就是一种常用方法。搭板的设置可以防止路桥发生错台，但考虑到底板和路基的后端在模量上依然存在很大的差异，可能发生二次跳车现象。对此，还需要在搭板的基础上通过桩基设置或格栅布置来消除二次跳车。其中，桩基可分为等长桩与长短桩两种，当采用长短桩时，还有按阶梯形布置和按直线形布置两种方式。为明确不同方式对过渡段差异沉降造成的影响，需通过模拟分析来确定不同方法的治理效果。

1 工程概况

某工程主要由两部分构成，分别为高架快速路与地面道路。经现场勘探结果可知，路桥连接部位分布有软弱土层，容易导致路面沉降。因此，需要对此连接部位开展沉降响应方面的分析与研究。结合工程设计要求，道路按照单向双车道标准进行设计，其横断面的设计宽度为8.5m。针对该工程的路桥过渡段，在充分参考借鉴以往相关经验的基础上，先对多种治理方法进行模拟分析，确定不同治理方法的效果，为最终选择正确可行的治理方法提供参考。治理方法主要有以下几种：单纯设置搭板；搭板和等长桩相结合；搭板和按照直线形布置的长短桩相结合；搭板和按照阶梯形布置的长短桩相结合；搭板和格栅相结合；搭板和按照直线形布置的长短桩以及格栅三者相结合。

2 计算建模

对路桥过渡段受荷载作用后产生的沉降进行研究，需构建一个三维模型。

为便于分析，在道路的纵断面上取60m，并将路面的不同结构层次简化成一层，用于减少网格的数量，降低计算难度。对道路横纵方向位移及模型底部产生的竖向位移进行约束，用于实现对边界条件的模拟。在与桥头相距不同距离的位置分别设置分析点，为计算中对沉降响应的分析提供参考。

将单向双车道作为主要分析对象，分析时，车辆宽度取2m，压力取0.7MPa，并把车辆荷载视作保持连续，即在一个断面上施加连续荷载，将车轮宽确定为0.25m。借助软件对格栅加筋效果进行模拟，格栅的主要技术参数包括：弹性模量取20 000MPa；泊松比取0.33；密度取2 000kg/m3。此外，通过对地基与路基的模拟，发现路面、桥头及搭板均保持连续、均匀，可作为弹性模型考虑，不同实体单元主要技术参数如表1所示。

表1 不同实体单元主要技术参数

由表1 可知，桥头结构、搭板和路基或路面在模量上具有极大差异，也是导致沉降错台及桥头跳车或二次跳车等现象发生的根本原因。因此，只采用一种治理方式很难达到预期的质量效果，需要联合多种治理方法。

3 差异沉降治理分析

基于以上计算模型，为明确差异沉降治理效果，需明确不同治理方法和差异沉降之间的关系，包括搭板和差异沉降之间的关系、搭板与长短桩相结合和差异沉降之间的关系，具体内容如下：

（1）模型分析过程中，所用搭板的尺寸为：长×厚=8m×0.3m。通过分析可知，对搭板的设置能消除桥头和路基两部分在模量上存在的差异，防止连接部位产生错台，对行车安全十分有利。在设置搭板以后，桥头结构一定范围内路面产生的绝对沉降得以明显减小，处于搭板远端的路面，其沉陷可以减少约2cm，与设置搭板之前相比，差异沉降减少约34%[1]。通常情况下，土体沉降量采用容许工后沉降作为主要控制指标。然而，通过对现有工程工后沉降实际情况进行的分析，该做法仍无法防止桥头跳车。因此，在容许工后沉降基础上，还应采用其他控制指标，如容许纵坡变化，该指标一般不能超过0.4%。通过分析，在设置搭板后，路桥连接部位纵坡坡差可以从0.85%降至0.20%，对避免桥头跳车有很大的作用。此外，路面前20m 以内纵坡产生的变化得以大幅降低，说明路面的沉陷变得比较缓和。然而，设置搭板后，无法减小处于搭板远端的路面纵坡，其数值与0.4%十分接近。其原因为搭板和路基相连部位的搭板，其模量和路基之间的差异很大，可能引起二次跳车。对此，可通过采用土工格栅及桩基来消除二次跳车[2]。

（2）长短桩布置区域和搭板远台端之间的距离为1.5～26.5m。在确保桩长保持一致的基础上，利用软件对刚性桩进行模拟，以确定搭板与等长和长短桩两种桩型相结合后和差异沉降之间的关系，即明确不同桩型对差异沉降造成的影响[3]。通过模拟分析可知，通过对搭板和桩基的结合，能减少路面与桥头相距31m 部分的沉降，在桩基布置范围的结束位置，搭板和等长桩相结合方式的采用与之前相比能减少24%左右的差异沉降，而搭板和长短桩相结合方式的采用，不论长短桩按阶梯形布置还是按直线形布置，与之前相比都能减少约12%的差异沉降。与单纯采用搭板的方式相比，搭板与桩基相结合的方式能减少纵坡波动范围，使道路凹陷能够趋于平稳[4]。此外，搭板和长短桩相结合的方式，能使最大纵坡由单纯进行搭板设置时的0.4%进一步减小至不超过0.2%，但搭板和等长桩相结合的方式，只能将纵坡降至0.25%左右。然而，均能起到消除二次跳车的作用。相较于长短桩和等长桩，前者不论沉降曲线或纵坡变化均较为平稳，对行车安全的改善作用更强，因此建议采用搭板与长短桩相结合的方式[5]。

（3）在搭板和按照直线形进行长短桩布置相结合基础上，对路基进行加筋处理，对此情况下的沉降响应进行分析。在路基中按照相同的间隔距离一共布置3 层格栅，其布置长度应按照进入布桩端结束位置至少10m 控制。通过分析可知，无论采用搭板和格栅相结合的方式、搭板和长短桩相结合方式，还是采用三者相结合的方式，都能起到良好的差异沉降治理效果。但实际治理效果以搭板与格栅相结合的方式为最佳，其次是搭板和长短桩相结合的方式，三者相结合的方式相比最差。就沉降的降低与最大纵坡情况看，搭板与长短桩相结合的实际治理效果比搭板与格栅相结合的方式好，搭板和长短桩相结合的方式治理效果和三者相结合方式的治理效果基本相同，没有明显的差别。然而，通过对格栅的均匀布置，能起到进一步降低地基和一般地基之间相接部位实际沉降的作用。根据纵坡曲线可以对联合方法应用后取得的效果进行验证，采用三者相结合的方法后，伴随和桥头之间的距离不断增加，道路纵坡产生的波动与采用搭板和长短桩相结合的方式相比较小，而且沉降发生的变化也更加平缓，能使道路保持平顺，利于行车安全。