路桥过渡段沉降因素分析及结构设计

文/厉桢、吕伟

1 前言

当前，随着国内经济的不断发展，平面的交通体系不断地向立体化的交通体系发展，城市高架桥，以及各类跨线桥随处可见，规模也不断增加，而路桥工程的质量问题也越发受到社会和人们的关注。在对路桥工程进行设计时，过渡段结构设计对整个工程都非常重要，如果过渡段的设计不科学，就很可能造成沉降现象，这对车辆行车的舒适与安全都有很大影响。

2 路桥过渡段沉降原因

路基和桥台也有很大区别，对桥台来说，工程结束后出现的沉降现象会对公路整体结构的耐久与稳定产生很大影响，而路桥过渡段和相邻路面沉降值一旦超出范围，就会出现桥头跳车的现象，车辆路过桥头时会出现颠簸等现象。路桥过渡段沉降的具体原因如下：

2.1 路基的沉降

对路桥过渡段来说，引发其出现沉降的原因有很多，其中一个比较重要的因素就是地基的沉降，这种因素主要是地基因为路面原本的力量和路过车辆的负载力共同作用而出现的。因为路基的地基有很多不同种类，地基土质的构成也有很大差异，即使地基设计时所能承受的荷载力是相同的，但由于土体的结构有很大差异，也会造成地基出现程度不同的沉降现象，而如果地基土质是一致的，但因为承受荷载力的不同，也会使地基的沉降出现不均匀的现象。[1]

2.2 路面的沉陷

随着越来越多的高等级公路的建设，设计标准提升，但实际的施工技术水平无法完成，比如碾压的机械超出或者不能接触到桥台身，进而导致桥台身后一部分的压实度无法达到设计要求。而在工程竣工并通车后，基层和垫层的压实度也会不断上升，路面的结构层因为压缩的原因，就可能会出现一定现象的沉陷，这种路面的沉陷现象相对来说比较弱，但是形成的速度也会很快，基本上在道路通车之后就快速形成，这就是桥头跳车出现的概率得到一定程度的增加。

2.3 刚度差异

道路和桥梁有很大差异，道路是柔性结构组合，是柔性路基与路面的结合体，而桥梁属于刚性结构，所以桥梁刚度会比道路的大，对桥梁来说，即使长时间经过车辆行驶，产生巨大的负载力，整个桥梁结构也不会出现很大的变形现象，即便有变形现象也不会很明显。但路基的基层则不同，由于自身的重力作用，加上路面外力的作用，路基会出现变形现象比较严重，且可能是永久性的。

2.4 设计因素

路桥的过渡段出现沉降现象的原因还涉及到设计方面，具体设计时桥台有多种类型，实际压实的方法，搭板等的设计都会对路桥质量产生很大影响，比如搭板施工如果是在压实后在对桥台铺筑，就会对过渡段的压实操作有很大阻碍。而且，整个路桥工程的排水系统设计也十分重要，在对路基进行填料时，如果含水量比较高，或级配设计不科学，也会使整个土基承载力降低，这也是造成土基沉降的重要因素之一。[2]

3 路桥过渡段沉降的危害

路桥过渡段出现不平整的现象，究其原因主要有两个方面，一是过渡段出现沉降，使路面形成折角，导致线路几何不平顺；二是因为路桥刚度方面的差异，它们结构抗变形的能力也有很大差异，进而出现不平整的情况。

路桥过渡段出现沉降现象有很大的危害，一旦沉降值超过了一定范围，就会导致路面的折角非常大，线路更加不平顺，这会给路过的车辆通过带来很大的安全隐患。而且过渡段的沉降差值，使车辆在通过路面后，还会对路面产生一定的附加应力，而且这种应力也会对路面带来破坏作用，导致沉降速度加快，这种不良循环会使路面和路基使用年限大大降低。而且过渡段沉降在遇到雨季时，也会使路基出现一定的积水现象，如果路面的积水没有及时进行清除，水分就会渗透至路基内，进而使路基土体的强度大大降低，造成沉降度增加，严重者可能使路面出现坑槽或者塌陷的状况。[3]

车辆在行驶时，如果路过桥台下，因为沉降度带来一定的冲击力，最大冲击力都会在路基的一侧，车辆行驶的速度越快，桥台和冲击力的距离也就越远，这种冲击力会给过渡段的路基带来很大危害，导致路基下沉加重，而车辆朝着桥台的方向驶来时，桥头也会形成一定的冲击力，这一冲击力也会对路面和桥梁带来一定的荷载，进而使伸缩缝、支座和桥台等的破坏程度增加，而这些也会对车辆带来很大危害。

4 路桥过渡段结构设计

因为桥台设计基本上都是混凝土结构，具有很大的刚度，而路基在设计时期结构的刚度则比较小，两者之间结构的不同，使路基到桥台的过渡段设计需要更加慎重。一般来说，可以借助架设强度过渡段方法，对软土地基等进行合理的处理，地面路堤也能够使用这样的方法。在路堤和桥台间，可以设计一条长度大概是50m的强度渐变带，在这一渐变带中，填充的级配填料也是不同的，进而使路堤对强度能够更好的进行过渡。填筑路堤时，要注意路堤材料，加强地基承载力，有效发挥出土工合成材料的作用，使过渡段的地基在这里的荷载以及路堤的填土共同作用下，不出现较大的沉降现象。

4.1 路基的处理

对路基进行处理时，首先要使用那些具有较好的透水性、强度较高以及压实快的填料，比如砂砾、碎石土以及中粗砂等，一般来说，路基的填筑需要到桥台背3m-5m位置，然后用1∶1.5-1∶2的稳定斜坡到路基的顶面，余下到桥台距离使用填料进行填筑，使用这种方法有一些好处，填料能够保障台背填土后期不会出现固结与沉降现象，而且普通的黏土会用填料和斜面进行过渡连接，路堤的刚度也会不断变大，进而使车辆行驶的舒适度增加。而一旦缺乏填料，还可以借助水泥或石灰进行填筑，可以优先使用土工隔栅技术。这一技术能够使土体抗剪强度增加，而且也不会带来很大的侧向变形，使土体的变形情况降低，还能够减低填土和桥台间的沉降差。进行施工时，其顺序应该是先对路基进行填筑，接着是桥台，基台后回填要和路基一起进行填筑，压实也要达到相关标准，接着对路基进行开挖，对桥台进行修筑，进而确保台后的压实度，路基还需要和机械相适应，要加宽到机械可以全部都进行压实的部位，如果使用小型机械进行压实，要对分层的厚度进行控制，逐层进行碾压并检查。

图1 土工格栅锚固式处理

图2 桥头搭板处理

4.2 路面的处理

桥头搭板设计的目的是为了把台堤衔接位置突变的错台差，能够分散至搭板两段，经过这样的处理，原来路面纵坡只需要加大某一微小增量，就能够对桥头的行车条件进行有效改善。搭板的长度要按照填土的高度以及工后的实际沉降量确定，由以下方面决定：台后路堤在沉降后纵坡的变化值，需要进行合理控制，要保持在一定范围中，搭板的长度需要跨越预留缺口上口的宽度。搭板可以使用钢筋混凝土，其宽度通常是桥面的净宽，一般来说要尽可能使用整体就地现浇方法，进而保证搭板和路基联系紧密，如果是多车道的搭板，需要根据一车道或略微超过一车道对板块进行划分，然后对纵向的接缝进行合理设置，搭板不同的埋深可以分为高置式，中置式以及低置式。低置式的搭板在路面的结构层下，受到的承载力相对较少，搭板下也有垫层，进而路堤的活载也更小，这种方法使远端路面出现断层的现象得到克服，使路堤和桥台衔接位置跳车问题得到解决，而且施工操作也比较方便。

5 结语

总之，路桥过渡段沉降设计非常重要，需要引起相关人员重视，在进行施工时，要关注过渡段沉降设计细节，根据实际情况采取合理的技术和方法，进而确保路桥过渡段设计合理，为整个路桥质量奠定基础。