路桥过渡段复合地基差异沉降优化设计研究

路桥过渡段复合地基差异沉降优化设计研究

杨洁

杨洁南通通宇市政交通设计咨询有限公司

摘要：文章通过对路桥过渡段发生差异沉降的机理进行了相应分析，然后从设计和施工方面提出了影响路桥过渡段复合地基差异沉降的影响因素，最后从路桥头地基和过渡段两方面出发，提出了相应的优化设计方案，以期为类似工程提供参考。

关键词：过渡段；复合地基；差异沉降；优化设计

Luqiaotransitionsectionofdifferentialsettlementofcompositefoundationdesignoptimizationresearch

YangJienantongtecocitymunicipaltransportationdesignconsultingCo.,LTD

Pickto:basedondifferentsubsidenceoftransitionsectionofroad&bridgehappenedmechanismofthecorrespondinganalysis,andthenfromthedesignandconstructionofthebridgehasproposedtheinfluencetransitionsectionofcompositefoundation,theinfluencefactorsofdifferentsubsidence,andfinallyfromtheroadandbridgefoundationtransitionsectiontwoaspect,andputforwardthecorrespondingoptimizationdesign,soastoprovideareferenceforothersimilarprojects.

Keywords:transitionsection;Compositefoundation;Differentialsettlement;Optimizationdesign

公路在我国国民经济的飞速发展中发挥着重要作用。由于其特有的灵活性和优越性，公路在交通运输方式中扮演着无可替代的作用。我国地域辽阔，公路所穿越的地质条件具有复杂多样的特点，导致公路出现多种形态的病害。其中，路桥过渡段出现的桥头跳车即为公路最常见的病害之一，严重影响行车的安全性和舒适性。针对路桥过渡段地基不均匀沉降，魏敏等人[1]以广西沿海铁路南宁至钦州段扩能改造工程NQ－2标项目为例，从客观上制定了一套科学的管理程序，提出了能防止或减少路桥过渡段不均匀沉降的措施，实现平稳过渡。张立敏[2]、董鹏[3]以高速公路为例，对软土地基路桥过渡段沉降差异进行了分析，同时提出了路桥过渡段沉降病害处治的相关措施。王万顺等人[4]对高速公路桥头跳车病害进行了相应分析并对其治理措施进行了探讨，提出了行之有效的方案。

本文针对路桥过渡段复合地基差异沉降的现象，对路桥过渡段出现差异沉降的原因进行分析，结合复合地基特点，从地基、过度段两方面出发，有针对性的提出优化设计，以期为类似工程提供参考。

1差异沉降形成机理分析

1.1设置搭板时的沉降分析

对于使用钢筋混凝土搭板的桥头过渡段来讲，桥头搭板的一端搁置在桥台背上，另一端通过枕梁设在引道土体上。为了便于分析沉降差产生的过程，可以假设：①竣工时桥面和搭板面的纵坡相等，均为i1；②桥头沉降过程中，搭板绕简支端转动，且可以被视为平直的刚体；③搭板上和桥面上的面层结构和厚度均相同，不产生沉降差。

假设在沉降过程中存在桥面纵坡i2b等于搭板面纵坡i2a的情况（如图1），将桥头沉降过程分为两个阶段。第一阶段：竣工后至桥面纵坡i2b等于搭板面纵坡i2a，主要是桥面由于墩台产生沉降造成纵坡变化（Δ1=i2a-i1）控制，其值不能过大，否则将导致桥面发生破坏，伸缩缝挤坏及支座条件变差。第二阶段：桥台沉降趋于稳定后至整个引道土体趋于稳定。此时桥面纵坡i2b与搭板纵坡i3不相等，两者之间称为纵坡差Δ2，即Δ2=i3-i2b，其大小对过渡段的行车舒适性具有很大的影响。

图1设置桥头搭板时沉降差异示意图

1.2未设置搭板时的沉降分析

未设置桥头搭板的水泥混凝土路面、沥青混凝土路面，由于桥台和引道土体沉降差异在桥头形成一个陡坎或台阶（如图2所示）。从行车安全和舒适性来看，台阶对行车的影响比设置搭板时的影响还要大。

图2未设桥头搭板时沉降差异示意图

2差异沉降影响因素分析

2.1地基设计施工方面

软弱地基路段由于地基沉降引起的桥头跳车现象仍然存在。这主要是施工图设计时，地质钻探布孔过少，未能及时发现软弱地基的存在，或者未能准确探明软基范围和深度以及软土的相关物理力学性质，导致桥头路堤软土地基处治遗漏。同时，在桥头引道，由于软土地基的存在，桥台台背路堤施工时填土压实不足，雨水侵蚀造成路堤填土流失和强度降低，这是造成路桥过渡段路堤沉降的主要原因。

2.2桥台台背路堤方面

根据设计规范，所有桥梁、通道和明涵等结构都要求台背进行填土处治。然而，台后填土压实度由于施工用料、施工顺序、施工机械、施工经验等工程管理因素的影响，施工过程涉及各个方面。从公路调查结果可知，台背填土普遍存在压实不足的问题，这是造成路桥过渡段不均匀沉降的基本原因之一。

2.3路桥过渡段结构设计方面

桥头引道过渡段通常采用搭板结构。然而，设置搭板结构以后，桥头跳车现象仍然严重，而且桥头搭板断板现象较为普遍。主要有如下情况：

①根据桥梁的长度，桥头设置搭板长度划分为：a.大中桥，搭板长度为8m；b.小桥、填土高度小于0.5m的通道以及涵洞，搭板长度为5m。然而，桥头引道路堤处于高填方路段，软基路段桥涵结构与桥头路堤相对沉降量大。

②搭板设计根据支承在弹性地基上的板计算，没有考虑台背路堤沉降，由于雨水冲刷带走台背填土等原因造成搭板与台背路堤脱空的不利受力状态，结果形成搭板的设计强度不足，产生断板，引起桥头线形突变。

③桥头搭板处理目前尚未形成定型的设计计算方法，公路桥涵设计规范也没有明确规定。

④工程实践中，桥头搭板一般不作专项设计。但是，从工程实践可知，合理地处治软土地基，实施台后填土压实是消除路堤填筑土体沉降的条件，而可靠的搭板设计是解决桥头跳车的重要保证。

2.4桥头引道路堤边坡防护方面

从公路桥头引道路堤相关设计和施工可以得知，台背路堤填土通常采用砂类、渗水性土体作为填料，且不考虑防排水设施。一般情况下，对于桥台处于长期浸水的路段，采用浆砌片石护坡。而对于其它桥台路段，只在锥坡范围设置浆砌片石护坡，台背设置方格网草护坡或草皮护坡。然而，从公路续建、水毁和收尾工程勘查过程中发现，许多桥头路堤沉降比较严重的地方，往往伴随锥坡和护坡水毁。桥头引道路堤边坡防护措施以及台背防水和排水设施的不适当，引起台背填土流失，导致路基强度降低。在行驶车辆荷载长期反复作用下，桥头引道过渡段填土发生塑性变形，诱发桥头路堤不均匀沉降，导致桥头跳车现象的产生。

3路桥过渡段优化设计分析

3.1桥头地基设计优化

桥头过渡段地基选择必须密实、稳定而均质。地下水对地基强度和稳定具有严重的影响，必须采取拦截或排出路基以外的措施。一般情况下，要求填土处于干燥或中湿状态，过湿状态或强度与稳定性不符合要求的潮湿状态填土，必须经过处理。

在台背回填区域范围内宜选用摩擦角大、强度高、压实快、透水性好的填料，例如岩渣、砾石、砂砾等。同时，选用内摩擦角较大的填料有利于从台背缝隙渗入的雨水沿盲沟或泄水管顺利地排到路基外，从而减小雨水的危害，而且也有利于改善压实性能，使路基容易达到设计要求的密实度。同时考虑到减轻路堤自重，有效的降低地基应力，减少沉降并增大安全系数。近年来，有采用泡沫苯乙烯等工程塑料作为桥头填料，可大大减轻路堤体的重量，成功遏止桥涵连接路堤的过度沉陷。

3.2过渡段设计优化

1）应合理设置缓和过渡段。由于不同的结构型式，从桥台刚度大的混凝土结构逐步过渡到柔性的填土路基结构和沥青混凝土路面结构，其强度不一致。因此，软土地基处治时，各段不同强度之间需设置强度过渡段。

2）路桥过渡段的结构型式。①桥台台背路堤加铺土工格栅在路桥过渡段路基施工中采用土工格栅技术；②合理确定搭板长度和搭板强度设计根据桥头路堤与桥台相对沉降量预计值以及车辆行驶要求的顺适程度，合理地确定搭板长度。一般情况下根据下述原则确定其长度：a.路面设计使用年限内，由于道路下沉引起路面纵坡变化，要求搭板随路堤沉降后倾角在1/200~1/300范围内变化。b.搭板的长度能跨越桥台台背难以压实的土体，或跨越按计划在台背预留的土方缺口长度。c.根据搭板的受力状态，用弹性地基或简支梁计算搭板长度。根据交通部规范要求，桥台与路堤相邻近容许工后沉降为10cm，按上述计算的搭板长度为30～20m。

参考文献

[1]魏敏，李敏，朱斌泉.路桥过渡段不均匀沉降原因分析与处理方法[J].公路交通科技，2011（6）：82-83.

[2]张立敏.路桥过渡段差异沉降分析及处理[J].黑龙江交通科技，2007（12）：70-71.

[3]董鹏.高速公路桥头过渡段沉降差异分析及处理方法[J].铁道建筑，2008（4）：53-55.

[4]王万顺，耿与岭.高速公路桥头跳车病害的分析与治理方法探讨[J].中国煤炭地质，2005，17（5）：78-80.