软土地基路桥过渡段差异沉降规律及优化方案研究

金延俊 王 波



软土地基路桥过渡段差异沉降规律及优化方案研究

金延俊1王 波2

（绵阳职业技术学院 建筑工程系 绵阳 621000）

随着我国经济快速的发展，公路工程在被快速拉动的同时也显现出来越来越多的问题。其中最具代表性的难题便是 “桥头跳车”现象。在路桥的过渡段，特别是软土地基上，“桥头跳车”表现的特别突出。有效地防治“桥头跳车”能够使行驶的车辆更安全以及更舒适，并且能够减少巨额的维修以及养护费用。我们将通过一些数据来说明并得出差异沉降的分布规律，通过该规律来提出差异沉降控制的优化方案，从而解决“桥头跳车”现象。

桥头跳车；差异沉降；优化方案

1 引言

在我国公路飞速发展时期，随着公路的运行，各类问题开始逐渐呈现出来。“桥头跳车”便是首当其冲需要解决的一个大问题。这个现象已经影响到行车的安全以及舒适性以及对公路的运营维护造成不小的伤害，它需要得到更多的关注并且被解决。[1]。在软土地基上，由于软土质中的孔隙比、含水量、抗剪强度以及渗透系数等因素的影响，导致“桥头跳车”现象突出。将直接影响着公路的使用寿命、运营质量以及服务水平 [2]。所以，我们需要将“桥头跳车”现象形成的原因以及找出其形成规律进行研究，并提出有效合理的“桥头跳车”优化方案来解决。

2 “桥头跳车”的危害性

2.1安全性

在车辆通过由于差异沉降形成的沉降台阶时发生碰撞而腾空，当车轮下落，车辆便会造成转向不稳或产生制动，从而车辆便会横向失稳跑偏或翻车。与此同时，桥台、支座、搭板和伸缩缝等会由于“桥头跳车”现象也导致损坏加剧。

2.2舒适性

在公路的过渡段，颠簸以及不同程度的冲击都会造成车内人员的不适，行车的舒适性因此降低。以金杯客车作为实验用车，驾驶人员以及4名进行关于舒适性体验数据采集，通过数据显示得出：车辆行驶至桥头跳车的路段，车上人员有强烈的颠簸感[且他们的心率有明显的上升情况[3,4]。

2.3经济性

如果要保证良好的交通运行情况，那么对于桥头跳车”形成的沉降台阶进行修护，但是针对修护会耗费大量的人力、物力以及财力。同时，当司机加速或减速经过路桥过渡段时，汽车油耗会有明显的增加，排放的尾气会造成严重的大气污染 [5]。

表1-1 高速公路因桥头跳车而增加的油耗

3“桥头跳车”成因

由于过渡段的桥台后的土体路基长期在交通行驶荷载中累积沉降以及在自重作用下压缩变形、地基固结沉降和台背间的填土不一致，从而导致沉降，产生“桥头跳车”现象。我们通常通过不设搭板过渡段的沉降—“错台型”以及设搭板过渡段的沉降—“折现型”来解决桥台后差异沉降如下图[6,7]。

图1-1 不设搭板差异沉降模型 图1-2 设置搭板差异沉降模型

3.1地基固结沉降

在设计过程中，以控制地基和基础的沉降为首要任务，采用刚性桥台结构。所以桥台在施工后进行沉降的可能性极小，小到可以不及。那么，地基的固结性沉降原因是由于天然地表原因产生，从而造成桥头跳车现象[8]。

3.2路基压缩沉降

根据施工作业流程，桥台建造完后再进行台背的回填，那么在施工过程中由于桥头段施工面较窄，无法大面积开展土方压实工作，台背部分地区不能完全压实从而导致在自重应力下（密实度增加）不断压实的路堤形成差异，最终路基形成压缩沉降。

3.3其他的影响因素

（1）雨水的渗入：雨水顺着梁和道路的连接处的缝隙渗进来，对路面的结构层以及路堤进行冲刷，外部车辆荷载对各个结构层进行冲击，导致桥头与道路过渡处出现沉陷，从而形成“桥头跳车”。

（2）温度的循环：搭板和土体由温度膨胀系数不同，产生热胀冷缩现象，从导致搭板和土体逐渐被托空。搭板与土体在外力作用下，产生的孔隙越来越大甚至断裂，从而导致跳车现象。

（3）施工的设计：在施工过程中，软弱地基部分不做处理，填料选择不满足要求，施工工序不符合流程都会导致导致车辆在行驶时对路堤荷载产生沉降[9]。

4“桥头跳车”的防治

国内外学者针对针对“桥头跳车”现象展开深入研究，并提出以下措施进行防治：

4.1 软基处理

（1）排水固结法：从应力路径的角度出发，利用真空联合堆载以及低强度混凝土桩处理软土地基。分析真空预压排水固结强度增长机理，利用有效固结应力法强度增长来真空预压软土强度增长的规律[10]。

（2）强夯加固法：根据三维有限元法来模拟软土地基，通过对大变形几何非线性三维有限元方法对强穷加固效果进行数值模拟，从而得出得到在不同夯击能、不同夯击次数作用下土体塑性区的具体情况，从而来有效预测强夯加固区在空间的分布规律。

（3）复合地基法：利用砂桩对台后填土进行处理，由砂桩和桩间土体共同承受路桥过渡段形成了外部荷载的复合基地。利用低强度混凝土桩复合地基的优势加固软土地基，从而解决桥头跳车的问题[11,12]。

4.2柔性桥台

为实现“刚柔过渡”，路堤填土以及桥台构造物间的刚度差必须要在可控范围内变化，我们进行了以下研究 [13]。利用对三维有限元的数值分析方法对路基与土工格网之间的综合摩阻力、不同土工格网铺设间距对复合土反应模量的影响进行分析，发现较理想的土工织物间距为30-50㎝[14]。

4.3 搭板设计

桥头搭板带有一定的坡度时，所对应路面的铺装层厚度发生改变，将桥头搭板作为可抬升的都能很好处治桥头跳车[15]。为了使搭板下方的填料不会出现严重脱空而导致搭板断裂。搭板尺寸和搭板尾部枕梁的设计方法，桥头搭板的承载能力必须满足设计要求。采用过渡性路面来处理路桥过渡段，过渡性路面改造的补强设计、加铺罩面、病害处治。实践证明，经过处理的路面状况良好，对“桥头跳车”现象的控制都起到了较好的处治效果。

[1]张婷婷,项怡强.桥头跳车对行车安全性影响评估系统实现[J].中国市政工程.2009.

[2]冯忠居,方貽立.高等级公路桥头跳车的危害及其机理的分析[J].西安公路交通大学学报.1999.

[3]肖念婷,杨有海,师歌.桥头跳车及防治措施研宄综述[J].公路交通技术.2008.

[4]杜志刚,潘晓东.基于人机工程学的山区公路桥头跳车分析评价[J].中南公路工程.2007.

[5]章小军.浅谈桥头跳车现象对道路交通系统的影响[J].黑龙江交通科技.2013.

[6]张慧明,徐玉胜.深圳软土变形特性与工后沉降[J].岩土工程学报,2002.

[7]贾其军,王晓谋.袋装砂井处理河滩相软土固结沉降研宄[J].中国公路学报,2003

[8]李又云.软土结构性对渗透及固结沉降的影响[J].岩石力学与工程学报,2006.

[9]冯志刚,朱俊高.常规次固结沉降计算方法的改进研究[J].岩土力学,2010.

[10]陈保国,骆瑞萍.软土地基上高填方刚性涵洞地基承载力分析[J].岩土力学,2013.

[11]徐宏,邓学均.真空预压排水固结软土强度增长规律性研宄[J].岩土工程学报,2010.

[12]包旭范,高强.强夯加固软土地基机理的有限元分析[J].中国铁道科学,2005.

[13]孟杰,赵明华.砂桩复合地基防止桥头跳车的研宄[[J].西安公路交通大学学报,2001.

[14]周建.高速公路软土地基低强度应用研宄[J].地基处理.2002.

[15]曾开华,俞建霖,龚晓南.高速公路通道软基低强度混凝土桩处理试验研究[J].岩土工程学报,2003.

金延俊（1986.1-），女，汉，山东省烟台市，绵阳职业技术学院，硕士研究生，助教，研究方向为结构工程、建筑工程造价等。

项目名称：四川省教育厅理科一般项目 17ZB0217 软土路基路桥过渡段差异沉降规律及处治技术研究

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1007-6344（2017）03-0355-01