公路与桥梁连接处的设计与分析

段秀娟

（江苏省交通科学研究院股份有限公司，江苏 南京210017）

近年来，随着车辆的迅速增加，公路交通在生活中已必不可少，公路在交通运输中的作用是承前启后，也是国民经济中相当重要的一部分。部分已建成的高等级公路由于软基处理方案设计不周到、施工工期短等原因，出现了公路与桥梁连接处桥头跳车严重、路面横向起伏不平、路面中部积水较多等问题。

1 公路桥梁连接处问题及原因分析

桥头跳车产生的主要原因是构造物与邻近的路基沿路线纵向产生差异沉降，再加上路面横向起伏不平、路面中部积水使路基横断面发生“盆型”沉降，由于中间沉降大，边部沉降较小，因此，横向也产生了差异沉降，最终导致桥头跳车现象的发生。桥头跳车现象的发生主要有以下几点原因。

1.1 基础设计缺乏有效性与科学性

对于不同类型的填筑材料来说，尽管处于同一荷载作用力之下，其塑性变形与次固结沉降系数也有所差异。对那些强度较低、刚性小、压缩性能强的材料，其所具有的塑性变形与次固结沉降较大。透水性能好的材料不论是从刚度上还是压缩性上都要优于粘性土，但是透水性能好的材料也有不足之处，它使得天然地基与所相邻路基土质遭受到路基周围渗透水、毛细水、桥台沉降水等不同种类渗水的侵蚀，从而使材料出现不同程度的软化现象，造成台背过渡段路基与相邻段路基的强度急剧下降，沉降变形量也会出现增大的情况，最终由于台背路基强度降低而导致跳车现象的发生。

通常情况下，桥涵结构物和路基应该同时进行施工，桥涵属于刚性结构物，它对地基的强度要求比较严格，因此，在进行正常施工时，必须对其进行加固处理，这使得地基沉降值变得相对较小。对于台后填料地段地基来说，它不需要进行一定的加固处理，桥台与台后填方容易出现一定的变形，使得两者存在不同，由于沉降快慢的不同而形成阶梯状。桥头搭板不能从本质上减少台背和构造物两者间的沉降差异，如果台背回填出现下沉情况，那么，在路基上施工的桥头搭板相应地也会出现下沉现象。

1.2 施工工艺不合理引发桥头跳车

如果施工工序与设计要求不相吻合，而且台背填筑速度又过快，沉降会发生的更快，使得沉降值增大，会对台背挡土墙等构造物造成不同程度的挤压现象。假若台前护坡或挡墙砌筑不及时，极可能导致路基填筑土体出现滑移情况，压实机械的作业效果也会受到不同程度的影响，严重时还会危害桥梁基础，造成结构物的不均匀沉降，影响结构物的整体性，对结构物造成破坏。由于施工作业面窄，再加上工期紧张，在台背填土时，接近桥台部位填土平面的形状差异较大，如果没有适合的压实器具，单靠人工夯实的话，密实度很难与压实所规定的标准相吻合。因此，应该选用机械的方式进行碾压，但由于地形、作业面等条件的制约，桥头填土压实密度与规定的标准之间会存在一定的差异，尤其是台墙后侧与翼墙内侧的位置，想要达到压实密度的要求更难，会造成过渡段填料产生不均匀沉降。此外，没有严格按照施工工艺（分层填筑、分层碾压、分层检测）施工也会引起桥头跳车。

1.3 地基沉降对连接处造成的危害

由于桥涵通常位于沟壑的地形中，地下水位较其他地方明显偏高，而且多是软弱地基，由于路基自身的重量与荷载等的作用，地基极易出现变形现象。尤其是那些软弱地基处，由于它们具有的一些特性，像天然含水量高、压缩性高、抗剪强度弱、渗透系数小等，使得地基沉降现象更为突出，而且出现沉降之后想要恢复原状并保持稳定需要花费更长的时间。同时，由于高等级公路多为全封闭、全立交，为了满足相交公路、航道的净空要求，桥台后的路基高度一般都较高，路基自重大，所以，产生的地基应力也比较大，更易产生地基沉降现象，桥台后的路基也会由于地基的沉降而出现不同程度的下沉。

2 加强公路桥梁连接处设计的有效措施

2.1 优化设计方案

2.1.1 纵向过渡段的设计处理

桥台采用灌注桩的深基础，基本不存在工后沉降，为减少与桥头的差异沉降，桥头路基采用了较强的复合地基的深基础处理。涵洞等小型构造物的处理从地质情况和区域经验来看，为避免后期沉降造成构造物自身出现裂缝病害，也加强了地基处理。总体而言，桥头和构造物的处理方案较强，而一般路段的处理方案偏弱，通过采用改变复合地基的桩间距，设置加筋路堤，加强过渡段的设置，避免不均匀沉降（见图1）。

图1 桥头纵向过渡设计示意图

2.1.2 横向变刚度复合地基处理

结合江苏省交建局《高速公路变刚度复合地基试验研究与优化设计》研究成果，采用横向变桩间距的变刚度地基处理方案可有效降低横断面差异沉降，差异沉降减少60%左右。

目前，在建通洋高速变刚度复合地基路段全部完成地基处理（见图2），正在进行路堤填筑，从沉降监测结果来看，调整横向差异沉降的效果十分明显。变刚度复合地基不但可以有效控制横向差异沉降，而且由于采用了疏桩布置，水泥土搅拌桩的数量可以减少，节约投资超过15%，经济和环保效益明显，契合了“低碳公路”的建设理念。

图2 变刚度复合地基处理设计示意图

2.1.3 加强桥头排水设计

两侧桥台顶面与桥头搭板连接处做好防水处理，防止水流沿着施工缝隙渗入到路基内，造成路基的沉降。对于地下水域充足的地段，要专门设置一定的排水装置，如渗沟、降水井等，减轻水流对路基的侵蚀。

2.1.4 桥头跳车新技术的应用

桥头跳车新技术可在桥梁设计的许多地方得到应用:如使用加筋土整体式桥台，处理软土地基路桥结合处的差异沉降；台背回填设计中刚柔过渡法的有效应用等。

2.2 严格规范伸缩缝的宽度

实例证明:伸缩缝具有不容易被挤坏的特性，但其宽度过大也容易引起跳车问题的发生，跳车现象发生的越频繁，伸缩缝的损坏就越快，直到不能使用。另外，由于混凝土的抗压能力很强，如果挤压的力度没有超过材料极限，桥梁也不会被损坏。综上所述，在伸缩缝施工时，没有必要采用很宽的伸缩缝。在施工过程中温度会影响伸缩缝，其温差伸缩量的计算公式为

式中:Tmax为设计最高环境温度；Tmin为设计最低环境温度；α为脚胀系数，α＝0.010；L为伸缩梁长度，m。

还应考虑混凝土的徐变、干缩及汽车行驶冲击、振摆、桥梁挠度所引起的桥梁伸缩量的变化，严格规范伸缩缝宽度。

2.3 路桥联合施工，加强施工工艺

由于大部分的路桥施工是分开进行，这会导致道路和桥梁间存在误差。在路桥联合施工中应该边施工边测量、校对，确保路桥施工中的路桥差最小，路桥衔接点更平整，防止发生跳车现象。主要的施工工艺包含以下几个:

1）逐层碾压，确保填料的密实度。由于压实器具与填筑材料不同，通常压实厚度也存在一定的差异；

2）避免出现压实不到位。可在桥涵头所要进行回填的范围之外再外推数米，一直延伸至路基的压实区处，继而开始挖台阶，逐层填筑碾压，在边角处使用人工打夯器具进行压实，提高路基的密实度；

3）采用不同类型压实机械相配合的碾压方式，保证路基填料的压实度；

4）预压法可以减少施工后沉降现象。如果施工条件满足，可以提早布排好桥头处路基的施工，使其自身就具有一段时间的预压阶段，采取这种方法可有效地减少施工后沉降现象的发生。

3 路桥共同监测与管理

3.1 公路路基在施工中需控制的项目及操作方法

在路基施工与质量控制过程中，最重要的是要明确桥台后所使用的填料是否达到摩擦角大、强度高、透水性能好、压实快等特征。对台背回填处的压实状况进行检测也非常重要，要确保压实达到95%以上才算合格。如这两点控制额能够准确到位，那么，连接处的施工质量就基本与所规定的标准要求一致。在施工中，施工人员可以通过超声检测机对其进行检测，对于不符合要求的施工，必须进行重复修理，直到满足要求。

3.2 对路面检测项目的分析

从实际情况看，桥台搭板的设置与连接处的行车情况有着不可分割的联系。搭板设置的合理与否可以有效避免车辆通过时桥头跳车现象的出现。在设计与施工过程中，为尽量减少跳车现象的出现，可在搭板的末端埋设变厚式埋板，长约3～4m。此外，对施工人员进行理论指导与实践操作培训也是减少跳车现象发生的有效措施。

4 结 语

公路与桥梁连接处的合理设计、精准施工、科学管理、严格监理是公路与桥梁相关路段行车安全的保障，相关部门应予以高度重视。加强在前期设计、后期施工、中期管理等方面对公路与桥梁连接处的正确处理，彻底杜绝公路与桥梁连接处跳车现象的发生。

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