關(guān)于橋頭軟基過渡段變剛度設(shè)計(jì)的剖析

萬莉

摘要：本文對(duì)軟土地基產(chǎn)生差異沉降的原因進(jìn)行了分析，重點(diǎn)探討了軟土地區(qū)橋頭路基過渡段變剛度設(shè)計(jì)方法，以供參考。

關(guān)鍵詞：橋頭過渡段；地基處理；沉降差；剛度比設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674—3024（2016）05—173—02

前言

高速公路由于設(shè)計(jì)時(shí)速高，對(duì)公路的沉降變形和穩(wěn)定性要求高，一旦縱向差異沉降大，將引起路面橫向裂縫，甚至引發(fā)“跳車”現(xiàn)象，影響行車舒適性、安全性，降低行車速度，加大車輛和公路本身的運(yùn)營(yíng)成本。高速公路建設(shè)初期，修建于軟土路段的高速公路“跳車”現(xiàn)象主要出現(xiàn)在橋梁與路基交界處，稱為“橋頭跳車”，由于直接影響行車的舒適程度，減小了行車速度和通行能力，甚至在橋臺(tái)處發(fā)生交通事故，嚴(yán)重影響了高速公路的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，因此引起了國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注。處理橋頭過渡段的方法主要有：

（1）盡量減少過渡段：對(duì)于涵洞、通道等小型構(gòu)造物路段應(yīng)盡可能與兩側(cè)路基路段采用一致的地基處理方式。

（2）地基處理：采用復(fù)合地基、換填、堆載預(yù)壓+豎向排水體等方法處理軟土路段的橋頭。

（3）設(shè)置橋頭搭板：起到了差異沉降過渡的作用，緩和了縱坡變化。

本章在已有研究成果的基礎(chǔ)上，從軟土地基過渡段的縱坡差與地基差異沉降的關(guān)系這一角度，提出軟土地基路段的差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行按變剛度設(shè)計(jì)的地基處理方法的研究。

1軟土地基差異沉降產(chǎn)生機(jī)理分析

軟土地基的沉降是由瞬時(shí)沉降、主固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降組成，其表達(dá)式如下：

S=Sd+Sc+Ss （1）

一般認(rèn)為，路基的工后沉降主要由土骨架的蠕動(dòng)造成的次固結(jié)沉降造成，而實(shí)際研究表明，軟土路基工后沉降中主固結(jié)沉降仍是最主要的，主要原因如下：

（1）不同的加荷速率所引起的施工期的沉降量是不同的，若施工期的加荷速率較快，則土層在本級(jí)荷載的作用下主固結(jié)部分還沒有完成，又在新一級(jí)荷載作用下開始瞬時(shí)沉降。因此，快速施工時(shí)加荷速率過快造成工后的沉降量中主固結(jié)沉降部分比例增大，從而增加了工后的沉降量。

（2）軟粘土滲透系數(shù)較低，排水緩慢，同時(shí)弱結(jié)合水不易排出，孔隙水消散時(shí)間增長(zhǎng)，引起主固結(jié)完成所需時(shí)間增長(zhǎng)。

2差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

目前對(duì)過渡段沉降量的控制，各國(guó)并沒有一致的標(biāo)準(zhǔn)。日本道路協(xié)會(huì)建議的容許剩余沉降量為10～30cm；美國(guó)公路路堤軟基處理中建議橋頭引道容許工后沉降為15～30cm；我國(guó)的規(guī)范規(guī)定設(shè)計(jì)年限內(nèi)的路基工后沉降在一般路段不超過30cm，橋臺(tái)與路堤相鄰處不超過10cm。根據(jù)對(duì)滬嘉高速公路9年的跟蹤調(diào)查取得的觀察資料研究后，建議由工后沉降量造成縱坡變化率控制在0.2%～0.3%之內(nèi)，則會(huì)避免高速行車時(shí)有跳車感覺。莘松高速公路試驗(yàn)則指出路堤的高度大于2.35m時(shí)，容許沉降為10～15cm；路堤高度小于2.35m時(shí)，則容許沉降為10cm。葉見曙等通過寧通一級(jí)公路揚(yáng)（州）江（都）段中4座大中型橋梁的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，提出竣工時(shí)橋面和搭板面容許縱坡差為0.4%。

本文就設(shè)置橋頭搭板和不設(shè)置橋頭搭板兩種情況的差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行討論。

2.1設(shè)置橋頭搭板差異沉降分析

搭板設(shè)計(jì)的基本思路是將橋臺(tái)與路堤銜接處因較大差異沉降引起的路面縱坡突變通過設(shè)置橋頭搭板進(jìn)行緩和過渡，將路面縱坡變化限制在容許范圍內(nèi)，從而達(dá)到消除橋頭跳車的目的。搭板一般為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，寬度與橋面板相同，厚度一般為20cm～40cm，大部分長(zhǎng)度在5m～12m之間。

橋頭搭板的一端擱置在橋臺(tái)背上，構(gòu)造為簡(jiǎn)支支承，而板體在引道土體上。通常，橋臺(tái)基礎(chǔ)的沉降較小，引道土體沉降較大，當(dāng)兩者之間發(fā)生了差異沉降后，橋頭搭板隨之繞簡(jiǎn)支端轉(zhuǎn)動(dòng)。現(xiàn)取搭板面與引道路面縱坡一致的情況，以x表示搭板長(zhǎng)度；和分別表示橋臺(tái)基礎(chǔ)和搭板遠(yuǎn)離臺(tái)端下土體的工后沉降；i和i′分別表示竣工時(shí)和引道土體沉降趨于穩(wěn)定時(shí)的搭板縱坡，可得到橋頭差異沉降的分析圖式（如圖1所示）。橋面與引道搭板之間縱坡差限值沒有相應(yīng)規(guī)定條文，Thiele等[9]認(rèn)為容許縱坡差分別為0.28%～0.42%時(shí)，能避免橋頭跳車情況，根據(jù)路面平整度要求、行車舒適度要求和以往的研究，綜合選定縱坡差限值為0.4%。

2.2未設(shè)置橋頭搭板差異沉降分析

未設(shè)置橋頭搭板的水泥混凝土路面、瀝青混凝土路面，由于橋臺(tái)和引道土體沉降差異在橋頭形成一個(gè)陡坎或臺(tái)階。行車安全和舒適性來看，臺(tái)階對(duì)行車的影響比設(shè)置搭板時(shí)的影響要大。

為了便于分析，也將工后引道土體沉降趨于穩(wěn)定時(shí)的總沉降量S分成兩個(gè)部分，即

S=Sb+△S（3）

式中，S—橋臺(tái)基礎(chǔ)的預(yù)期工后沉降量；△S—橋臺(tái)與引道土體之間的差異沉降值；△S遠(yuǎn)大于設(shè)置搭板時(shí)的沉降差，因此以設(shè)置搭板時(shí)沉降差作為控制標(biāo)準(zhǔn)。

3變剛度過渡段沉降的計(jì)算

變剛度過渡段設(shè)計(jì)，就是采用復(fù)合地基樁間距過渡，改變樁土置換率來達(dá)到橋梁承臺(tái)與路基段剛度漸變的目的。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)路基沉降，發(fā)現(xiàn)過渡段工后沉降與距離的關(guān)系呈“S”型分布，軟土地基過渡段著異沉降變化劇烈的部分在交界面左右20米的范圍。工后沉降量占天然地基最終沉降的比例即工后沉降系數(shù)6，是與路基的填高D，軟土厚度H，過渡段兩側(cè)模量比n及計(jì)算時(shí)間t相關(guān)的函數(shù)，因此sp的縱向分布參照式（1）、（2）計(jì)算得到。