路桥过渡段沉降成因分析与设计、施工控制研究

尹自永

(1.云南交通职业技术学院;2.云南省交通勘察设计研究院)

0 前言

随着我国公路建设事业的不断发展，人们对公路使用品质的要求越来越高，公路的安全性、舒适性将凸显其重要性。但路桥过渡段不均匀沉降，即桥头跳车现象已经成为公路最常见的质量缺陷之一，不仅加速了桥梁、路面和车辆的损坏，严重时甚至还会导致车辆失控，诱发交通事故，严重影响了公路的安全性与舒适性。因此路桥过渡段的不均匀沉降已经越来越引起公路建设、设计、监理、施工等方面的重视。本文系统地分析总结桥头跳车的原因，并且从设计和施工两方面提出有效的控制措施对提高公路使用品质有着重要的现实意义。

1 路桥过渡段不均匀沉降成因分析

桥台与路基的工后沉降不同，将造成轨道的不平顺，导致公路结构的耐久性和稳定性。产生桥头跳车的根本原因是桥台与邻接路段的沉降差异超过一定的界限值，致使车辆在通过桥梁时产生颠簸、不稳，甚至会影响行车安全。

1.1 地基沉陷

路基地基在路基路面自重和车辆荷载的作用下，会产生地基沉陷，是引起过渡段不均匀沉降的重要原因。然而，路基地基种类繁多，土质差异性大。若地基上部荷载相同，因地质情况和土质情况差异，则地基的沉陷量具有很大的不同。就是地质情况和土质情况一样，但作用在地基上的填土荷载和车辆荷载不同，则地基的沉陷量也是不一样。

1.2 路面结构沉陷

随着我国高等级公路的迅速发展，路面结构层厚度一般超过60cm。在垫层和基层施工时，由于桥台身的影响，压实机械不能接触与超过台身，导致台身后一定范围内的垫层和基层压实度低于设计规范要求值。通车后，在车辆荷载的长期振动作用下，垫层和基层压实度随之增加，路面结构层产生压缩，其厚度相应变薄引起沉陷。这种沉陷量通常较小，但在通车后不久迅速产生，在有软土地基沉降的条件下起着加速桥头跳车的作用。

1.3 刚度差异

道路是柔性(刚性)路面与柔性路基的组合，而桥梁是刚性结构物，由于桥梁结构刚度比道路的刚度大得多，经过车辆荷载长时间的作用，桥跨结构变形很小且基础以下部分不会产生明显变形，而作为路基填料的土基部分在自身重力和外部荷载的作用下，会产生弹性变形和永久变形。

1.4 设计原因

由于桥台的类型、接缝的种类、压实方式和搭板的设计不合理等原因导致过量的差异沉降。特别是当搭板压实后再铺筑桥和桥台时将导致路桥过渡段的压实非常困难。同时排水系统设计不好也将导致沉降，当填土和路基材料的含水量太高或级配不适时土的承载能力将降低，这也将导致土基沉降和搭板下沉。

1.5 施工控制原因

在施工过程中，由于路桥过渡段的位置特殊，场地狭小，又常使台后填料不易达到最佳的压实效果，竣工后沉降较大。而桥梁作为重点控制工程一般优先进行施工，路基由于被认为施工难度较小而放在最后，经常路桥结合处的路基填土没有经过很长的堆载压密时间，导致交付后运营的路面沉降变形较大。若在施工中对桥头沉陷病害认识不够，没有严格把握填料质量关，按照分层填筑、分层碾压、分层检测三种方法施工，也可能产生路桥过渡段的差异沉降。

2 路桥过渡段差异沉降的危害

由于路桥过渡段的差异沉降导致路面的不平整主要有两方面的原因：一是线路的几何不平顺，路桥间的沉降差使道面产生折角;二是路桥间刚度不同，结构抵抗变形的能力不同。

当路桥过渡段的沉降差达到一定程度，必然会导致路面折角(坡差)超过允许值，破坏线路的平顺，危害行车安全和乘客的舒适性。并且沉降差会使车辆高速通过时产生对路面结构较大的附加应力作用，这种作用反过来会加剧沉降差，加速路基路面的破坏。还可能导致路基排水不良，积水下渗到路基内部从而降低土体强度，使沉降量加大，严重时会产生沉陷和坑槽。当车辆从桥台上下来，由于沉降差异导致的最大冲击力位于路基一侧，行车速度越快，冲击力的最大值距桥台就越远。这种冲击力经常使过渡段内产生翻浆破坏，路基下沉变形等病害;当车辆向桥台方向运行时，由于车辆通过桥头时产生的跳动与冲击，从而对桥梁和道路造成附加的冲击荷载，加速桥台、桥头搭板、支座和伸缩缝的破坏，同时也加剧车辆的机件和轮轨的磨损，增加维修费用。

3 路桥过渡段设计控制

由于建设工程勘察设计的质量对于建设工程质量起着至关重要的作用，因此对于路桥过渡段的质量控制应首先从设计阶段开始。在设计阶段，必须进行科学合理的分析。

3.1 规范的合理控制

交通部《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》中明确规定了路桥连接处最大容许工后沉降为10cm，且要求连续2～3个月观测的沉降量每月不超过6mm，才能进行路面施工。通过多年的施工实践，发现当施工期紧张时不可能连续观测2～3个月沉降量，因此建议将路桥连接处最大允许沉降控制在5 cm以内。

3.2 巧用土工格栅

土工格栅是一种典型的应力、应变分散材料，当土工格栅与土一起承受车辆荷载和土体自重时，土工格栅会约束土体的侧向变形，控制路基填土的侧向位移，增强路基整体稳定性，由于土工格栅与路基填土的摩擦作用，使上部荷载在路基中重新分配，降低了土中的垂直应力，而且由于土工格栅具有弹性，在车辆荷载的反复作用下，也会减少或不产生变形的累积。

土工格栅因上述独特的工程性质，使路桥过渡段桥台台背回填加铺土工格栅的结构型式成为一种控制路桥过渡段不均匀沉降的有效措施。

3.3 搭板专项设计

设置搭板是路桥过渡段不均匀沉降的常用处治措施，但在多年施工中发现，即使设置了搭板也不能有效地控制路桥过渡段的不均匀沉降，其根本的原因是多数设计单位未重视搭板的设计，搭板设计不尽合理。搭板的设计应本着以下原则：(1)搭板的长度能够跨越桥台台背难以压实的土体，或跨越按计划在台背预留的土方缺口长度;(2)根据搭板的受力状态，用简支梁来计算搭板长度

4 路桥过渡段施工控制

4.1 填料的选择

路桥过渡段路堤填料应选用干容重较大的砂类土或渗水性较好的材料，这样的材料具有良好的水稳定性和压实特性。严禁使用淤泥、沼泽土以及含草皮、树根、生活垃圾、杂物。在选择路堤填料时要严格按照规范要求进行一系列相关试验，以确定填料的性质。其试验项目应包括：土壤的液限和塑限测定试验，筛分和击实试验，填料达到规定压实度时的压实遍数与松铺厚度的关系等。

4.2 土基处治

只有土基具有一定承载力，在车辆长期振动荷载和土体自重作用下路桥过渡段路基沉降才能得到有效的控制。规范中列出了许多地基处治方法：水泥粉喷桩复合地基加固、超载预压、塑料排水板法、强夯法和爆破法等，但每种方法的机理及适应性是不同的，各自具有鲜明的优缺点，如水泥粉喷桩复合地基加固效果明显，但造价高;超载预压法施工方便，但工期较长。在施工过程中要根据工程地质、工期、资金等实际情况加以选择采用。

4.3 优化施工组织

应尽可能地提前软土地基路段的施工时间，特别是桥台地段的施工时间，通过增加预压时间，以减少软基路堤工后沉降;在桥台处设置搅拌桩过渡段，并在搅拌桩过渡段末端与袋装砂井或塑料排水板加密区交接处设置土工织物砂垫层，以协调变形。在桥台结构完成后，尽快安排过渡段路堤与一般填土路堤的施工，在路堤与桥台连接部位，路堤与锥坡预压填土应同步填筑与碾压，使用大型机械碾压困难时可改用小型振动压实机械进行充分压实。必须优先安排深层软土地基和桥头高路堤施工，进行静置预压直至符合规范要求为止。

5 结语

路桥过渡段的成因复杂，处理困难。本文通过对路桥过渡段设计与施工实际情况的分析，系统总结了路桥过渡段不均匀沉降的原因，并从设计与施工两方面提出了切实可行的改进措施，只要做到路桥过渡段地基处治合理，结构设计充分，加强过渡段施工各个环节的控制，保证每道工序的施工质量，就能防止或减少路桥过渡段的不均匀沉降，从而减轻甚至避免公路桥头跳车现象，对提高公路的安全性与舒适性有着重要的现实意义。

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