金延俊 王 波

?

軟土地基路橋過(guò)渡段差異沉降規(guī)律及優(yōu)化方案研究

金延俊1王 波2

（綿陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程系 綿陽(yáng) 621000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展，公路工程在被快速拉動(dòng)的同時(shí)也顯現(xiàn)出來(lái)越來(lái)越多的問(wèn)題。其中最具代表性的難題便是 “橋頭跳車(chē)”現(xiàn)象。在路橋的過(guò)渡段，特別是軟土地基上，“橋頭跳車(chē)”表現(xiàn)的特別突出。有效地防治“橋頭跳車(chē)”能夠使行駛的車(chē)輛更安全以及更舒適，并且能夠減少巨額的維修以及養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。我們將通過(guò)一些數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明并得出差異沉降的分布規(guī)律，通過(guò)該規(guī)律來(lái)提出差異沉降控制的優(yōu)化方案，從而解決“橋頭跳車(chē)”現(xiàn)象。

橋頭跳車(chē)；差異沉降；優(yōu)化方案

1 引言

在我國(guó)公路飛速發(fā)展時(shí)期，隨著公路的運(yùn)行，各類(lèi)問(wèn)題開(kāi)始逐漸呈現(xiàn)出來(lái)。“橋頭跳車(chē)”便是首當(dāng)其沖需要解決的一個(gè)大問(wèn)題。這個(gè)現(xiàn)象已經(jīng)影響到行車(chē)的安全以及舒適性以及對(duì)公路的運(yùn)營(yíng)維護(hù)造成不小的傷害，它需要得到更多的關(guān)注并且被解決。[1]。在軟土地基上，由于軟土質(zhì)中的孔隙比、含水量、抗剪強(qiáng)度以及滲透系數(shù)等因素的影響，導(dǎo)致“橋頭跳車(chē)”現(xiàn)象突出。將直接影響著公路的使用壽命、運(yùn)營(yíng)質(zhì)量以及服務(wù)水平 [2]。所以，我們需要將“橋頭跳車(chē)”現(xiàn)象形成的原因以及找出其形成規(guī)律進(jìn)行研究，并提出有效合理的“橋頭跳車(chē)”優(yōu)化方案來(lái)解決。

2 “橋頭跳車(chē)”的危害性

2.1安全性

在車(chē)輛通過(guò)由于差異沉降形成的沉降臺(tái)階時(shí)發(fā)生碰撞而騰空，當(dāng)車(chē)輪下落，車(chē)輛便會(huì)造成轉(zhuǎn)向不穩(wěn)或產(chǎn)生制動(dòng)，從而車(chē)輛便會(huì)橫向失穩(wěn)跑偏或翻車(chē)。與此同時(shí)，橋臺(tái)、支座、搭板和伸縮縫等會(huì)由于“橋頭跳車(chē)”現(xiàn)象也導(dǎo)致?lián)p壞加劇。

2.2舒適性

在公路的過(guò)渡段，顛簸以及不同程度的沖擊都會(huì)造成車(chē)內(nèi)人員的不適，行車(chē)的舒適性因此降低。以金杯客車(chē)作為實(shí)驗(yàn)用車(chē)，駕駛?cè)藛T以及4名進(jìn)行關(guān)于舒適性體驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，通過(guò)數(shù)據(jù)顯示得出：車(chē)輛行駛至橋頭跳車(chē)的路段，車(chē)上人員有強(qiáng)烈的顛簸感[且他們的心率有明顯的上升情況[3,4]。

2.3經(jīng)濟(jì)性

如果要保證良好的交通運(yùn)行情況，那么對(duì)于橋頭跳車(chē)”形成的沉降臺(tái)階進(jìn)行修護(hù)，但是針對(duì)修護(hù)會(huì)耗費(fèi)大量的人力、物力以及財(cái)力。同時(shí)，當(dāng)司機(jī)加速或減速經(jīng)過(guò)路橋過(guò)渡段時(shí)，汽車(chē)油耗會(huì)有明顯的增加，排放的尾氣會(huì)造成嚴(yán)重的大氣污染 [5]。

表1-1 高速公路因橋頭跳車(chē)而增加的油耗

3“橋頭跳車(chē)”成因

由于過(guò)渡段的橋臺(tái)后的土體路基長(zhǎng)期在交通行駛荷載中累積沉降以及在自重作用下壓縮變形、地基固結(jié)沉降和臺(tái)背間的填土不一致，從而導(dǎo)致沉降，產(chǎn)生“橋頭跳車(chē)”現(xiàn)象。我們通常通過(guò)不設(shè)搭板過(guò)渡段的沉降—“錯(cuò)臺(tái)型”以及設(shè)搭板過(guò)渡段的沉降—“折現(xiàn)型”來(lái)解決橋臺(tái)后差異沉降如下圖[6,7]。

圖1-1 不設(shè)搭板差異沉降模型 圖1-2 設(shè)置搭板差異沉降模型

3.1地基固結(jié)沉降

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，以控制地基和基礎(chǔ)的沉降為首要任務(wù)，采用剛性橋臺(tái)結(jié)構(gòu)。所以橋臺(tái)在施工后進(jìn)行沉降的可能性極小，小到可以不及。那么，地基的固結(jié)性沉降原因是由于天然地表原因產(chǎn)生，從而造成橋頭跳車(chē)現(xiàn)象[8]。

3.2路基壓縮沉降

根據(jù)施工作業(yè)流程，橋臺(tái)建造完后再進(jìn)行臺(tái)背的回填，那么在施工過(guò)程中由于橋頭段施工面較窄，無(wú)法大面積開(kāi)展土方壓實(shí)工作，臺(tái)背部分地區(qū)不能完全壓實(shí)從而導(dǎo)致在自重應(yīng)力下（密實(shí)度增加）不斷壓實(shí)的路堤形成差異，最終路基形成壓縮沉降。

3.3其他的影響因素

（1）雨水的滲入：雨水順著梁和道路的連接處的縫隙滲進(jìn)來(lái)，對(duì)路面的結(jié)構(gòu)層以及路堤進(jìn)行沖刷，外部車(chē)輛荷載對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)層進(jìn)行沖擊，導(dǎo)致橋頭與道路過(guò)渡處出現(xiàn)沉陷，從而形成“橋頭跳車(chē)”。

（2）溫度的循環(huán)：搭板和土體由溫度膨脹系數(shù)不同，產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象，從導(dǎo)致搭板和土體逐漸被托空。搭板與土體在外力作用下，產(chǎn)生的孔隙越來(lái)越大甚至斷裂，從而導(dǎo)致跳車(chē)現(xiàn)象。

（3）施工的設(shè)計(jì)：在施工過(guò)程中，軟弱地基部分不做處理，填料選擇不滿(mǎn)足要求，施工工序不符合流程都會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)致車(chē)輛在行駛時(shí)對(duì)路堤荷載產(chǎn)生沉降[9]。

4“橋頭跳車(chē)”的防治

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)針對(duì)“橋頭跳車(chē)”現(xiàn)象展開(kāi)深入研究，并提出以下措施進(jìn)行防治：

4.1 軟基處理

（1）排水固結(jié)法：從應(yīng)力路徑的角度出發(fā)，利用真空聯(lián)合堆載以及低強(qiáng)度混凝土樁處理軟土地基。分析真空預(yù)壓排水固結(jié)強(qiáng)度增長(zhǎng)機(jī)理，利用有效固結(jié)應(yīng)力法強(qiáng)度增長(zhǎng)來(lái)真空預(yù)壓軟土強(qiáng)度增長(zhǎng)的規(guī)律[10]。

（2）強(qiáng)夯加固法：根據(jù)三維有限元法來(lái)模擬軟土地基，通過(guò)對(duì)大變形幾何非線性三維有限元方法對(duì)強(qiáng)窮加固效果進(jìn)行數(shù)值模擬，從而得出得到在不同夯擊能、不同夯擊次數(shù)作用下土體塑性區(qū)的具體情況，從而來(lái)有效預(yù)測(cè)強(qiáng)夯加固區(qū)在空間的分布規(guī)律。

（3）復(fù)合地基法：利用砂樁對(duì)臺(tái)后填土進(jìn)行處理，由砂樁和樁間土體共同承受路橋過(guò)渡段形成了外部荷載的復(fù)合基地。利用低強(qiáng)度混凝土樁復(fù)合地基的優(yōu)勢(shì)加固軟土地基，從而解決橋頭跳車(chē)的問(wèn)題[11,12]。

4.2柔性橋臺(tái)

為實(shí)現(xiàn)“剛?cè)徇^(guò)渡”，路堤填土以及橋臺(tái)構(gòu)造物間的剛度差必須要在可控范圍內(nèi)變化，我們進(jìn)行了以下研究 [13]。利用對(duì)三維有限元的數(shù)值分析方法對(duì)路基與土工格網(wǎng)之間的綜合摩阻力、不同土工格網(wǎng)鋪設(shè)間距對(duì)復(fù)合土反應(yīng)模量的影響進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)較理想的土工織物間距為30-50㎝[14]。

4.3 搭板設(shè)計(jì)

橋頭搭板帶有一定的坡度時(shí)，所對(duì)應(yīng)路面的鋪裝層厚度發(fā)生改變，將橋頭搭板作為可抬升的都能很好處治橋頭跳車(chē)[15]。為了使搭板下方的填料不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重脫空而導(dǎo)致搭板斷裂。搭板尺寸和搭板尾部枕梁的設(shè)計(jì)方法，橋頭搭板的承載能力必須滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。采用過(guò)渡性路面來(lái)處理路橋過(guò)渡段，過(guò)渡性路面改造的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)、加鋪罩面、病害處治。實(shí)踐證明，經(jīng)過(guò)處理的路面狀況良好，對(duì)“橋頭跳車(chē)”現(xiàn)象的控制都起到了較好的處治效果。

[1]張婷婷,項(xiàng)怡強(qiáng).橋頭跳車(chē)對(duì)行車(chē)安全性影響評(píng)估系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)市政工程.2009.

[2]馮忠居,方貽立.高等級(jí)公路橋頭跳車(chē)的危害及其機(jī)理的分析[J].西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào).1999.

[3]肖念婷,楊有海,師歌.橋頭跳車(chē)及防治措施研宄綜述[J].公路交通技術(shù).2008.

[4]杜志剛,潘曉東.基于人機(jī)工程學(xué)的山區(qū)公路橋頭跳車(chē)分析評(píng)價(jià)[J].中南公路工程.2007.

[5]章小軍.淺談橋頭跳車(chē)現(xiàn)象對(duì)道路交通系統(tǒng)的影響[J].黑龍江交通科技.2013.

[6]張慧明,徐玉勝.深圳軟土變形特性與工后沉降[J].巖土工程學(xué)報(bào),2002.

[7]賈其軍,王曉謀.袋裝砂井處理河灘相軟土固結(jié)沉降研宄[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),2003

[8]李又云.軟土結(jié)構(gòu)性對(duì)滲透及固結(jié)沉降的影響[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2006.

[9]馮志剛,朱俊高.常規(guī)次固結(jié)沉降計(jì)算方法的改進(jìn)研究[J].巖土力學(xué),2010.

[10]陳保國(guó),駱瑞萍.軟土地基上高填方剛性涵洞地基承載力分析[J].巖土力學(xué),2013.

[11]徐宏,鄧學(xué)均.真空預(yù)壓排水固結(jié)軟土強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律性研宄[J].巖土工程學(xué)報(bào),2010.

[12]包旭范,高強(qiáng).強(qiáng)夯加固軟土地基機(jī)理的有限元分析[J].中國(guó)鐵道科學(xué),2005.

[13]孟杰,趙明華.砂樁復(fù)合地基防止橋頭跳車(chē)的研宄[[J].西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào),2001.

[14]周建.高速公路軟土地基低強(qiáng)度應(yīng)用研宄[J].地基處理.2002.

[15]曾開(kāi)華,俞建霖,龔曉南.高速公路通道軟基低強(qiáng)度混凝土樁處理試驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào),2003.

金延?。?986.1-），女，漢，山東省煙臺(tái)市，綿陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，碩士研究生，助教，研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)工程、建筑工程造價(jià)等。

項(xiàng)目名稱(chēng)：四川省教育廳理科一般項(xiàng)目 17ZB0217 軟土路基路橋過(guò)渡段差異沉降規(guī)律及處治技術(shù)研究

G322

B

1007-6344（2017）03-0355-01