路桥过渡段不均匀沉降

摘要：路桥过渡段产生不均匀沉降问题必须根据工程实际，进行全过程的系统的科学管理，加强结构设计，加强控制施工中的各个环节工序的工程质量，从而减轻桥头跳车现象提高社会经济效益。本文介绍了过渡段不均匀沉降产生的机理，探讨了过渡段沉降不均匀问题的处理办法，总结了路桥过渡段的施工控制措施。

关键词：路桥过渡段不均匀沉降产生机理处理办法控制措施

中图分类号：U448.14 文献标识码：A 文章编号：

路桥工程施工中过渡段的不均匀沉降的原因是多方面的，要减少或消除路桥过渡段的不均匀沉降现象，就必须根据路桥工程实际情况，结合路桥经济技术指标，从一开始严把质量关，对路桥过渡段进行综合处治。只有这样才能让路桥工程过渡段的不均匀沉降问题得到有效解决，从而提高道路行车的安全性和舒适性，最终为社会的安定和人民的安全提供更全面的保障。

一、过渡段不均匀沉降产生机理

1、设搭板时的沉降分析

对于使用钢筋混凝土搭板的桥头过渡段, 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。为便于分析沉降差产生的过程, 假设: 竣工时桥面和搭板面的纵坡相等, 均为i1; 桥头沉降过程中, 搭板绕简支端转动, 且可视为平直的刚体;搭板和桥面的面层结构和厚度相同, 不产生沉降差。若沉降过程中桥面纵坡i2b 等于搭板面纵坡i2a(见图1), 则桥头沉降过程分为两个阶段。

图1设桥头搭板时沉降差异示意图

（1）竣工后至桥面纵坡i2b等于搭板面纵坡i2a这一过程。主要是桥面由于墩台产生沉降, 造成纵坡变化(Δi1 = i2a - i1 ) , 其值不能过大, 否则将造成桥面破坏, 伸缩缝挤坏及支座条件变差。因此, 各国的桥梁设计规范均有限制。

（2）桥台沉降趋于稳定后至整个引道土体趋于稳定。主要特点是桥面纵坡i2b与搭板纵坡i3 不相等,两者之间称为纵坡差Δi2, 即Δi2 =Δi3 - i2b, 其大小对过渡段的行车舒适性影响很大。因此桥台与引道土体容许沉降差并不是一常数, 与纵坡差和搭板长度均有关系。

2、未设桥头搭板时的沉降分析

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在桥头形成一个陡坎或台阶(见图2)。从行车安全和舒适性讲, 台阶对行车的影响比设置搭板要大。

图2未设桥头搭板时沉降差异示意图

工后引道土体沉降趋于稳定时的总沉降量S 分两部分, 即

Sa=Sb+ΔS （1）

式中Sa为桥台基础的预期工后沉降量; ΔS为桥台与引道土体之间的差异沉降值; Sb是台背产生的台阶高度, 对行车舒适性的影响很大。

二、路桥过渡段产生不均匀沉降问题的分析

1、桥头搭板设计欠妥。桥头过渡段多采用搭板结构，而设置搭板后的桥头跳车现象依然存在，分析其原因有两方面：第一，根据桥梁的长度，桥头设置搭板长度分为：大中桥搭板长度为8m，小桥及涵洞搭板长度为5m，而在施工中桥头路堤处于高填方，路桥间相对沉降量大，而搭板长度不足以起到顺接作用，车辆行驶时往往出现桥头跳车现象；第二，搭板强度不够，产生断板引起桥头线

形突变，出现桥头跳车。

2、桥头地基处治不利。在桥头，有些存在软土地基，由于地基沉降引起的桥头跳车现象依然存在，分析原因主要有两方面，一方面是施工图的设计方面，对地基的探测和物理力学性质研究不全面，造成桥头路基处治遗漏或采取的处治方法不当。间或采用的软土地基处治理论计算方法和软土地基的实际情况有差距，使软土处治不能达到预期效果，不能满足《道路软土地基路堤设计和施工技术规范》的技术要求。

3、桥头路堤边坡防护措施不妥。从道路桥头路堤的施工可知，台背路堤填土常采用砂类、渗水性土作为填料，不考虑防水和排水设施，通常对桥台处于长期浸水路段，采用浆砌片石护坡，而其他桥台路段，只在锥坡范围设置浆砌片石护坡，台背设置防格网草护坡或草皮护坡，但是，从道路改建、水毁和收尾工程侦查过程发现，许多桥头路堤沉降较严重的地方，长伴随锥坡和护坡水毁，分析其原因，雨水对路堤的冲刷和侵蚀防格网草防护等路堤边坡防护措施未能起到保护路基免受雨水侵害的作用，所以桥头路堤边坡防护措施及台背防水和排水设施的不适当，促使台背填土流失，路基强度降低，在行驶车辆长期作用下，过渡段填土塑性变形，诱发桥头路堤不均匀沉降，出现桥头跳车现象。

4、桥台台背路堤压实度不满足要求。从城市道路工程建设可知，几平所有的桥梁、通道和明涵都要求台背填土处治，而台后填土压实度由施工用料、机械设备、施工顺序、施工经验、施工作业面等工程管理因素的影响。施工过程涉及各个方面：从道路施工调查结果可知，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。

三、路桥过渡段施工采取的措施

1、加强路桥过渡段的施工组织设计

对于施工方案和施工组织设计必须达到以下要求：要讲究科学的编制程序和方法；编制时进行技术经济分析和比较，做到设计优化，保证施工方案和施工组织设计的质量。过渡段的施工组织设计应该有利于减少路桥间的沉降差，在桥台结构完成后尽快安排过渡段陆地与一般填土路堤的施工，使用同样压实能量的压实机械把过渡段路堤与一般路堤的碾压面按大致相同的高度进行填筑碾压，分层填筑时，每层松铺厚度必须控制在15cm内，并在台背墙上划上记号，以保证厚度的均匀性，方便施工人员检查。在路堤和桥台连接部位，路堤与锥坡预压填土应同步填筑碾压，使用大型机械碾压困难时可改用小型振动机充分压实。

2、加强路堤填料的选择实施

不同土壤在相同压实机具下达到同等压实度时的压实变数和松铺厚度的关系，从试验结果比较各种土壤的技术指标，选出最适宜的土壤作为填料。

由于基层质量不好而引起的干缩比较小。但对于矿质集料粒径过小，细集料较多的，则容易产生裂缝。通过江平道路二灰碎石裂缝处钻芯发现，基层混合料石屑过多，起骨架作用的石子含量偏少，导致二灰碎石基层的收缩应变过大。对基层反射裂缝的控制主要从以下两点：

（1）二灰碎石混合料配比、集料级配方面进行控制。根据实践情况，原规范连续级配偏细，实际施工时应适当增加粗集料，胶结料适当减少，以改善二灰碎石的线性收缩系数。

（2）此外，控制拌和时的含水量，注意正确的运输方式，保证在最佳含水量进行碾压并注意养护，保持二灰碎石基层表面的湿润，能有效减少基层收缩裂缝。

3、在裂缝开展后及时进行维修养护

对沥青路面早期开展的非荷载疲劳裂缝，要根据具体情况采取相应的措施。

（1）如裂缝不宽，一般采用灌缝处理，通常在秋冬交替时，采用可常温下施工的乳化沥青进行灌缝。如果是加热的沥青，则容易由于温度的迅速下降而难以浸透到裂缝深处。目前国内已开发出一种合成橡胶填缝材料，可直接填缝，30min后通车。

（2）若裂缝开展较大，可沿裂缝两侧切割成15～20cm宽的条形槽，深度为面层的一半。将下层缝隙中清理干净，采用沥青砂填缝，再将槽中涂刷粘层油，铺土工格栅作为应力吸收层，再用细粒式沥青混凝土填筑碾压密实。干容重较大的砂类土或渗水性好的材料，这样的材料强度高，容易压实，当采用非渗水性材料时，应在土中掺加外加剂，如石灰、水泥等，严禁使用淤泥以及含草皮、树根和其他杂物的土作为填料。

4、加强压实要求

台背路堤填土应与锥坡填土同时进行，并按设计宽度一次填土，分层填筑过程，每层的压实厚度不超过15cm，其施工顺序为汽车卸土、推土机平整、洒水或凉晒、人工平整、压路机碾压、压实度检测，压路机碾压过程中，既要保证压实度，同时又要注意不损伤台身，具体要求为：采用振动压路机碾压时，除对台背路堤填土与路基土方连接处必须加以振动；增强碾压效果外，桥台附隐若现采用不振动静压并慢速碾压，以免损伤桥台；检查填土松铺厚度、平整度和含水量，符合要求后进行碾压；根据压实试验提供的松铺厚度和控制压实遍数进行压实。

四、过渡段不均匀沉降处理方法

桥面板、桥台及其基础和台背路基及其基础的设计与施工是引发问题的主要因素。桥台沉降主要是由地基沉降引起，在正常情况下其工后沉降量都很小。路堤沉降的原因是多方面的，与地址、水文条件、路堤设计和路堤的施工方式及施工标准、时间有关。国内针对桥头跳车开展了大量研究，治理方法见表1：

表1 路桥过渡段不均匀沉降治理方法表

五、用土工格栅处理过渡段不均匀沉降

国内长沙理工大学率先提出用士工格栅加筋土技术，解决桥台台背填料沉降的方法，在多条高速公路得到了应用，结果表明加筋起到了有效消除桥头跳车的目的，使用效果良好。

1、土工格栅加筋机理

从微观角度讲，路桥过渡段的粗颗粒填料在高压力及低孔隙率的条件下，使土体体积变化的物理作用包括土粒的弯曲、滑移、滚动和压碎，其中土粒的滑移、滚动与土粒滑移、滚动与土粒的摩擦力关系密切。增加土粒间的摩擦，限制土粒的滑移和滚动可以减少土体的变形。从宏观的角度来说，路桥过渡段的差异沉降主要是由于过渡段路基填土的压密下沉（孔隙比减少）和侧向位移引起的。其中，路基填土的压密下沉为永久下沉，是由填土的自重产生的，它发生在两个时间段：一是施丁阶段的下沉；二是工后下沉。前者不必考虑，因为总要填到设计标高。设计关心的是工后下沉，它对于后期的运营将产生较大的影响。所以，减少沉降差的关键在于减少路堤填土的侧向位移。从微观和宏观的角度分析了沉降差的产生机理后，就不难发现土工格栅处理路桥过渡段是十分适合的。

过渡段的填土在竖向附加应力作用下，会产生水平方向的剪应力和侧向位移。由于土与格栅的刚度不同，受力后的变形也就不同。两者之间产生相对位移趋势或相对位移，进而产生摩擦力，这个摩擦力一般称为“表面摩擦力”；同时，由于格栅孔格约束了其内部土粒的侧向滑移与滚动，这部分土粒与相邻的土粒之间也产生相对位移趋势或相对位移，从而产生摩擦力，这个摩擦力，一般称为“咬合力”或“横肋阻力”。“表面孽擦力”和“咬合力”使格栅限制了土粒的滑移和滚动，在整个格栅平面上限制了土体的侧向位移。格栅对于产生沉降的关键因素发生了作用，因而，采用格栅处理路桥过渡段的问题是合理的。

2、土工格栅对土中应力和位移的影响

格栅与上体接触界面的剪应力，可以合理地解释格栅对于土体的加筋作用。格栅与土体一起承受外部和内部的竖直荷载作用，并产生变形。由于格栅的抗拉刚度大于土体，其与接触而上的土粒问产生位移趋势或位移，格栅两侧的土粒受到约束，土粒间以及土粒与格栅间的摩擦咬合作用增强，在土与格栅界面上产生剪应力。土与格栅界面上的剪应力，改变了土体中的水平正应力σ的大小和分布，进而改变了土体中的位移；同时，它减小了土工格栅界面以下土体的附加应力，从而使土体竖向缩变形量减小。所以格栅与土体接触面的界面剪应力，对于加筋复合体的变形性能起着关键的作用。

软土区段铁路路桥过渡段对线路工程的重要性已成共识，刚性桥台和柔性路堤之间的强度渐变段易产生不均匀沉降，路桥过渡段地基处治，结构设计恰当，加强过渡段结构施工各个环节的控制，从客观上制定一套科学的管理程序，保证每道工序的工程质量和施工质量，就能防止或减少路桥过渡段的不均匀沉降，以确保列车高速、安全、平稳地通过软土地区。

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