路橋過渡段沉降成因分析與設計、施工控制研究

尹自永

(1.云南交通職業技術學院;2.云南省交通勘察設計研究院)

0 前言

隨著我國公路建設事業的不斷發展，人們對公路使用品質的要求越來越高，公路的安全性、舒適性將凸顯其重要性。但路橋過渡段不均勻沉降，即橋頭跳車現象已經成為公路最常見的質量缺陷之一，不僅加速了橋梁、路面和車輛的損壞，嚴重時甚至還會導致車輛失控，誘發交通事故，嚴重影響了公路的安全性與舒適性。因此路橋過渡段的不均勻沉降已經越來越引起公路建設、設計、監理、施工等方面的重視。本文系統地分析總結橋頭跳車的原因，并且從設計和施工兩方面提出有效的控制措施對提高公路使用品質有著重要的現實意義。

1 路橋過渡段不均勻沉降成因分析

橋臺與路基的工后沉降不同，將造成軌道的不平順，導致公路結構的耐久性和穩定性。產生橋頭跳車的根本原因是橋臺與鄰接路段的沉降差異超過一定的界限值，致使車輛在通過橋梁時產生顛簸、不穩，甚至會影響行車安全。

1.1 地基沉陷

路基地基在路基路面自重和車輛荷載的作用下，會產生地基沉陷，是引起過渡段不均勻沉降的重要原因。然而，路基地基種類繁多，土質差異性大。若地基上部荷載相同，因地質情況和土質情況差異，則地基的沉陷量具有很大的不同。就是地質情況和土質情況一樣，但作用在地基上的填土荷載和車輛荷載不同，則地基的沉陷量也是不一樣。

1.2 路面結構沉陷

隨著我國高等級公路的迅速發展，路面結構層厚度一般超過60cm。在墊層和基層施工時，由于橋臺身的影響，壓實機械不能接觸與超過臺身，導致臺身后一定范圍內的墊層和基層壓實度低于設計規范要求值。通車后，在車輛荷載的長期振動作用下，墊層和基層壓實度隨之增加，路面結構層產生壓縮，其厚度相應變薄引起沉陷。這種沉陷量通常較小，但在通車后不久迅速產生，在有軟土地基沉降的條件下起著加速橋頭跳車的作用。

1.3 剛度差異

道路是柔性(剛性)路面與柔性路基的組合，而橋梁是剛性結構物，由于橋梁結構剛度比道路的剛度大得多，經過車輛荷載長時間的作用，橋跨結構變形很小且基礎以下部分不會產生明顯變形，而作為路基填料的土基部分在自身重力和外部荷載的作用下，會產生彈性變形和永久變形。

1.4 設計原因

由于橋臺的類型、接縫的種類、壓實方式和搭板的設計不合理等原因導致過量的差異沉降。特別是當搭板壓實后再鋪筑橋和橋臺時將導致路橋過渡段的壓實非常困難。同時排水系統設計不好也將導致沉降，當填土和路基材料的含水量太高或級配不適時土的承載能力將降低，這也將導致土基沉降和搭板下沉。

1.5 施工控制原因

在施工過程中，由于路橋過渡段的位置特殊，場地狹小，又常使臺后填料不易達到最佳的壓實效果，竣工后沉降較大。而橋梁作為重點控制工程一般優先進行施工，路基由于被認為施工難度較小而放在最后，經常路橋結合處的路基填土沒有經過很長的堆載壓密時間，導致交付后運營的路面沉降變形較大。若在施工中對橋頭沉陷病害認識不夠，沒有嚴格把握填料質量關，按照分層填筑、分層碾壓、分層檢測三種方法施工，也可能產生路橋過渡段的差異沉降。

2 路橋過渡段差異沉降的危害

由于路橋過渡段的差異沉降導致路面的不平整主要有兩方面的原因：一是線路的幾何不平順，路橋間的沉降差使道面產生折角;二是路橋間剛度不同，結構抵抗變形的能力不同。

當路橋過渡段的沉降差達到一定程度，必然會導致路面折角(坡差)超過允許值，破壞線路的平順，危害行車安全和乘客的舒適性。并且沉降差會使車輛高速通過時產生對路面結構較大的附加應力作用，這種作用反過來會加劇沉降差，加速路基路面的破壞。還可能導致路基排水不良，積水下滲到路基內部從而降低土體強度，使沉降量加大，嚴重時會產生沉陷和坑槽。當車輛從橋臺上下來，由于沉降差異導致的最大沖擊力位于路基一側，行車速度越快，沖擊力的最大值距橋臺就越遠。這種沖擊力經常使過渡段內產生翻漿破壞，路基下沉變形等病害;當車輛向橋臺方向運行時，由于車輛通過橋頭時產生的跳動與沖擊，從而對橋梁和道路造成附加的沖擊荷載，加速橋臺、橋頭搭板、支座和伸縮縫的破壞，同時也加劇車輛的機件和輪軌的磨損，增加維修費用。

3 路橋過渡段設計控制

由于建設工程勘察設計的質量對于建設工程質量起著至關重要的作用，因此對于路橋過渡段的質量控制應首先從設計階段開始。在設計階段，必須進行科學合理的分析。

3.1 規范的合理控制

交通部《公路軟土地基路堤設計與施工技術規范》中明確規定了路橋連接處最大容許工后沉降為10cm，且要求連續2～3個月觀測的沉降量每月不超過6mm，才能進行路面施工。通過多年的施工實踐，發現當施工期緊張時不可能連續觀測2～3個月沉降量，因此建議將路橋連接處最大允許沉降控制在5 cm以內。

3.2 巧用土工格柵

土工格柵是一種典型的應力、應變分散材料，當土工格柵與土一起承受車輛荷載和土體自重時，土工格柵會約束土體的側向變形，控制路基填土的側向位移，增強路基整體穩定性，由于土工格柵與路基填土的摩擦作用，使上部荷載在路基中重新分配，降低了土中的垂直應力，而且由于土工格柵具有彈性，在車輛荷載的反復作用下，也會減少或不產生變形的累積。

土工格柵因上述獨特的工程性質，使路橋過渡段橋臺臺背回填加鋪土工格柵的結構型式成為一種控制路橋過渡段不均勻沉降的有效措施。

3.3 搭板專項設計

設置搭板是路橋過渡段不均勻沉降的常用處治措施，但在多年施工中發現，即使設置了搭板也不能有效地控制路橋過渡段的不均勻沉降，其根本的原因是多數設計單位未重視搭板的設計，搭板設計不盡合理。搭板的設計應本著以下原則：(1)搭板的長度能夠跨越橋臺臺背難以壓實的土體，或跨越按計劃在臺背預留的土方缺口長度;(2)根據搭板的受力狀態，用簡支梁來計算搭板長度

4 路橋過渡段施工控制

4.1 填料的選擇

路橋過渡段路堤填料應選用干容重較大的砂類土或滲水性較好的材料，這樣的材料具有良好的水穩定性和壓實特性。嚴禁使用淤泥、沼澤土以及含草皮、樹根、生活垃圾、雜物。在選擇路堤填料時要嚴格按照規范要求進行一系列相關試驗，以確定填料的性質。其試驗項目應包括：土壤的液限和塑限測定試驗，篩分和擊實試驗，填料達到規定壓實度時的壓實遍數與松鋪厚度的關系等。

4.2 土基處治

只有土基具有一定承載力，在車輛長期振動荷載和土體自重作用下路橋過渡段路基沉降才能得到有效的控制。規范中列出了許多地基處治方法：水泥粉噴樁復合地基加固、超載預壓、塑料排水板法、強夯法和爆破法等，但每種方法的機理及適應性是不同的，各自具有鮮明的優缺點，如水泥粉噴樁復合地基加固效果明顯，但造價高;超載預壓法施工方便，但工期較長。在施工過程中要根據工程地質、工期、資金等實際情況加以選擇采用。

4.3 優化施工組織

應盡可能地提前軟土地基路段的施工時間，特別是橋臺地段的施工時間，通過增加預壓時間，以減少軟基路堤工后沉降;在橋臺處設置攪拌樁過渡段，并在攪拌樁過渡段末端與袋裝砂井或塑料排水板加密區交接處設置土工織物砂墊層，以協調變形。在橋臺結構完成后，盡快安排過渡段路堤與一般填土路堤的施工，在路堤與橋臺連接部位，路堤與錐坡預壓填土應同步填筑與碾壓，使用大型機械碾壓困難時可改用小型振動壓實機械進行充分壓實。必須優先安排深層軟土地基和橋頭高路堤施工，進行靜置預壓直至符合規范要求為止。

5 結語

路橋過渡段的成因復雜，處理困難。本文通過對路橋過渡段設計與施工實際情況的分析，系統總結了路橋過渡段不均勻沉降的原因，并從設計與施工兩方面提出了切實可行的改進措施，只要做到路橋過渡段地基處治合理，結構設計充分，加強過渡段施工各個環節的控制，保證每道工序的施工質量，就能防止或減少路橋過渡段的不均勻沉降，從而減輕甚至避免公路橋頭跳車現象，對提高公路的安全性與舒適性有著重要的現實意義。

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