高架橋下路面不均勻沉降防治措施

易山山 張 玉 于瑋曉 肖 昊

(1.華中科技大學土木工程與力學學院 武漢 430074; 2.河南交院工程有限公司 鄭州 450000)

隨著城市的快速發展，城市快速路的建設也越來越多，由于用地緊張，城市快速路多采用高架橋的形式，高架橋下方為普通市政道路。但在部分高架橋下，道路出現嚴重的不均沉降給行車帶來了極大不便，嚴重影響交通通行，同時還存在諸多安全隱患[1-2]。因此，分析高架橋下路面不均勻沉降的原因并提出合理解決方案，是十分必要的[3-4]。

1 高架橋下路面不均勻沉降機理

1) 當高架橋建成，橋下路面通車后，路面及高架橋承臺處的填土密實度增大，孔隙率降低，結構層之間被壓縮，橋梁承臺由于本身剛度大，因此產生的沉降變形相對于橋下路面小很多，可以忽略不計。久而久之，當路面與承臺的相對沉降差超過一定程度時，瀝青混凝土路面就會出現沉降或斷裂，兩者之間形成錯臺，便會在橋墩承臺附近處出現差異沉降[5-6]。這種情況主要是因為施工階段未按照規范要求填土，導致工后沉降較大。

2) 由于道路建設在軟土路基上，在施工階段若沒有處理好軟土路基承載力的問題，在道路建成通車后，靠近橋墩處道路沉降小，遠離橋墩處道路沉降大，也會出現上述問題。因此解決高架橋下不均勻沉降主要應該在施工階段處理好路基和填土的問題，從這兩方面下手，才能有效治理高架橋下道路不均勻沉降。

2 防治措施

軟土地基處治方式有多種，但實際工程應用中，軟土地基處治主要有置換類、振密擠密類、灌入固化物類、排水固結類、加筋類等方式。

2.1 置換類方法

1) 換土墊層法。將地基中的土質較差的不良土挖除，然后回填一些力學性能較好的巖石材料，同時也可以對巖石材料采取強夯密實的措施。回填材料的力學性能主要指較強的抗剪性能和壓縮性能，這種力學性能可以使地基提升承載力及減小沉降值。

2) 擠淤置換法。為了使地基的承載力得到一定程度的提高，可以將碎石進行爆破夯實或者回填置換出淤泥。

3) 強夯置換法。采取強夯堅硬碎石的方式得到墊層，堅硬的墊層能達到提升承載力的要求。

4) 石灰樁法。將混合有生石灰的填料經過一系列的物理或化學反應得到的產物灌入樁孔內，可以采用機械設備或人為挖孔的方式。

5) EPS超輕質料填土法。發泡聚苯乙烯(EPS)是一種新型的材料，單位體積內的EPS的質量相當于單位體積內的土體質量的1/50～1/100。這種新型材料具有較好的力學性能，其較高的強度和抗壓性能不僅可以顯著地降低自重荷載，也使周圍擋土結構處的壓力大大降低，對于置換地基土可以得到顯著的成效。

2.2 排水固結類方法

1) 加載預壓法。地基上部受到外界的作用荷載，而預先設置好的排水系統縮短了固結排水的時間。

2) 真空聯合堆載預壓法。預先在地基土體中設置豎向和橫向的雙向排水系統，同時令地基土體上部形成一個封閉空間，通過機械設備不斷抽取這個密閉空間內的空氣和水分，使其達到一個真空的環境，這樣地基土體更容易快速固結，同時可快速起到加固土體的作用。

2.3 灌入固化物類方法

1) 深層攪拌法。為了提高土體的承載能力，降低地基土體的沉降量，可將水泥和地基土等原料混合均勻，制作成圓柱來達到目的。當混合料中的有機質含量較高時，可以先進行試驗檢測其相關指標再決定是否可用。

2) 高壓噴射注漿法。該方法是通過專門的機械向地基土中高壓噴射漿液，與此同時，可使一些土體被噴射的漿液置換掉，這樣部分漿液和部分土體就形成了強度較高的結合體。

3) 滲入性灌漿法、劈裂灌漿法、擠密灌漿法原理類似，均是把填充材料生產成特定稠度的液體，這樣可使液體滲透進地基土間的空隙并填充它，進而達到提高土體的承載能力目的。其中擠密灌漿法可以抬高地表路面，產生較好的效果。

2.4 振密擠密類方法

1) 強夯法。為了改善土體的承載能力，使夯錘利用自身的重力下落至地面，下落的速度產生的沖擊力造成地基土體被夯實，而夯錘的質量一般在10～40 t的范圍內。

2) 振沖密實法。為了改善土體的承載能力，通過使用振沖器來減小土體間的空隙，也使填充料填充地更加充分。

3) 擠密砂石樁法。通過制作碎石樁的過程，對地基土體達到擠壓的效果。

4) 爆破擠密法。通過爆破的方式使地基土體受到擠壓，進而提高其強度。

2.5 加筋類方法

土工織物法。通過在地基土體中鋪設強度較高的人工合成的聚化物來改善土體的強度及穩定度，這種形式使土體成為了加筋土。而現階段，使用較廣泛的加筋材料便是土工織物，這種處治措施對提高軟土地基承載能力有較好的作用和效果。

2.6 挖填措施

道路出現波浪形不均勻沉降后，可以采用挖填的方法，挖去沉降較小處的填土，填補沉降較大處的填土，人為地將不均勻沉降的道路填平，然后再修筑路面。

以上每一類的處治措施都不是萬能的，都有各自的使用條件和前提，所以，應根據每個工程的時間情況來選擇相應合適的處治措施。改善地基性能、提高土體的強度、降低地基沉降等是處治地基的重要目標。

3 有限元分析

為了研究路基中加筋對軟土路基的加固效果，建立有限元模型對有、無加筋兩種情況下軟土路基的變形進行有限元計算。

3.1 計算模型

土體采用摩爾-庫侖彈塑性本構關系，路基按設計分層，碎石層采用摩爾-庫侖模型。加筋置于路基中。土體的參數見表1，有限元幾何模型見圖1。

表1 土體計算參數表

注：h-厚度；γ-重度；E50ref-三軸試驗割線模量；Eoedref-主壓密加載試驗的切線模量；Eurref-卸載再加載模量；μ-泊松比；e0-初始孔隙比；n-孔隙率；φ-內摩擦角；c-黏聚力。

圖1 數值分析模型

道路不均勻沉降主要發生在靠近橋墩一側，因此主要分析靠近橋墩一側道路的沉降情況，對比加筋前后道路沉降差的變化，以驗證加筋處理對于不均勻沉降的治理效果。

3.2 計算結果

無加筋基層的計算云圖見圖2，有加筋基層的計算云圖見圖3。

圖2 無筋基層計算云圖

圖3 有筋基層計算云圖

提取有限元數據，無加筋基層下，兩橋墩處沉降為8.3 mm，兩橋墩中間的沉降為46.1 mm，沉降差為37.8 mm，有加筋層下橋墩處沉降為8.0 mm，兩橋墩中間的沉降為41.8 mm，沉降差為33.8 mm。由此可見，加筋對于減輕道路不均勻沉降有一定的作用。

4 結論

在軟土路基上修建道路，在高架橋的作用下，道路在靠近橋墩一側，極易產生不均勻沉降，從而

影響路基的整體性及道路的行車安全。

治理高架橋下軟土路基道路的不均勻沉降，主要在于提高道路承載力，減小路面工后沉降。

采用加筋處理道路路基，可明顯減小道路不均勻沉降。利用有限元的方法對有、無加筋兩種情況下的路面沉降進行了計算，結果表明，加筋處理可以提高道路的承載力，有效地減小路面的不均勻沉降。

[1] 李云峰,胡瑞寧.路基不均勻沉降的原因及處理措施[J].重慶交通學院學報,2006,25(增刊): 85-88.

[2] 陳偉瀘.城市道路軟土路基的沉降計算問題[J].安徽建筑,2008,15(5):155-157.

[3] 郝東明.CFG樁復合地基在軟土環境中的應用[J].山西建筑,2011,37(3):55-56．

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[5] 王曉武.深層攪拌法施工處理公路軟土路基技術分析[J].技術研發,2011,18(3):68-70．

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