【摘 要】 公路是國民經濟的重要命脈，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行了分析，并初步提出一些處理措施。
【關鍵詞】 路橋過渡段；差異沉降；措施
【中圖分類號】 TU434【文獻標識碼】 A【文章編號】 1007-7723（2005）04-0124-03
一、前 言
公路是國民經濟的重要命脈，由于其特有的優越性和靈活性，發揮著其他運輸方式所不可替代的作用。公路建設又是國家最主要的基礎產業之一，公路交通事業的迅速發展，為經濟的持續發展注入了強大的活力。
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展，車輛快速、安全、經濟和舒適的要求越來越高，這個問題越來越突出，影響公路使用性能和運輸效益的發揮。因此如何解決臺背回填處的跳車問題，已引起公路建設行業的重視，但并未獲得滿意的解決辦法。汽車駛過橋頭時，由于沉降差異的臺階會激起汽車的振動，使司乘人員處于振動環境之中。車輛振動會影響著人的舒適性、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行了分析，并提出一些處理措施。
二、過渡段沉降差異產生的原因分析
目前的路橋過渡段常采用設鋼筋混凝土搭板和不設搭板兩種情況。本文就這兩種情況下過渡段的沉降機理進行分析。
（一）設搭板時的沉降分析
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，另一端通過枕梁設在引道土體上。為了便于分析沉降差產生的過程，我們做出如下假設：
（1）竣工時橋面和搭板面的縱坡相等，均為i1；
（2）橋頭沉降過程中，搭板繞簡支端轉動，且可以被視為平直的剛體；
（3）搭板上和橋面上的面層結構和厚度相同，不產生沉降差。
1． 橋頭過渡段沉降差產生的過程
由于影響因素較多，為了便于分析問題，假設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階段。
圖1設橋頭搭板時沉降差異示意圖
第一階段是竣工后至橋面縱坡i2b等于搭板面縱坡i2a時這一過程，主要是橋面由于墩臺產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，各國的橋梁設計規范均有限制。
第二階段是橋臺沉降趨于穩定后至整個引道土體趨于穩定。此時的主要特點是橋面縱坡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
為了進一步分析差異沉降的危害，需對沉降差異用某一數學表達式來表示。通過對沉降差異的形成過程的分析，我們可以將搭板遠臺端部沉降趨于穩定時的總工后沉降量Sa分成兩個部分，即
Sa＝Sb+ △S
式中，Sb一橋臺基礎的預期工后沉降量；
△S一橋臺與搭板遠離臺端下土體之間的差異沉降量。
橋臺基礎預期工后沉降量可以用如下公式計算，即
Sb=α1α2L'
式中，α1一橋臺基礎工后沉降值占基礎總沉降值的比例系數，主要與地基土類型有關。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。
α2一考慮橋臺基礎形式的系數，一般地，對于摩擦樁基礎，α2=1/500；對于擴大基礎，α2=1/300。
L'一橋梁邊跨跨徑(m)
以L表示搭板長度，以△S表示橋臺基礎與搭板遠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常數，而是與縱坡差和搭板長度均有關系。
（二）未設橋頭搭板時的沉降分析
未設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置搭板時的影響要大。
圖2 未設橋頭搭板時沉降差異示意圖
未設置橋頭搭板時，由于橋臺和引道土體沉降差異在橋頭形成一個陡坎或臺階。為了便于分析，也將工后引道土體沉降趨于穩定時的總沉降量Sa分成兩個部分，即
Sa＝Sb+ △S
式中，Sb一橋臺基礎的預期工后沉降量；
△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。要解決這個問題，就必須從多個方面入手，對于不同的影響因素采用相應的方法解決。
（一）臺背地基處理
地基可以分為天然地基與人工地基。直接放置基礎的天然土層稱為天然地基。如果天然地基土質過于軟弱或有不良的工程地質情況，需要進行人工加固或處理后才能修筑基礎，這種處理過的地基稱為人工地基。
對于軟土地基處理，目前國內已有換土法、超載預壓法、排水固結法、高壓噴射注漿法、振動碎石樁法、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60年代由日本和瑞典分別開發的軟土加固技術。目前應用最多的為粉噴樁，一般借助于壓縮空氣，采用專門深層攪拌機械設備，從不斷回轉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)，經葉片攪拌并吸收周圍水分，在加固的深層軟土中進行一系列物理、化學反應，使軟土硬結成具有整體性和一定強度的優質復合地基，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)，縮短固結期，提高邊坡穩定性。
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。石灰與軟土主要發生以下作用：石灰的吸水、發熱、膨脹作用；離子交換作用；碳酸化作用(化學膠結作用)、火山灰反應以及結晶作用。這些作用使土體中水分降低、土顆粒微聚而形成較大的團粒，同時土體化學反應生成復合水化物在水中逐漸硬化而與土顆粒粘結一起從而提高了地基的物理力學性質。水泥攪拌樁加固軟粘土地原理是在加固過程中發生水泥的水解和水化反應；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粒。這些反應使土顆粒形成凝膠體和較大顆粒；顆粒間形成峰高狀結構；生成穩定的不容于水的結晶化合物，從而提高軟土強度。
一般對攪拌樁的設計主要從以下幾個方面考慮：
1． 攪拌樁的設計，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． 置換率和樁數的計算；
3． 樁位的平面布置；
4．下臥層地基的驗算。
對于利用深層攪拌法處理臺后路基時，應當特別考慮樁長及置換率。據資料表明，一般認為樁長在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、無污染，對周圍環境和建筑物無不良影響，近年來已得到廣泛應用。粉噴樁對加固有機質含量較高的軟粘土效果較差；不適應在地下中含有硫酸區域內施工；冬季施工時易受氣溫的影響。缺點是一是造價較高，二是設計計算方法不成熟，尚待進一步完善，另外，攪拌樁的質量檢測也缺少全面的規范，而且影響攪拌樁質量問題的關鍵因素(粉體的計量問題)目前還未得到很好的解決。
（二）橋頭路基設計
橋頭過渡段路基必須密實、穩定而均質。影響路基強度和穩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，過濕狀態或強度與穩定性不符合要求的潮濕狀態的填土，必須經過處理。
在臺背回填區范圍內宜選用摩擦角大、強度高、壓實快、透水性好的填料，如巖渣、礫石、砂礫等。同時選用內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性能，使路基容易達到設計要求的密實度。同時考慮到減輕路堤自重，有效降低地基應力，減少沉降并增大安全系數，可采用輕質材料如粉煤灰等，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，其缺點是在汽油或柴油作用下有溶解傾向，并且價格昂貴。
臺背回填位于臺背這個特殊位置，壓路機難以碾壓到位，且機械振動力太大時，對臺墻會造成影響，因此臺背回填料的壓實質量是影響臺背回填沉降及跳車的一個重要因素。高速公路橋臺、涵身背后和涵洞頂部的填土壓實度標準，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，當采用小型夯具時，松鋪厚度不宜大于15cm。
（三）路面處理
路橋連接處設置橋頭搭板，可以使在柔性路堤產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。搭板的遠臺端擱置在路基上，路基沉降后搭板會產生縱向滑移，為此，必須在臺頂與搭板之端間設置錨栓。搭板形式分為等厚、變厚度和臺階形三種。橋頭搭板長度設計應根據路基的容許工后沉降值計算確定，常取3m～15m(當超過8m時，宜設計成兩段式或三段式搭板)。由于在枕梁處發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有二次跳車產生，為避免二次跳車，可以在搭板尾端加設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
在設計和施工中，應保證施工中的排水坡度，設置必要的地下排水設施。在臺背回填土時可沿整個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生的游離水，使土體保持永久性干燥狀態，防止塑性變形和地基下沉。
為了使填方壓實度達到要求，必須完善施工工藝、方法和強化施工質量管理，嚴格按照操作規程施工，加強建設監理工作，對臺背施工的填土材料、壓實機具、填土厚度進行檢查，分層驗收，層層把關，嚴格執行工序驗收制度，這樣才能確保橋涵兩端填土和路堤施工質量。
【參考文獻】
[１] 鄭傳超，胡長順，王秉綱．高等級公路路橋(涵)過渡段研究：唐港高速公路建設實踐與認識［Ｍ］．人民交通出版社．
[2] 黃良欽．解決高等級公路橋頭跳車的理論與施工［Ｊ］．橋梁建設，1999，(6)．
[3] 蔣功雪．高等級公路臺背回填設計與施工方法的探討［Ｎ］．中國公路學報，1995-2．
