路桥过渡段沉降因素分析与结构设计研究

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摘要：随着我国经济建设步伐的加快，我国对于路桥工程建设项目的投入力度越来越大，各个路桥工程不断兴起，其规模也日益扩大，因此路桥设计施工的质量问题就成为了当前备受瞩目的焦点问题之一，而在路桥设计施工中，过渡段的结构设计是至关重要的。路桥过渡段如果不进行科学的设计，那么极有可能引起过渡段的沉降，它对于行车的安全性和舒适度都会产生极大的影响。本文从路桥过渡段沉降因素分析出发，简要阐述了路桥过渡段不均匀沉降的危害，并结合路桥设计原则和笔者多年的实践经验，从路桥过渡段的结构设计方面提出了几点措施，以期能够有效的避免过渡段发生沉降，提高公路的整体质量。

关键词：路桥过渡段；沉降因素；结构设计

中图分类号：U445.7+5

文献标识码：B

文章编号：1008-0422（2013）01-0108-02

1 路桥过渡段沉降的原因

桥台竣工后产生的沉降和路基的沉降是有区别的，桥台过渡段的沉降会在很大程度上影响公路结构稳定性与耐久性，当路桥过渡段同邻接路面的沉降值超过一定的范围就必然会导致桥头跳车现象出现，车辆在行驶过桥头时出现颠簸不稳的情况。

1.1地基沉陷

导致路桥过渡段发生不均匀沉降的一个关键因素就是地基沉陷，它是由地基在路面自身重量与车辆负载力的作用下而产生的。但是由于路基地基分为很多种类型，其地基的土质构成也不尽相同，如果地基承受的荷载力是一致的，也会因为土体结构的不同而导致地基产生不同程度的沉陷，而如果路基地基下的土体质量是相同的，但由于承受的荷载力不一致也会让地基沉陷程度不一致。

1.2路面沉陷

我国高等级公路建设步伐日益加快，很多路面在设计时结构层厚度都会在60cm以上。在进行垫层、基层的施工作业中，常常会因为碾压机械无法接触或超出桥台身而让桥台身之后的部分范围的压实度达不到相关的设计标准。而在工程竣工通车之后，受到行驶车辆长期的荷载力与振动作用的影响，垫层与基层的压实度逐渐上升，路面结构层产生压缩而导致一定的沉陷。这种类型的路面沉陷一般比较微弱，但是会在通车后很快形成，增加了桥头跳车发生的几率。

1.3刚度差异

道路与桥梁不同，道路属于柔性的结构组合，它是柔性路面和柔性路基的组合，桥梁则是刚性结构，正是因为桥梁的刚度大于道路，长期的车辆行驶产生的荷载力作用，而桥跨结构也不会产生很大程度的变形，并且变形的程度也不明显；但是路基土基却会因为自身重力与外力的同时作用产生永久性的变形。

1.4设计原因

路桥过渡段发生沉降的因素还包括对桥台类型、压实方法以及搭板没有进行科学合理的设计。如果在搭板已经压实之后再对桥台进行铺筑，将会严重阻碍路桥过渡段进行压实处理；另外排水系统也非常重要，如果路基填料的含水量过高或者级配不合理，会让土基的承载力下降，在一定程度上引起土基的下沉。

2 路桥过渡段沉降的危害

在实际的设计和施工中我们可以知道，路桥过渡段的沉降会造成公路路面的不平整，而引起路面不平整的原因有亮点，第一是路桥过渡段的沉降使道面形成一个折角，让线路的几何不平顺；第二是由于路桥的刚度差异，其结构的抗变形能力也不一致。

路桥过渡段沉降的危害是非常大的，如果其沉降值超出了一定的范围之外，那么就会造成路面折角过大，让线路不平顺，给行车安全带来相当大的隐患；而路桥过渡段的沉降差值让车辆在行驶通过后对路面产生一种很大的附加应力，而这种力的作用会加速过渡段的沉降，这样恶性循环最终降低路基和路面的使用寿命；此外，过渡段的沉降还会在一定程度上引起路基积水，积水如果不能及时的排除就会渗透到路基中，让路基下的土体强度下降，从而导致沉降度加大，甚至会出现路面塌陷或坑槽的情况。

当车辆行驶至桥台之下，由沉降度形成的最大冲击力始终处于路基一侧，行驶的车辆速度越快，这种冲击力与桥台的距离就越远，而这样的冲击力往往会让路桥过渡段的路基更加下沉；当车辆朝桥台方向行驶时，车辆驶过桥头形成的冲击力会对桥梁或路面产生一种冲击荷载，让桥台、支座、伸缩缝的破坏加剧，与此同时对车辆各种机件、轮轨的磨损程度也随之增加，无形中产生了更多的维护费用。

3 路桥过渡段的结构设计

3.1缓和过渡段与地基、路基的设计

由于桥台的设计为混凝土结构，刚度较大，而路基结构的设计为刚度较小的沥青混凝土结构，两者不同的结构型式让桥台到路基的缓和过渡段需要进行更为合理的设计。所以我们一般可以通过架设强度过渡段的方式来对软土地基进行相应的处理，地面之上的路堤也可以采用同样的方式。通常我们可以在桥台与路堤之间设计一条大约50m左右的强度渐变带，在渐变带中填充不同的级配填料，以便于路堤更好的进行强度过渡。如果实际情况无法设置50m的渐变带，那么也应该确保渐变带的长度在30m以上。

在对桥台引道路堤进行填筑时，如果使用的是土工合成加筋路堤，对于提升地基的承载能力并不明显，也无法很好的防止地基出现沉降。而只有让地基拥有相应的承载能力，过渡段地基在路堤填土与车辆荷载的双重力作用下才不会发生大的沉降，这时候才能够更好的凸显出土工合成材料的优势。所以高级公路路桥过渡段必须要确保路基的沉降差小于5cm，沉降坡差小于0.4%。

3.2路桥过渡段的结构型式设计

第一是在对路桥过渡段的路基进行施工设计时，可以优先考虑使用土工格栅技术（如图1），土工格栅可以在一定程度上将土体自身的抗剪强度更有效的发挥出来，它能够和土体同时承受车辆以及土体自身的荷载力，让土体不会产生很大的侧向变形，对路基填土的侧向位移起到控制作用，从而让路基的稳定性得到提高。另一方面，土工格栅可以和路基的填土产生摩擦作用，大大的减少了桥台台背的一部分垂直应力，让路桥过渡段的路基承载能力相应提升，以起到降低沉降度的作用；而将土工格栅用水平方式进行摊铺，可以让其在车辆荷载力的反复作用下也不会或减少变形。

第二是要对搭板的长度与强度进行合理的设计。搭板长度的设计通常根据三种原则来确定：首先是在路面的使用年限之内，因为道路沉降而导致的路面纵坡，搭板应该在路堤发生沉降现象之后倾角在1/200到1/300之间；其次是要保证搭板的长度可以跨越桥台台背一段范围内难以被碾压的土体，或是能够跨越桥台台背预留的土方缺口；最后是应该结合搭板自身的受力情况，采用弹性地基来计算其长度。例如在路桥过渡段沉降情况发生在台背10m左右范围内，此时应该将其长度设计为10-12m左右较为合适。而搭板强度的确定，可以结合搭板和桥台台背填土可能出现脱空情况来进行处理，同时还应该根据搭板的阶段划分和枕梁位置对搭板强度的影响来设计，如楔形柔性搭板，在路桥过渡段设置楔形加固区，柔性结构层一端固定于桥台，另一端与路基相连，让刚性桥台与柔性路基模量的平稳过渡，消除差异性沉降，达到防治桥台跳车的目的。柔性搭板的设置根据桥台的类型可以分为以下三种形式。

第三是路基与桥头搭板之间可能存在的施工缝，如果遇到阴雨天气容易引起渗水，从而让路基结构层软化产生沉降，导致桥头跳车现象的发生。因此在进行施工设计时要选择合适的台背填料，在桥台5到10m的范围内选择高强度、容易压实、透水性好的填筑材料，或者可以采取桥头打桩或台后搭板的双重加固措施进行解决。另外也可以采取设置柔性桥台的方式来进行处理（如图2）。

4 结语

综上所述，我国公路事业的发展和人们对道路质量要求的提高，公路的安全性和舒适度的重要性日益突出，但是由于在设计或施工中的失误而导致路桥过渡段产生沉降，出现桥头跳车现象，这一问题已经成为一个普遍存在的缺陷，它对于路桥的维护保养和车辆行驶都会产生非常不利的影响，甚至严重时会导致交通事故的发生。因此，我们在对路桥过渡段进行设计时必须运用科学合理的设计方案，最大限度的避免过渡段容易产生的缺陷，以保证路桥过渡段的优化设计和施工质量，促进我国路桥建设的全面发展。