【摘 要】 公路是國民經(jīng)濟(jì)的重要命脈，從已投入使用的高等級公路特別是高速公路來看，常見的道路病害是：路面在臺背回填處出現(xiàn)沉陷或斷裂，車輛通過臺背回填處跳車。文章對路橋過渡段的差異沉降進(jìn)行了分析，并初步提出一些處理措施。
【關(guān)鍵詞】 路橋過渡段；差異沉降；措施
【中圖分類號】 TU434【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A【文章編號】 1007-7723（2005）04-0124-03

一、前 言
公路是國民經(jīng)濟(jì)的重要命脈，由于其特有的優(yōu)越性和靈活性，發(fā)揮著其他運(yùn)輸方式所不可替代的作用。公路建設(shè)又是國家最主要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，公路交通事業(yè)的迅速發(fā)展，為經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展注入了強(qiáng)大的活力。
但是，從已投入使用的高等級公路特別是高速公路來看，存在著不少問題，其中比較常見的道路病害是：路面在臺背回填處出現(xiàn)沉陷或斷裂，車輛通過臺背回填處跳車。而且隨著高速公路的迅速發(fā)展，車輛快速、安全、經(jīng)濟(jì)和舒適的要求越來越高，這個(gè)問題越來越突出，影響公路使用性能和運(yùn)輸效益的發(fā)揮。因此如何解決臺背回填處的跳車問題，已引起公路建設(shè)行業(yè)的重視，但并未獲得滿意的解決辦法。汽車駛過橋頭時(shí)，由于沉降差異的臺階會(huì)激起汽車的振動(dòng)，使司乘人員處于振動(dòng)環(huán)境之中。車輛振動(dòng)會(huì)影響著人的舒適性、工作效能和身體健康。因此本文對路橋過渡段的差異沉降進(jìn)行了分析，并提出一些處理措施。
二、過渡段沉降差異產(chǎn)生的原因分析
目前的路橋過渡段常采用設(shè)鋼筋混凝土搭板和不設(shè)搭板兩種情況。本文就這兩種情況下過渡段的沉降機(jī)理進(jìn)行分析。
（一）設(shè)搭板時(shí)的沉降分析
對于使用鋼筋混凝土搭板的橋頭過渡段，橋頭搭板的一端擱置在橋臺背上，另一端通過枕梁設(shè)在引道土體上。為了便于分析沉降差產(chǎn)生的過程，我們做出如下假設(shè)：
（1）竣工時(shí)橋面和搭板面的縱坡相等，均為i1；
（2）橋頭沉降過程中，搭板繞簡支端轉(zhuǎn)動(dòng)，且可以被視為平直的剛體；
（3）搭板上和橋面上的面層結(jié)構(gòu)和厚度相同，不產(chǎn)生沉降差。
1． 橋頭過渡段沉降差產(chǎn)生的過程
由于影響因素較多，為了便于分析問題，假設(shè)在沉降過程中存在橋面縱坡i2b等于搭板面縱坡i2a的情況(如圖1)，這樣可以將橋頭沉降過程分為以下兩個(gè)階段。
圖1設(shè)橋頭搭板時(shí)沉降差異示意圖

第一階段是竣工后至橋面縱坡i2b等于搭板面縱坡i2a時(shí)這一過程，主要是橋面由于墩臺產(chǎn)生沉降凡造成縱坡變化(Δ1 = i2a － i1)控制，其值不能過大，否則將造成橋面破壞，伸縮縫擠壞及支座條件變差。因此，各國的橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范均有限制。
第二階段是橋臺沉降趨于穩(wěn)定后至整個(gè)引道土體趨于穩(wěn)定。此時(shí)的主要特點(diǎn)是橋面縱坡i2b與搭板縱坡i3不相等，兩者之間稱為縱坡差△2，即△2 = i3一i2b其大小對過渡段的行車舒適性影響很大。
2． 沉降差異的表示
為了進(jìn)一步分析差異沉降的危害，需對沉降差異用某一數(shù)學(xué)表達(dá)式來表示。通過對沉降差異的形成過程的分析，我們可以將搭板遠(yuǎn)臺端部沉降趨于穩(wěn)定時(shí)的總工后沉降量Sa分成兩個(gè)部分，即
Sa＝Sb+ △S
式中，Sb一橋臺基礎(chǔ)的預(yù)期工后沉降量；
△S一橋臺與搭板遠(yuǎn)離臺端下土體之間的差異沉降量。
橋臺基礎(chǔ)預(yù)期工后沉降量可以用如下公式計(jì)算，即
Sb=α1α2L'
式中，α1一橋臺基礎(chǔ)工后沉降值占基礎(chǔ)總沉降值的比例系數(shù)，主要與地基土類型有關(guān)。對于低壓縮性飽和粘土，α1＝0.40；對于中壓縮性飽和粘土，α1＝0.70；對于高壓縮性飽和粘土，α1＝0.85。
α2一考慮橋臺基礎(chǔ)形式的系數(shù)，一般地，對于摩擦樁基礎(chǔ)，α2=1/500；對于擴(kuò)大基礎(chǔ)，α2=1/300。
L'一橋梁邊跨跨徑(m)
以L表示搭板長度，以△S表示橋臺基礎(chǔ)與搭板遠(yuǎn)離臺端下土體的工后沉降差，α2表示橋面縱坡和搭板面縱坡的差異值。如圖1所示，得到以下關(guān)系式
△S＝（△1＋△2）×L
由此可見，橋臺與引道土體容許沉降差并不是一個(gè)常數(shù)，而是與縱坡差和搭板長度均有關(guān)系。
（二）未設(shè)橋頭搭板時(shí)的沉降分析
未設(shè)置橋頭搭板的水泥混凝土路面、瀝青混凝土路面，由于橋臺和引道土體沉降差異在橋頭形成一個(gè)陡坎或臺階(如圖2所示)。從行車安全和舒適性來看，臺階對行車的影響比設(shè)置搭板時(shí)的影響要大。
圖2 未設(shè)橋頭搭板時(shí)沉降差異示意圖

未設(shè)置橋頭搭板時(shí)，由于橋臺和引道土體沉降差異在橋頭形成一個(gè)陡坎或臺階。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Sa分成兩個(gè)部分，即
Sa＝Sb+ △S
式中，Sb一橋臺基礎(chǔ)的預(yù)期工后沉降量；
△S一橋臺與引道土體之間的差異沉降值；
△S就是臺背產(chǎn)生的臺階高度，對行車舒適性的影響很大。
三、路橋過渡段沉降病害處治的措施
臺背過渡段的差異沉降是眾多因素的影響而形成的。要解決這個(gè)問題，就必須從多個(gè)方面入手，對于不同的影響因素采用相應(yīng)的方法解決。
（一）臺背地基處理
地基可以分為天然地基與人工地基。直接放置基礎(chǔ)的天然土層稱為天然地基。如果天然地基土質(zhì)過于軟弱或有不良的工程地質(zhì)情況，需要進(jìn)行人工加固或處理后才能修筑基礎(chǔ)，這種處理過的地基稱為人工地基。
對于軟土地基處理，目前國內(nèi)已有換土法、超載預(yù)壓法、排水固結(jié)法、高壓噴射注漿法、振動(dòng)碎石樁法、深層攪拌樁、擠密砂樁等方法，下面介紹采用深層攪拌法加固橋頭軟基的方法。
深層攪拌法是用于加固飽和粘性軟土地基的一種方法。深層攪拌法是20世紀(jì)60年代由日本和瑞典分別開發(fā)的軟土加固技術(shù)。目前應(yīng)用最多的為粉噴樁，一般借助于壓縮空氣，采用專門深層攪拌機(jī)械設(shè)備，從不斷回轉(zhuǎn)的中心軸端向四周被攪松的土體噴出漿體或粉體固化劑(如水泥等)，經(jīng)葉片攪拌并吸收周圍水分，在加固的深層軟土中進(jìn)行一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)復(fù)合地基，從而提高橋頭軟土地基的承載力，減少沉降量(特別是工后沉降量)，縮短固結(jié)期，提高邊坡穩(wěn)定性。
采用石灰粉噴樁加固軟粘土，其原理與公路常用的石灰加固土基本相同。石灰與軟土主要發(fā)生以下作用：石灰的吸水、發(fā)熱、膨脹作用；離子交換作用；碳酸化作用(化學(xué)膠結(jié)作用)、火山灰反應(yīng)以及結(jié)晶作用。這些作用使土體中水分降低、土顆粒微聚而形成較大的團(tuán)粒，同時(shí)土體化學(xué)反應(yīng)生成復(fù)合水化物在水中逐漸硬化而與土顆粒粘結(jié)一起從而提高了地基的物理力學(xué)性質(zhì)。水泥攪拌樁加固軟粘土地原理是在加固過程中發(fā)生水泥的水解和水化反應(yīng)；水泥水化生成鈣離子與土粒的納離子交換使土粒形成較大團(tuán)粒。這些反應(yīng)使土顆粒形成凝膠體和較大顆粒；顆粒間形成峰高狀結(jié)構(gòu)；生成穩(wěn)定的不容于水的結(jié)晶化合物，從而提高軟土強(qiáng)度。
一般對攪拌樁的設(shè)計(jì)主要從以下幾個(gè)方面考慮：
1． 攪拌樁的設(shè)計(jì)，包括確定樁長和選擇粉體固化劑(如水泥或石灰)的摻入量；
2． 置換率和樁數(shù)的計(jì)算；
3． 樁位的平面布置；
4．下臥層地基的驗(yàn)算。
對于利用深層攪拌法處理臺后路基時(shí)，應(yīng)當(dāng)特別考慮樁長及置換率。據(jù)資料表明，一般認(rèn)為樁長在l0m左右比較有效，置換率以15%～25%最佳。工程中通常路中央處的樁較長，路肩處較短；在近橋臺處樁長些，在一般路段處樁短些。
粉噴樁固結(jié)法適用于深層淤泥爛粘土地基，加固效果明顯，工后沉降少。施工過程中路基填土速率不受限制，且無振動(dòng)、無污染，對周圍環(huán)境和建筑物無不良影響，近年來已得到廣泛應(yīng)用。粉噴樁對加固有機(jī)質(zhì)含量較高的軟粘土效果較差；不適應(yīng)在地下中含有硫酸區(qū)域內(nèi)施工；冬季施工時(shí)易受氣溫的影響。缺點(diǎn)是一是造價(jià)較高，二是設(shè)計(jì)計(jì)算方法不成熟，尚待進(jìn)一步完善，另外，攪拌樁的質(zhì)量檢測也缺少全面的規(guī)范，而且影響攪拌樁質(zhì)量問題的關(guān)鍵因素(粉體的計(jì)量問題)目前還未得到很好的解決。
（二）橋頭路基設(shè)計(jì)
橋頭過渡段路基必須密實(shí)、穩(wěn)定而均質(zhì)。影響路基強(qiáng)度和穩(wěn)定的地面水和地下水，必須從采取攔截或排出路基以外的措施。一般要求填土處于干燥或中濕狀態(tài)，過濕狀態(tài)或強(qiáng)度與穩(wěn)定性不符合要求的潮濕狀態(tài)的填土，必須經(jīng)過處理。
在臺背回填區(qū)范圍內(nèi)宜選用摩擦角大、強(qiáng)度高、壓實(shí)快、透水性好的填料，如巖渣、礫石、砂礫等。同時(shí)選用內(nèi)摩擦角較大的填料也有利于從臺背縫隙中滲入的雨水沿盲溝或泄水管順利排到路基外，從而減緩雨水的危害，而且也有利于改善壓實(shí)性能，使路基容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度。同時(shí)考慮到減輕路堤自重，有效降低地基應(yīng)力，減少沉降并增大安全系數(shù)，可采用輕質(zhì)材料如粉煤灰等，用粉煤灰填筑橋涵臺背，可以大大降低路堤對地基的荷載，有利于減少地基沉降以及路基對橋臺的側(cè)壓力。近年來，有采用泡沫苯乙烯等工程塑料作為橋頭填料，可大大減輕路堤體的重量，能成功的遏止橋涵連接路堤的過度沉陷，其缺點(diǎn)是在汽油或柴油作用下有溶解傾向，并且價(jià)格昂貴。
臺背回填位于臺背這個(gè)特殊位置，壓路機(jī)難以碾壓到位，且機(jī)械振動(dòng)力太大時(shí)，對臺墻會(huì)造成影響，因此臺背回填料的壓實(shí)質(zhì)量是影響臺背回填沉降及跳車的一個(gè)重要因素。高速公路橋臺、涵身背后和涵洞頂部的填土壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)，從填方基底或涵洞頂部至路基頂面均為95％，填料分層松鋪厚度宜小于20cm，當(dāng)采用小型夯具時(shí)，松鋪厚度不宜大于15cm。
（三）路面處理
路橋連接處設(shè)置橋頭搭板，可以使在柔性路堤產(chǎn)生的較大沉降逐漸過渡到剛性橋臺上。搭板的近臺端至于橋臺上，搭板與橋臺通過錨筋相連，并在搭板與橋臺接縫填入瀝青瑪蹄脂防治水分滲入。搭板的遠(yuǎn)臺端擱置在路基上，路基沉降后搭板會(huì)產(chǎn)生縱向滑移，為此，必須在臺頂與搭板之端間設(shè)置錨栓。搭板形式分為等厚、變厚度和臺階形三種。橋頭搭板長度設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)路基的容許工后沉降值計(jì)算確定，常取3m～15m(當(dāng)超過8m時(shí)，宜設(shè)計(jì)成兩段式或三段式搭板)。由于在枕梁處發(fā)生局部下沉造成這一部位的跳車，搭板和路堤的銜接處也會(huì)有二次跳車產(chǎn)生，為避免二次跳車，可以在搭板尾端加設(shè)一段淺埋的變厚式埋板，其長度一般取3m～5m，對于水泥混凝土路面，也可將與搭板連接處的路面板改為變厚式板。
（四）其他處理
在設(shè)計(jì)和施工中，應(yīng)保證施工中的排水坡度，設(shè)置必要的地下排水設(shè)施。在臺背回填土?xí)r可沿整個(gè)臺背豎直面用間斷級配碎石或礫石材料做透水層，以利于排除滲入土體的積水或因凍融產(chǎn)生的游離水，使土體保持永久性干燥狀態(tài)，防止塑性變形和地基下沉。
為了使填方壓實(shí)度達(dá)到要求，必須完善施工工藝、方法和強(qiáng)化施工質(zhì)量管理，嚴(yán)格按照操作規(guī)程施工，加強(qiáng)建設(shè)監(jiān)理工作，對臺背施工的填土材料、壓實(shí)機(jī)具、填土厚度進(jìn)行檢查，分層驗(yàn)收，層層把關(guān)，嚴(yán)格執(zhí)行工序驗(yàn)收制度，這樣才能確保橋涵兩端填土和路堤施工質(zhì)量。

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