路橋工程設計中柔性搭板技術的應用

郝東洪

摘要：隨著國民經濟飛速發展，國家公路網及市政路網建設也進入快速發展階段，目前路橋過渡段一般設置鋼筋混凝土搭板，搭板下設置墊層及遠端設置枕梁等方式，解決橋頭跳車等公路病害。但在實際應用中效果并不十分理想。產生跳車的原因歸結為路、橋作為不同剛度結構在荷載作用下產生沉降的差異。近年來對柔性搭板的研究及應用已日趨成熟，柔性搭板的應用，能有效保證減少路橋過渡段在荷載作用下不均勻性沉降，消除橋臺與路堤銜接處瀝青混凝土路面的隆起及下陷。優化柔性搭板的設計進而改善行車安全及舒適性，具有良好的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：路橋過渡；柔性搭板；設計；應用

柔性搭板為利用土工格柵材料加固臺后路橋過渡段，格柵與填料共同作用形成整體性好剛度較大的柔性層，采用漸變設置的方式，同時考慮橋臺與臺后結構的沉降因素，在過渡段設置楔形加固區域，實現橋臺與臺后填料剛性的連續過渡，消除過大的不均勻沉降，形成漸變的沉降過渡區，達到行車的舒適性及平順性。

一、柔性搭板的作用機理

在實際應用中，以土工格柵材料作為主要加筋材料，能有效分散臺后填料的應力，降低填料的壓縮變形及填料側向位移的限制，同時增加臺后填料的抗拉強度及抗剪切強度。通過設計土工格柵材料的布置形式，逐層消減車輛荷載及固結應力以達到降低橋梁與臺后填土沉降差的目的。復合體模量和填料模量之間的線性關系是正比，因此，在實際的選取材料過程中，應盡可能對選取模量較大的填料及格柵材料。

柔性搭板的合理布置不但可以有效節約格柵材料，同時可以很好的利用格柵形成的格柵限制填料的側向變形。利用分層鋪設的結構形式的基礎上，應盡可能地選取上長下短楔形柔性搭板。對路橋過渡段中的加固體拓撲進行優化是布置柔性搭板的重要環節，在加固面積一定情況下，從下至上，并且傾斜比例接近1：1的加固體楔形布置是比較理想的布置方法，該布置方式有利于路橋過渡段結構模型的簡化。另外，柔性搭板自身不僅能夠控制側面形狀，還可以對路橋路堤的安全性能進行保障，從而使變形得到一定控制。其能夠在很大程度上降低路堤對路基的壓力，減少路基負荷，從而根本上緩解由荷載過大所引起的地基變形。

另一方面，在運用土工格柵形成格柵后，臺后填料在荷載作用下會產生“網兜”支撐效應。該效應在形成的過程中是離不開來自于路基頂部的力的。公路橋在實際運行中，路面所承載的以車輛為主荷載對路面的壓力是相當大的，網兜支撐效應可以分散路基負荷，在減輕或者均勻上部承載力的情況下對路基進行保護，在充分考慮工程的整體經濟效益的基礎上，實現路橋過渡段設計的科學性，保障通車后有較好的耐久性及行車的舒適性。設計應采用自上而下的楔形布置柔性搭板形式，同時應控制柔性搭板的斜率于適當范圍內。

二、柔性搭板的參數設計研究

（一）攤鋪的長和寬

在遇到路橋過渡段相對比較長的情況時，過渡段的破壞的經濟損失是非常巨大的，因此對設計的要求比較高。在調查國內各省市高速公路病害中臺后搭板的破壞比重是相當大的，并且在橋臺臺背后約十米的位置往往是沉降不均勻問題出現的突出位置。因此在柔性搭板設計時，路橋過渡段的最佳長度應設置在10-12m。頂層位置的土工格柵其攤鋪的長度設計應按應力擴散的規律計算得出。攤鋪寬度盡可能與路基設計的寬度一致，防止過渡段橫向出現不均勻沉降及剪切破壞，這是路橋過渡段發揮其功能性作用的重要保障。

（二）布置間距

土工格柵材料的有效的布置間距設計是非常必要的。布設間距設計基于基本假設主要包含五方面：第一、在相對應的處理范圍內及環境條件下，弄清楚柔性搭板下部填料產生破壞的機率及所有的可能性，同時，還應確定在受到自重載荷作用下僅僅具備上部土工格柵。第第二、確保柔性搭板各個部分的位移一定的情況，是否發生了豎向位移，并且其垂直方向路線縱向所產生的變化值低于1。第三、正常工作狀態下，柔性搭板的應該具有彈性。第四、臺后填料的抗彎能力是由填料與土工格柵形成的土工格柵受拉而產生的，因此可以將臺后填料的抗彎性簡化為平面受拉。在對布置間距進行計算的過程中，運用受力模型對受力狀態進行適當簡化，這樣做既可以提高對路基的抗彎性保證結構安全。第五、運用固定柔性搭板一側的手段對路基進行加固。可以先固定柔性搭板的一側與橋臺上，然后對另一側水平布置伸入到填料內，上部荷載沿路線前進方向可簡化為均布荷載，在偏離均勻分布的情況下，柔性搭板在發生變形時，其縱向曲線往往會以半邊懸鏈線的形式呈現出來。通過實驗研究及計算基本吻合實際沉降情況。

（三）計算過程

1.首先確定有效長度L：通常第一層柔性搭板設計長度取10-12m，以下各層設計長度可由布置的斜率確定。由研究可知對于鋪設長度4-12m的柔性搭板，其下方松動長度約為0.25L-0.3L。然后計算出各層的有效長度。

2.臺后填料工后沉降量的計算主要需考慮地基沉降及臺后填料的沉降，一般采用分層總和法進行累計計算。當出現地基較大的沉降時，如果工后沉降大于10cm，則屬于較大的沉降。說明地基承載力不足，需對地基進行加固處理。

3.錨固長度確定：按照正常使用狀態下，柔性搭板處于線彈性狀態。按照錨固端處沿路線前進方向變形量為0，得出單位寬度格柵材料的拉力。進而得出錨固長度。

4.布設間距確定：由柔性搭板上部荷載為填料的壓實濕容重可以計算出各層的布設間距。

（四）柔性搭板設計一般原則

第一層主要起到功能性作用，不僅直接承受車輛荷載，而且還可減少車輛荷載對下層填料的影響，因此第一層的設置對解決沉降問題起到非常重要的作用，因此第一層可采用雙層鋪設，以下各層可采用單層布設。

研究表明，當鋪設間距大于3m時，錨固端的剪力會非常大，可能會超過格柵材料的強度極限，因此設計時以最大間距按不大于2.5m比較合適，鋪設長度過短，格柵材料不能發揮其應有的作用，因此底層格柵的鋪設長度應不小于4m。按上述方式布設，用上層長度計算上層與其下層的間距，一方面方便計算，另外從安全方面考慮，其計算結果是偏于安全的。當計算出的鋪設間距大于2.5m時或者設計長度小于4m時，可以結束計算。下面各層可以按間距2.5m，長度4.0m取值設計。

三、與柔性搭板技術施工相關的注意事項

柔性搭板的質量及耐久性除設計時應綜合考慮工程特點外，施工質量的好壞直接影響柔性搭板的工作性能。因此設計時應在圖紙文件中注明柔性搭板的施工注意事項及檢查檢驗標準的注明：1.土工格柵材料進場前應對其進行抽檢，各項指標滿足要求后方可用于工程。2.鋪設土工格柵前，應對場地的平整度進行檢驗，不滿足要求的應重新整平，滿足要求后方可進入下到工序。3.鋪設人工格柵材料應采用人工鋪設，使人工格柵盡量張開，以充分發揮其抗拉性能。4.往土工格柵內填料時，要人工填筑，填滿格柵后其上再鋪20-30cm厚的土，方可用重型施工機械碾壓。5.對每層填料的壓實度要進行檢驗，合格后方可施工上層。因此只有加強施工過程的控制，才能保證柔性搭板施工質量達到設計預期目的。

四、小結

綜上所述，柔性搭板技術在現代路橋工程中的運用對于促進路橋建設行業的發展具有重要的意義。作為路橋工程的設計人員，其應該對路橋工程的施工工藝和設計方法及設計理念不斷更新觀念，從而使路橋工程設計及施工質量滿足運行經濟、安全的目的。柔性搭板技術在路橋工程中的普及及運用不僅可以提高工程的設計水平，而且減少了工程后續的維修及養護成本，對推進我國路橋建設行業的健康快速發展，具有重要的意義。因此，無論建設單位還是設計單位均應積極提高柔性搭板技術的運用。

參考文獻：

[1]劉戰華.探討路橋過渡段楔形柔性搭板處治技術[J].建筑工程技術與設計，2017，（14）：2313-2313.

[2]劉茂嬋.路橋施工中路基不均勻沉降的處理[J].交通世界（中旬刊），2016，（6）：12-13.

[3]宋海軍，郭海榮，楊春亮等.路橋施工存在問題和質量管理措施[J].價值工程，2015，（6）：69-69，70.

[4]吳正鵬.關于路橋施工中過渡段柔性搭板的應用方法[J].大科技，2011，225009.

（作者單位：中交鐵道設計研究總院有限公司東北分公司）