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公路路桥过渡段不均匀沉降的原因与控制措施

2013-12-09 01:08

        摘要：文章分析了路桥过渡段产生不均匀沉降的主要原因，路桥过渡段的结构设计措施及施工控制进行了探讨。 
        关键词：过渡段；不均匀沉降；控制措施

        1  路桥过渡段产生不均匀沉降的原因
        1.1 桥台台背路堤压实度不满足要求。所有桥梁、通道和明涵等都要求台背填土处治。然而，台后填土压实度由施工用料、施工顺序、施工机械、施工经验、施工作业面等工程管理因素的影响，施工过程涉及各个方面。从公路调查结果可知，台背填土普遍存在压实不足的问题，这是造成路桥过渡段不均匀沉降的基本原因之一。
        1.2 桥头引道软土地基处治问题。软基路段由于地基沉降引起的桥头跳车现象仍然存在。分析其原因，主要是施工图设计时，地质钻探布孔过少，钻探深度不够，未能及时发现软基存在，或者未能准确探明软基范围和深度，软土的物理力学性质等等，导致桥头路堤软土地基处治遗漏，或采取的处治方法不恰当。在桥头引道，由于存在软土地基，桥台台背路堤施工时填土压实不足，雨水侵蚀造成路堤填土流失和强度降低，这是造成路桥过渡段路堤沉降的主要原因。然而，桥台基础设计是按规范容许沉降值实施控制设计，一般情况下实际发生的沉降值较设计时小。因此，路桥过渡段的结构设计主要在于如何做好软基路堤沉降防治等路桥顺接构造物的设计。
        1.3 桥头引道过渡段结构设计问题。桥头引道过渡段多采用搭板结构。然而，设置搭板以后的桥头跳车现象仍然严重，桥头搭板断板现象较为普遍。分析其设计原因，有下述情况：①根据桥梁的长度，桥头设置搭板长度划分为：a.大中桥，搭板长度为8m；b.小桥、填土高度小于0.5m的通道以及涵洞，搭板长度为5m。然而，桥头引道路堤处于高填方路段，软基路段桥涵结构与桥头路堤相对沉降量大，由于搭板长度不够而起不到顺接作用，行驶车辆通过时必然出现桥头跳车现象。②搭板设计根据支承在弹性地基上的板计算，未考虑台背路堤沉降，雨水冲刷带走台背填土等原因造成搭板与台背路堤脱空的不利受力状态。结果形成搭板设计强度不足，产生断板，引起桥头线形突变，诱发车辆跳车现象。③桥头搭板处理目前尚没有定型的设计计算方法，公路桥涵设计规范也没有明确规定。④工程实践中，桥头搭板一般不作专项设计。但是，从工程实践可知，合理地处治软土地基，实施台后填土压实是消除路堤填筑土体沉降的条件，而可靠的搭板设计是解决桥头跳车的重要保证。

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        1.4 桥头引道路堤边坡防护的问题。从公路桥头引道路堤设计和施工可知，台背路堤填土通常采用砂类、渗水性土作为填料，不考虑防水和排水设施;通常，对桥台处于长期浸水路段，采用浆砌片石护坡。而其它桥台路段，只在锥坡范围设置浆砌片石护坡，台背设置方格网草护坡或草皮护坡。然而，从公路续建、水毁和收尾工程勘查过程中发现，许多桥头路堤沉降比较严重的地方，往往伴随锥坡和护坡水毁。桥头引道路堤边坡防护措施以及台背防水和排水设施的不适当，促使台背填土流失，路基强度降低。在行驶车辆长期反复作用下，桥头引道过渡段填土塑性变形，诱发桥头路堤不均匀沉降，出现桥头跳车现象。 
        2  路桥过渡段的结构设计措施
        2.1 路桥过渡段的变形控制。①根据交通部《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》JTJ017-96规定，路桥连接处最大容许工后沉降为10cm。②从高等级公路的路况调查结果可知，当路面局部纵坡达到0.5%时，车辆行驶会产生晃动或摇动现象。

        2.2 合理设置缓和过渡段。由于不同的结构型式，从桥台刚度大的混凝土结构逐步过渡到柔性的填土路基结构和沥青砼路面结构，其强度不一致。因此，软土地基处治时，各段不同强度之间需设置强度过渡段。
        2.3 路桥过渡段的地基条件与路基条件在桥头引道路堤填筑过程中，采用土工合成材料加筋路堤并不能提高地基承载力，也不能有效地阻止地基的沉降。只有当地基具有足够的承载力，在路堤填土自重荷载与车辆荷载的联合作用下不致破坏而产生较大的沉降时，土工合成材料的加筋才会产生明显的效果。

        2.4 路桥过渡段的结构型式。①桥台台背路堤加铺土工格栅在路桥过渡段路基施工中采用土工格栅技术，当土工格栅与土一起承受车辆荷载和土体自身荷载的同时，具有下述三方面功能：a.由于土工格栅使土体的抗剪强度得到充分发挥，约束了土体的侧向变形，控制路基填土的侧向位移，增强了路基的整体稳定性，从而增大了路基的变形模量。b.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，降低了桥台台背局部范围土中的垂直应力，使路基土体承载力得到提高，从而减少沉降。c.由于水平摊铺的土工格栅具有弹性，在车辆荷载的反复作用下，不会产生或减少变形的累积。由于在路桥过渡段铺设土工格栅具有明显的工程效果，因此在路桥过渡段高填方路堤可采用桥台台背回填加铺土工格栅的结构型式。②合理确定搭板长度和搭板强度设计根据桥头路堤与桥台相对沉降量预计值以及车辆行驶要求的顺适程度，合理地确定搭板长度。搭板的设计未有统一模式，一般按照下述原则确定其长度：a.路面设计使用年限内，由于道路下沉引起路面纵坡变化，要求搭板随路堤沉降后倾角在1/200~1/300范围内变化。b.搭板的长度能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。c.根据搭板的受力状态，用弹性地基或简支梁计算搭板长度。根据交通部规范要求，桥台与路堤相邻近容许工后沉降为10cm，按上述计算的搭板长度为30～20m。
        3  路桥过渡段的施工控制