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路桥过渡段差异沉降与动力响应研究

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第6期作者：王大力

[导读] 摘要：我国交通运输业发展迅猛，新建公路不断增加，就高速公路的情况分析，存在路桥过渡段的不均匀沉降的普遍现象，影响路面的平整性，导致桥头跳车现象的发生，影响行车安全性和舒适性，本文主要分析路桥过渡段差异沉降和动力响应的影响因素，并提出了相关的处理技术措施，优化治路桥过渡段不均匀沉降的效果。

        黑龙江邦孚德建设有限公司
        摘要：我国交通运输业发展迅猛，新建公路不断增加，就高速公路的情况分析，存在路桥过渡段的不均匀沉降的普遍现象，影响路面的平整性，导致桥头跳车现象的发生，影响行车安全性和舒适性，本文主要分析路桥过渡段差异沉降和动力响应的影响因素，并提出了相关的处理技术措施，优化治路桥过渡段不均匀沉降的效果。
        关键词：路桥过度段；差异沉降；动力响应
        一、路桥过渡段差异沉降和动力响应影响因素分析
        1、台背填料与桥台的刚度差异
        路基的填料为柔性的土，刚度较小，桥台的建造材料多为钢筋混凝土，且下部地基一般还会用桩基进行加固，两者之间的材料特性相差很大。因此同样的荷载作用在路桥过渡段的这两种不同材料时，路基土体间的空隙会越来越小，土体也会越来越密实，在土体被逐渐压实的时候路基就会产生一定的变形沉降，而桥台的基础下面都会采用桩基础进行加固，桥台结构在车辆和自重的荷载下，沉降变形会非常小，这两种材料的下沉量会相差很大，形成不均匀沉降。
        2、桥头搭板设计欠妥
        车辆的质量决定了车辆所需要承受的惯性大小，一般情况下，刹车性能和台阶高度成反比，因此，车辆在路桥过渡段出现事故的几率较低，但是操作难度会大幅度提升。人员较多的车辆，一旦发生发生事故将会造成巨大的损失，不但会对乘车人员的身体健康和财产安全造成影响，严重的可能会造成死亡。在路桥过渡段不设搭板，车辆行驶时容易产生桥头跳车，前轮和后轮的附加动荷载变化基本一致，后轮荷载大于前轮。增加车速能减少车辆和路面的作用时间，有利于降低车辆行驶过程中产生的振动，可同时也会增加车辆桥头跳车所需的动能。台阶高度过限，将会出现明显的跳车，不仅影响行车舒适度，同时也会降低行车的安全性。路桥过渡段搭设搭板，车辆行驶时产生的振动与未设搭板时没有明显变化，但其它的指标会大幅度降低。车辆前和后轮的受力情况没有明显变化，车速的增加在很大程度上缩短了与路面的作用时间，并使车辆震动大幅度降低，在设计时加入阻力，能有效地缓冲释放车辆跳车时产生的能量，提高了行车安全性。通过搭设搭板改变路桥过渡段坡度变化率，并结合路段选择适合的搭板长度，能有效地解决路桥过渡段车辆跳车问题。
        3、桥头路堤边坡防护措施不妥
        桥头路堤边坡防护措施的不完善也是导致桥头跳车现象的主要原因之一。在桥头路堤的施工过程中，对台背路堤的填充常用的材料为砂类、渗水性土等，具有一定的透水性，在防水和排水措施不到位的情况下，桥台处很容易被积水浸泡。通常情况下，采用浆砌片石对桥台处进行护坡，台背处用防格网草或草皮进行护坡。然而，在实际的调查过程中发现，由于锥坡和护坡的冲水，常常导致桥头路堤产生严重的沉降。这是因为设置的防护设施并没有起到真正的保护作用，在雨水和地下水的侵蚀下，容易出现腐蚀，台背填土大量流失，路基强度和硬度大大降低，在车辆的长期行驶过程中，过渡段填土发生塑性变形，致使桥头路堤出现不均匀沉降，最终造成桥头跳车现象。
        4、桥头地基处治不力
        在桥头跳车多发区域中，软土地基路段尤为突出。勘察设计阶段没有引起足够重视，地勘工作没有落到实处甚至缺失，设计仅凭经验制定方案，方法不当。加上多数存在施工过程中以包代管现象，技术人员没有进行技术交底和现场指导，相关参建单位监督不力，导致施工质量不过关。

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        二、路桥过渡段差异沉降与动力响应的解决方法
        1、合理选择台背填土材料
        桥台台背的填料对过渡段沉降的大小起着很大的作用，材料不好，弯沉值和压实度就不容易达到相关要求。对于台背回填的基础部分来说，应该全部采用砂砾进行回填；对处于地下水影响范围地段的台背路堤，应该使用砂砾填筑高出地下水位30cm的方法进行处理，对于基础以上的台背回填材料部分要求使用的材料透水性比较好（比如：砂砾、矿渣、碎石等），并且填料的CBR（最小承载比）值必须大于8，如果直接采用粉性土、粘性土进行台背路堤填筑，那么会造成桥台台背填料强度很低、变形大、水稳定性差、不易压实、二次固结变形大的现象，使台背回填料很难能够满足变形与刚度的相关要求，因此这类土不能直接作为桥台台背填料进行回填。若在粘性土中掺入8%~12%的石灰进行改良，使其形成半刚性的材料，这样就能达到很好的效果，满足台背回填材料的要求。
        2、采取合理的地基处理方法
        在软土地基上进行路桥的施工时，由于软土密实性过低，过渡段部分很容易发生沉降现象，在施工的过程中，造成路面的起伏与凹凸，影响施工质量，在通车时容易发生交通事故，带来很大的负面作用。所以，在施工的时候，对于沉降路段的地基，需要格外注意和仔细处理。经过长时间的实践和摸索，总结出了粉喷桩的方法对软土沉降地基进行有效处理。具体来说，就是利用水泥搅拌桩，将土加工为合成材料和砂垫层，在长短桩的过渡作用下，使桩体达到较好的硬体支撑效果。完成上述步骤之后，在排水固结法的辅助作用下，借助专业的仪器设备，对过渡区的土体进行强夯，增强软土的密实度，实现桥台到路基的良好过渡，使整个路基显得更加平整和坚实。在填料的过程中，容易发生因物料堵塞而导致施工中断的现象，影响路基的正常排水，所以，应提前制作土工隔栅或土工格室，保证施工过程中排水设施的畅通。此外，应该选用大通道塑料排水板，设置竖向排水通道，与其他排水设施相互组合，增强整体的排水效果。
        3、冲击荷载的对比分析
        研究路桥静载模型，根据路桥的使用寿命对其进一步的分析，得出路桥过渡段路面结构的应变、应力、变形等相关数据，然后根据这些测量数据进行路桥过渡段的路面设计。这种设计方式所设计的路桥能满足车流量较小、车辆载重较轻、车速相对较慢的行驶要求。随着高速公路网建设的不断完善，交通车辆的行驶需求逐渐提升，发展趋势总体倾向重载、高速，车辆载重和车速得到大幅度提升，使车辆在行驶过程当中受到的冲击荷载和惯性得到显著提升。传统的静载设计已经无法满足路桥的行驶需求，因此，要完成路桥设计，需构建动载模型来分析路桥过渡段的受力情况。在路桥过渡段台阶高度完全相同的情况之下，车速较低时路桥过渡段受到的压力和拉力远远大于车速较高时的受力，车辆行驶过程中产生的动荷载通常是通过应力波在路桥路面进行传播的，因此车辆轮胎与路面接触时间的长短，决定了应力波能够传递的深度。同时，在设计沥青路面时，也要考虑到车辆行驶动荷载对路面造成的影响和破坏。
        三、结束语
        现代路桥工程建设面临复杂施工环境的干扰，尤其是过渡段，存在差异沉降和动力响应问题，可能影响行驶安全，降低路桥使用价值。研究路桥过渡段差异沉降和动力响应是掌握路面结构行为的必要条件，它可使我国路桥交通实现既降低运输成本，又提高道路使用寿命，对提升我国道路结构动态分析水平，推动我国路面设计方法革新具有重要的意义。
        参考文献
        [1]李振奎.路桥过渡段的施工技术分析[J]．中国新技术新产品，2013（4）：67.
        [2]范黎明.高速公路拓宽软土路基差异沉降分析理论与工程实践现状[J].城市道桥与防洪，2015（5）：47-49.
        [3]陈功.路桥过渡段差异沉降处治技术研究[J].工程技术研究,2017(4): 61-62.