桥台台背路基特点及处理关键技术

唐亮，熊建漓，许梦梦

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，武汉 430010）

1 引言

桥台不仅是承载边跨上部结构， 传递边跨上部结构作用力到基础的构筑物，也是位于桥梁两端，与路堤相衔接的构筑物，具有抵挡台后的填土压力、稳定桥头路基、使桥头线路和桥上线路可靠而平稳地连接的作用。 因此，桥台一侧或两侧与主体路基衔接的一段路基即桥台台背。 路基的施工质量不仅关系到桥台的稳定，也是保证桥台与路基的平稳连接，保证道路行驶平稳性的关键。

2 桥台台背路基的特点

2.1 为不同刚度构筑物的过渡段

桥台一般是石砌或素混凝土结构， 轻型桥台则采用钢筋混凝土结构，为一种刚性结构。 路基一般为填土路堤、填石路堤、土石路堤，为一种柔性结构。 桥台台背为桥梁与主体路基衔接的一段构筑物，因桥梁桥台刚度大，而路基段刚度小，桥台台背路基是桥梁与路基两种不同刚度构筑物之间的衔接过渡段。

2.2 施工工序多为先桥台后路基

道路工程中，如果先填筑路堤，待路基沉降稳定后，再开挖路堤，修建桥台结构，则桥台承受土压力将减小。 但在工程实际项目中，由于工期紧张，设计、施工往往采用的施工工序为先修筑桥台构筑物，再进行路堤的填筑。 由于桥台受路堤填筑时压路机碾压作用和路堤填筑后沉降的影响， 桥台受到的土压力往往大于主动土压力。

3 桥台路基常见问题及原因分析

3.1 桥头跳车病害

造成桥头跳车具有多种因素， 直接因素是桥台位于为不同刚度构筑物的过渡段， 前后不同刚度的桥台与路堤引起了不均匀沉降。

产生不均匀沉降的因素是多方面的，抛开设计、施工、管理方面的错误、失误等因素外，从客观实际出发，就桥台台背路基特点的客观现实来讲，主要原因如下。

1）回填作业面小，压实困难。 桥台台背处路基，因受桥台结构物的限制，靠近桥台处，压路机无法正常碾压，或为保护结构物的结构安全稳定，压实机械受到限制，导致压实困难。

2）不同结构产生的不可避免的沉降差。 桥台为刚性结构，其基础视持力层的深度不同，通常采用桩基础，或扩大基础，或直接位于稳定地层上，其沉降均较小。 而其本身为刚性构筑物，可不计其压缩变形。

路基不论为填土路堤、土石路堤，还是填石路堤，均为一种柔性结构，在车辆荷载、自身和路面结构层的重力作用下，不仅会产生一定量弹性变形，并将有较大的非弹性变形[1]。

因此，两种不同刚度结构物交接处，易引起不均匀沉降，从而造成桥头跳车现象。

3.2 桥台产生水平位移、弯曲、开裂等病害

在桥台受力计算时，往往按主动土压力来进行计算，但由于在实际实施时采用先桥台后路基的施工工序， 桥台受到的土压力往往大于主动土压力，因此，导致桥台抗滑力偏小从而造成水平位移、抗弯刚度不足产生弯曲、内力大于设计承载力而造成开裂。

4 桥台路基处理关键技术措施

4.1 针对桥台水平位移、弯曲、开裂等问题

4.1.1 优选适宜填料

桥台台背路基宜选用轻质填料、透水性材料、无机结合料稳定材料，不得选用包含腐殖质、泥草、冻块的填料，崩解性岩石、膨胀土也不得用于台背填筑。

透水性材料可选用级配好的粒类土、砂类土，其不仅自身稳定性好，对桥台的侧压力小，而且有利于排除渗透进路基内的水分，减小路基内孔隙水压力对桥台的影响；轻质填料可选用粉煤灰、土工泡沫塑料，采用泡沫轻质土、膨胀性聚苯乙烯泡沫塑料等特殊材料回填时， 应符合现行JTG/T 3610—2019《公路路基施工技术规范》和CECS 249—2008《现浇泡沫轻质土技术规程》，轻质填料由于其自身重度小从而可减小其对桥台的土压力；无机结合料稳定材料可选用水泥稳定材料、石灰稳定材料、石灰粉煤灰稳定材料，无机结合料稳定材料自身稳定性好，从而对桥台的侧压力小。

4.1.2 优化碾压顺序

路基碾压一般采用沿路线方向来回直线碾压， 当压路机向桥台方向前进碾压时，由于压路机后方路基先被碾压，当压路机靠近桥台时，桥台处路基填料因压路机后方路基较密实，从而将增大填料向桥台挤压，造成对桥台更大的土压力。

为了减小碾压时对土体的挤压力，先从桥台处开始，朝背离桥台方向进行横向碾压，此时，因远离桥台端回填料还未碾压，回填料松散，这将减小回填料对桥台的挤压力。 待桥台处压实完成后，再实施一般纵向压实。

4.1.3 台背1 m 范围内宜采用小型机具压实

桥台的受力计算一般采用主动土压力进行， 而重型压实机械碾压施工时将产生较大的挤压力， 为避免桥台台后回填时的受力远大于主动土压力，因此，当压实机械离台背小于1 m 范围，宜改用小型机具压实。

4.1.4 加强台背回填要求

在工程实际项目中，由于工期紧张，往往要求桥台成型后尽快对路基进行回填，但桥头强度较低时实施台背回填，易造成桥台弯曲与开裂。 因此，台背回填，应在结构物强度达到设计强度的75%以上时进行。

台背回填应顺应路线方向，自台身起，其填土的长度在顶面应不小于桥台高度加2 m，在地面应不小于2 m；拱桥台背填土的长度应不小于台高的3～4 倍。 拱桥的台背填土宜在主拱圈砌筑或安装以前完成； 梁式桥轻型桥台的台背填土宜在梁体安装完成以后，在两端桥台平衡地实施；埋置式桥台的台背填土宜在柱侧平衡、对称的实施。

4.1.5 台背与锥坡回填宜同步进行

合理的施工工序是保证桥台受力合理， 不至土压力过大桥台产生水平位移、弯曲、开裂等问题。 当为减小机械及人员窝工现象，而先对台背回填后再进行锥坡回填，则桥台不仅受到单侧主动土压力，且在台背侧回填土采用压路机碾压时，还将受到机械碾压时对桥台的挤压力； 而当台背与锥坡同步回填，则锥坡填土可有效抵消桥台台背回填土的压力。

4.2 针对回填作业面小，压实困难

4.2.1 严格控制回填压实工艺

在桥台台背回填时，根据桥头实际情况，优选压实机械规格以及机械组合，严控碾压速度、碾压遍数以及松铺厚度，并且确保压实时回填料处于最佳含水率。

台背回填应严格控制分层厚度和压实度， 分层碾压厚度不宜大于150 mm，填料粒径宜小于100 mm，填土压实度应不小于96%，并且应设专人负责质量检验，各点均应合格，每50 m2应检验一点，当剩余面积小于50 m2时，也应检验一点。

4.2.2 空间狭小时，可回填浆砌片石、低强度等级混凝土等材料

受现场实际情况限制， 桥台附近可能存在压路机无法进行碾压的狭小部位，回填难以保证桥台台背处的强度、刚度及稳定性等要求，而混凝土具有较好的流动性，可以有效填充至不便于回填压实的狭小空间，且混凝土不需要采用压实机械，通过细小的振捣棒振捣便可满足桥台台背的性能要求，因此，狭小部位可采用低强度等级混凝土、浆砌片石等材料回填。

4.3 针对跳车问题

4.3.1 合理设置桥头搭板

大量研究表明， 桥头搭板为桥台与路基段之间一种过渡结构，对减小其沉降差具有重要作用。 在实际运用过程中，往往发现桥头搭板常出现脱空、滑落、错台等病害，因此应合理设置桥头搭板。 在实际应用时，应根据实际情况，对地基沉降做出合理要求，对搭板厚度、长度、弹性模量、搭板配筋、搭板应力与挠度等做出合理规定[2-3]。

桥头搭板的厚度及长度应根据桥的规模、 桥头填土的高度以及台背填土的破坏棱体长度综合考虑确定。 破坏棱体的延伸线应位于桥头搭板范围内，通常条件下，桥头搭板的长度应不小于破坏棱体的长度再加2 m[4]。

搭板的厚度主要依据强度和变形要求来计算， 但是由于搭板受理复杂，很难简单地确定搭板的受力状况，因而通常采用的处理方法为将搭板换算为等效简支板， 找出长度与计算跨度之间的关系，大致研究出各种板长的相应计算跨径，从而按简支板的方法确定搭板的厚度。 根据研究结果，搭板厚度一般为其长度的1/16～1/24。 我国近年来的桥梁设计中，搭板厚度根据具体情况一般取0.25 m、0.3 m 或0.35 m[5]。

4.3.2 加强过渡段回填处理，减小不均匀沉降

二级及二级以上公路路堤与桥台连接处应设置过渡段。过渡段压实度应不小于96%，并应做好地基处理、填料、台背防排水等综合设计。 过渡段长度计算见式（1）[6]：

式中，L为过渡段长度，m；H为路基填土高度，m。

加强过渡段回填处理，首先应加强地基的处理，严格控制地基的弯沉值，对于软弱地基，可通过换填、灰土处理、粒料桩、CFG 桩、刚性桩等措施提高地基的承载力，减小工后沉降。然后对于过渡段与一般路基段的衔接处，应挖台阶处理，并优选路基填料，如选用透水性材料、轻质填料、无机结合料稳定材料等，同时加强压实要求，其压实度应不小于96%。 另外，水是造成路基病害的主要因素之一， 过渡段防排水应做好系统的综合设计， 如背墙应做好防水设计， 可通过垫油毛毡等方式， 而在台背回填土区域则应做好排水设计， 可通过设置盲沟、泄水管等方式，尤其当桥台采用U 形桥台时，台背填土区域排水困难更应加强，以减少后期路基沉降。

4.3.3 回填部分路床宜与路堤路床同步填筑

对过渡段路堤进行加强处理控制后， 为加强过渡段与一般路基段的整体效果，减小跳车现象，过渡段路床的回填宜和一般路段的路床同步进行实施。

5 结语

桥台前后为两种不同结构物，且刚度相差悬殊，将导致不可避免的沉降差，但可通过采取一系列措施，如加强过渡段结构设计、强化地基处理、优选填料、严控过渡段压实工艺、合理搭接等措施，确保沉降差在合理范围内。