浅谈桥头沉陷通病及对策

【摘要】桥梁的桥台多采用桩式台、U型台、肋型台等，上面是混凝土台帽。桥台不沉, 属刚性, 路堤下沉, 属柔性。结构体的刚度不同是形成差异沉降的主要原因。从设计方面看,桥梁是通过墩台基础...

摘要：随着我国经济的飞速发展，对桥梁等基础设施建设需求不断增加，由于桥梁施工的特殊性和复杂性，在施工过程中较容易出现安全事故，不仅造成巨大的人员和经济损失，同时影响整个施工企业在市场竞争中的生存和发展。本文分析了引发沉陷的几种主要原因，通过对桥头路堤沉陷的构成分析，阐述了桥头路堤沉陷的防治措施。

关键词：桥头沉陷；通病及对策

中图分类号：K928.78 文献标识码：A 文章编号：

一、引发沉陷的几种主要原因

1.结构体的刚度差异

桥梁的桥台多采用桩式台、U型台、肋型台等，上面是混凝土台帽。桥台不沉, 属刚性, 路堤下沉, 属柔性。结构体的刚度不同是形成差异沉降的主要原因。从设计方面看,桥梁是通过墩台基础将荷载传递给地基, 其产生的沉降是地基在荷载作用下的变形, 沉降量通常是比较小的。而桥台台后填方段地基的竖向沉降变形都远大于桥台自身下地基的变形。由于地基的这种差异变形, 反映到路面上, 就出现了桥台和台后填方段路堤的差异沉降变形。

2.设计、施工的不完善

在桥梁施工中，桥头路堤由于过水、跨线等要求, 一般填土都较高。但目前的实际情况是: 设计时路堤的填土材料多数与一般路基一样采用粘性土, 压实度等指标均与一般路基无异; 施工时由于缺少配套的压实机具以及工序、工期安排不合理等原因, 往往造成较大的工后沉降, 最终导致路面纵坡不顺, 其突变点就会导致车辆发生跳车等现象。一般地说, 施工不良比材料不良更容易造成桥头路堤的沉陷。

3.桥梁台背的地基处理不当

在桥梁施工中，由于地质原因或经济因素，有的桥梁桥台落在软弱地基上，台背地基为含水量大的粘性土，或者湿陷性黄土，或者遇有沉积软弱饱和粘土层，就必须根据实际情况对地基进行处理。如果不处理直接进行台背回填，或者采用的处理方法不当，处理后地基承载力仍不能满足设计要求，桥梁完工后就会发生台背沉陷，引起桥头跳车。

4.桥头防护设施不完善

桥头的易冲刷部位一般都做有锥坡、一字墙等防护，如果桥头路堤较高，还应在桥台后的路基边坡修建防护工程。没有完善的桥头防护，由于河水（或雨水）冲刷而造成长期的水土流失，会加剧桥梁台背的沉降。

5.环境因素的影响

冬季, 造成路面、路基病害的主要原因是不均匀冻胀。桥头路堤大部分处于 3 面临空, 湿气更容易浸入到路堤体中。当处于适宜的温度时, 路堤会产生一定数值的冻胀以及春季的融沉, 从而降低强度。同时, 进入空隙的自由水在行车荷载作用下, 会形成高空隙水压力和高流速的水流, 引起路堤内的细颗粒产生唧泥, 从而出现错台、开裂等现象。

二、桥头路堤沉陷的构成分析桥头路堤沉陷是路堤表面在垂直方向产生较大的沉落, 一般有两种情况: 一是路堤本身的压缩沉降, 二是地基承载力不足, 在路堤自重作用下引起地基沉缩或向两侧挤出而造成的。

图 1 是以某座桥梁基础的钻探试验资料所画的地质剖面图; 图 2 是本桥桥头路堤填土和路面结构的基本情况。

该桥头路堤的沉降量 S 按分层总和法计算:

(1)

式中, hi是某层土的厚度; e1i、e2i分别为自重和总应力状态下的空隙比; n 是划分土层数。土体达到某一固结度, 既沉降量比所需时间 t 由下式计算:

（2）

式中, H 是计算土层厚度, Cv是固结系数, Tv是时间因子。

( 1) 考虑了行车荷载和自重荷载 ( 包括路面结构层重量和填土自重) , 路堤沉降量计算值是 2.17cm;

( 2) 路堤填土高度大于 2m, 故不考虑行车荷载。作用荷载有路堤重量和地基土的自重, 由此计算的地基沉降量为 43.04cm。

由于荷载假设、压缩层的深度取值, 地基土计算压缩指标的采用等因素, 理论计算的沉降值与实际发生值会有一定的差距。鉴于影响因素多而复杂, 现仍以理论计算值比较分析。据上计算该路堤的最终沉降量 2.17+43.04=45.21( cm) 。其中, 地基的沉降变形占 95.2%。可见, 桥头路堤的沉陷主要是以地基的沉降构成的。如果路堤填料全部采用细粒土, 其沉降量更要有所增加,但以地基沉降为主的变形事实却是不变的。

三、桥头路堤沉陷的防治措施

1. 减少沉陷

地基和路堤的沉陷总量减少, 或路堤和桥台的差异沉降减少, 是减少桥头路堤差异沉降所主要考虑的。

（1） 科学地对桥头路堤及锥坡范围内不良地基进行处理

为了提高地基土密实度及强度, 加速地基土在施工期间的固结, 减少工后沉降, 一般采取的主要地基处理方法是: 粉喷桩、碎石桩、生石灰桩、挤密砂桩、碎石垫层等; 地下水较深的地区可以采用冲击压实法; 为了提高地基土密实度及强度, 减少空隙比, 消除湿陷性,加强防水、防渗措施, 常用的方法是挤密灰土桩、冲击压实法、灰土垫层等; 对于山前、岗地膨胀土地区, 处理的原则为: 防水、保湿, 宜使用换填法, 改性或铺设灰土垫层等方法。

（2）合理选择桥头路堤填料

桥头路堤填料应该因地制宜、就地取材, 科学选择。要求如下:

1) 台背填料宜选用摩擦角大、强度高、易压实,透水性好的材料。譬如: 砾石、岩渣、级配碎石, 砂砾等;

2) 轻质材料: 如粉煤灰、炉渣, 石灰土等;

3) 在透水性材料不足时, 可采用细粒土填筑, 但要严格执行有关规定, 针对土质不好, 含水量高的填筑土应掺小剂量石灰、水泥等进行处理;

4) 为增强土基整体性, 防止土层和基层产生的裂缝反射到路面面层, 可分层交错搭接铺设土工合成材料。

2.加速沉陷的完成

桥头路堤的沉陷是在修建和使用的各个阶段形成和最终完成的。为了使沉陷能在施工期间完成大部分, 桥头路堤工程应重视排水工程, 采取合理的施工组织。譬如: 设计和施工时应保证路堤的排水坡度、提供良好的排水设施、及时疏散, 就近分流; 安排施工进度时, 在条件允许的情况下可先行组织桥头路堤的施工, 以便尽早完成施工期间的固结沉降; 为了创造双面排水的条件, 在地基表层宜换填粗颗粒透水材料或在路堤底层填筑粗颗粒材料, 有利于地基的固结沉降。砂垫层厚度, 一般在 0.6~1.0m,太厚施工难,太薄效果差。砂料以中粗砂为宜, 要求级配良好, 颗粒的不均匀系数不大于 5, 含泥量不超过 3%~5%。

3.减少、缓解冰冻等对沉陷的影响

水使冻胀土产生不均匀冻胀。在总的路面、路基防冻结构设计的基础上, 尽量减少水分对路面、路基的渗入、浸蚀和冲刷, 从而减缓冻胀的害。 大量的路面损坏状况调查和一些经济对比分析表明, 采用排水、防冻等措施所增加的资金投入, 可以很快从路面使用性能的提高、使用寿命的增加和养护工作的减少中得到补偿。在上路床上增设一布一膜防渗土工布、碎石排水层( 厚 20cm) 对减轻水的作用和防治冻胀是有利的。同时, 提高施工压实标准和质量也是有效地措施之一。

4.搭板过渡

为了使桥头路堤的沉陷在一个适当长的距离内以尽量小的坡度从路基过渡到桥面上,以便提供一个刚度过渡的条件,桥台台后必须设置搭板, 钢筋混凝土搭板宜采用就地浇注。 搭板下路堤可以设置排水构造物等,减少或避免路面、路堤材料的冲刷和浸润, 从而减少路堤沉陷或减弱冰冻的影响。

搭板长度范围一般为 6~12m, 搭板的纵坡可采用与路面设计纵坡平行方式 ( 平置式搭板) 。当引道为柔性路面时, 搭板的远台端应设置在路面与基层之间。同样, 搭板的远台端也可以设置枕梁, 防止因基层沉降而导致搭板滑落。

结语

随着我国经济的持续发展，桥梁建设项目会越来越多，桥头路堤作为一个项目工程的连接部分, 理应全面考虑、统一管理、统一施工, 避免由于机械、费用等问题产生互相推诿扯皮,影响工程质量。同时, 提高大家的责任心, 精心设计、精心施工, 也是防治桥头路堤沉陷的重要措施之一。

参考文献:

[1] 交通部第二公路勘察设计院.路基[M].北京：人民交通出版社，1996.

[2] 鲍明伟，王宗生. 高等级公路桥头路堤的修建问题[J].2008.