路桥过渡段路基病害特征与处治技术

路桥过渡段路基病害特征与处治技术—楔型柔性搭板技术的应用实践讲授大纲★背景材料★病害特征★处治技术★相关研究★工程应用改革开放以来，我国的公路建设飞速发展，全国高速公路可达3万余公里，二级以上公路30万公里。但从已交付的高等级公路特别是高速公路来看，存在着一定问题。其中较为普遍的是，在桥台构筑物与台后填土衔接处存在差异沉降，使得路面形成台阶或显著的纵坡变化，高速行驶的车辆通过时产生颠簸跳跃，从而导致桥头跳车现象的产生，这种现象几乎在每条高速公路上都有，只是数量多少和程度轻重的差别。

背景材料亟待解决的难题

“桥头跳车”是公路中的常见病害,也是多年来困扰公路行业的一大难题。桥头跳车轻则使车辆通过时产生跳动,对桥梁和路面造成附加冲击,使司乘人员感到不适。严重的桥头跳车,尤其在高速公路上,不仅使行车的不适感大大增加,车速大幅降低,甚至导致车辆失控而发生交通事故。同时，对路桥过渡段路面的大量维修养护不仅花费大量人力、物力和财力,而且也产生了不良的社会影响。背景材料沪嘉高速公路在建成一年后即开始进行桥头引道沉降处理，六年共五次对大多数桥头进行处理，工程总费用982.6万元。杭甬高速通车以来，花费在桥头路面治理的费用也十分惊人。在美国，大约25%的路桥过渡段受到“桥头跳车”的影响，每年为此花费的维修费用预计在1亿美元以上。因此，桥头跳车病害已成为高速公路建设质量改善和提高的“拦路虎”，也是摆在各国工程技术人员面前的一大难题。背景材料

背景材料桥头跳车的表现形式有两种，一是桥头不设搭板时桥台与路堤衔接处的错台现象；二是桥头设置搭板时由于搭板路基端沉降引起的路桥过渡段纵坡变化。第一种形式，车速在60～140km/h时，台阶高度在1.5cm以上车辆行驶速度将受到影响，同时产生颠簸而形成跳车。第二种形式判定其严重与否的决定因素是搭板沉降前后的纵坡变化率。国内外多数根据现场行车调查确定搭板容许坡差，瑞典的标准是4‰，法国规定为3.8～6‰。一些行车调查表明，对90～100km/h的车速，搭板纵坡变化值在4～6‰以下时，不会影响行车舒适性。京石公路使用状况调查显示，60km/h的车速，桥头纵坡变化率在5‰以下时没有跳车感觉。

背景材料

就目前我国的公路建设水平，要想彻底解决桥头跳车现象是很困难的。但若采取一些行之有效的措施，使这一现象得以较大程度的缓解则是可以实现的。我们曾针对西南、西北地区（主要是云南、四川、陕西、甘肃等）具有代表性的高速公路进行了比较细致的调查研究工作，调研的主要线路：①四川省以达州为基点对重庆、成都方向的高速公路及210国道的路桥过渡段进行调研；②陕西省以西安市为基点对西宝、西铜、西临高速进行调研；③甘肃省以天巉、巉柳、柳忠、尹中、古永、白兰高速沿线路桥过渡段为重点；④云南省对昆玉、昆石、玉元、元磨及大保线进行了调研。

背景材料调研的主要内容：（1）线路名称、桥的里程。（2）桥台类型：重力式、轻型（桩柱式、肋板式）及其它类型。（3）填土类型及填筑方式：地基处理程度、压实度、工期及填土高度。（4）病害类型及破坏程度：整体侧向滑移、路堤与桥台间形成错台、地面凹陷、搭板断裂、搭板与路堤形成纵向坡度差等。（5）所采取的防治措施及相应的处治方法。

背景材料调研结果（1）：四川地处我国西南地区，高速公路多位于山岭重丘区，区内地质和地形条件复杂，地下、地表水丰富，沟谷切割剧烈。据钻孔调查发现已建成的桥台台背在处治前填土普遍存在以下问题：路段内台背填土的主要材料为块状泥岩夹土混合填料，碎石夹素填土，块状泥岩强度较高，但不易于压实，且未经很好处理的块状片石和土混合填料具有大空隙和局部架空结构。一旦浸水或在车辆振动荷载的长期作用下可能失稳，造成填方土体的不均匀沉降。该区桥台分重力式U型台和轻型台两种，其中重式U型台多为料石浆砌而成，基础多为弱风化基岩。台背填料为就近的碎石、块石和粘土混合料。轻型桥台为桩柱式桥台，地基一般为黄褐色粉质粘土，钻孔资料表明在注浆前桥头回填料的压实效果不是很好，回填段在处置前孔隙较多。

背景材料搭板未端形成错台。该桥路堤填土为碎石土，填高13m，重力式U型台，搭板长5m，基础为弱风化基岩，沥青混凝土路面，搭板末端出现3.5cm垂直错台。台背路面局部沉降较大。该桥为轻型台，地基为冲填土，台背换碎石、块石混合土，未设搭板，桥头有3cm不均匀沉降，最大沉降距桥台4m处。

背景材料调研结果（2）：陕西地处黄土高原腹地，西宝、西潼、西黄高速公路大多数路段处在渭河左岸一级阶地上，其上堆积着第四纪新黄土，路基也多以这类黄土填筑而成，由于黄土地基的湿陷性沉陷、地下水较丰富，软基较多，且部分路段路基施工质量较差，虽然采取了许多措施，如注浆、混凝土桩置换、路面重铺等措施但跳车现象依然严重，至2005年3月许多路段相继出现路基沉陷、路面变形开裂、边坡坍塌、桥台背沉陷等病害，严重地影响车辆的正常行驶。前辙可鉴，后车之师，对在建或拟建的高等级公路来讲，十分需要总结经验教训，提高设计、施工技术水平和工程管理水平，以便减少或减轻桥台背路基沉陷病害。

背景材料1.路基沉降及路面下陷。西宝高速沣河大桥为轻型台，台背为黄土，填高5m，距桥头5m处沉降达30cm。2.路基下沉搭板脱空。渭南大桥为轻型台，搭板长6m，台背为黄土，填高2m，搭板未端横向裂缝2cm，搭腔板底部脱空。3.路基沉降搭板断裂。西宝高速一小桥为U型台，搭板长5m，填土高5.5m，路基下沉较大引起搭板断裂。

（1）（2）（3）

背景材料调研结果（3）：甘肃多位于陇西黄土高原，该处以黄土梁峁地形为主，多为新黄土，浅黄色，粉粒含量较高，结构疏松，土质均一，不显层理，垂直节理与大孔隙十分发育，具强烈湿陷性。侵蚀切割严重，梁峁之间冲沟较发育，多呈V形沟，多呈树枝状，在黄土丘陵前缘斜坡地带黄土陷穴发育，主要不良地质现象有湿陷性黄土、黄土陷穴、软土、滑坡和岩堆。由于该区段的地下水水位较低，软基对路基的影响不是主要的因素，但由于该路段的黄土粉粒含量较高，结构疏松，强度较低，整体性差，而且具有强烈湿陷性，因此，该区除搭板末端有通常易产生的病害外，病害主要表现为路基的整体破坏和路基浸水后局部过量沉降。

背景材料1.整体侧向剪切破坏。天巉二专牛谷河桥为轻型台，地基为黄土，台背回填砂粒及黄土，填高11m。出现长15m宽1.5cm的圆弧裂缝，并有3cm下沉,路基整体有侧向滑移趋势。2.整体横向剪切破坏。巉柳高速太平沟桥为轻型台，填高4m，台背有20cm下沉，护坡多处开裂，填土整体向桥台滑移并有横向剪切破坏。3.路基局部过量沉降。尹忠高速立交桥为块砌U型台，填高8m，板端有15cm不均匀沉降,并在20m范围形成纵向返坡。（3）（1）（2）

背景材料调研结果（4）：云南高速公路同样多位于山岭重丘区，沟谷切割强烈，地表红粘土层较薄，基岩多为石灰岩或泥岩，地下水较丰富，地质地形条件复杂。调研的主要线路有昆玉、昆石、玉元、元磨及大保高速公路。该地区在路面进行重铺后桥头跳车现象并不十分明显，但从现场的调查看桥头跳车现象在路面重铺前同样比较普遍，而且路面重铺后病害的隐患仍然存在。

背景材料1.台背过量沉降引起桥头跳车。昆石高速k34+490桥，轻型台，强风化碎石夹土回填，填高6m，软基路段，虽路面重铺，但可看出台背路面下沉约10cm。2.路基局部不均匀凹陷引起跳车。玉元高速杨武桥，重力式U型台，路堤为强风化碎石夹土回填，填高3m，从开挖处看重铺前有8cm差异沉降，侧墙开裂0.5cm。3.台背差异沉降形成错台引起跳车，大保高速k3+300桥，石砌重力式U型台，粗粒土回填，填高8m，地基为基岩，台背有2cm差异沉降。（3）（1）（2）

病害特征1．路堤整体滑移路堤的整体侧向滑移是指路堤边坡过陡或是受到破坏后,在上部重复荷载作用下形成纵向裂缝或沿破裂面整体下滑。对于桩柱式埋置式桥台，台前的土体基本处于无侧限受压状态。当锥坡受到破坏，且在自重和车辆的冲击荷载作用下，土体有向桥内移动的趋势，形成横向裂缝或整体下滑，使得桥头部位的路基、路面产生较大的竖向位移，从而引起桥头跳车。

2．路基与桥台间形成台阶主要表现：①局部沉降发生在台背与过渡段结合处，即最大沉降深度D距离桥台背很近，形成错台；②路基整体下沉，差异沉降D达到一定值时，引起桥头跳车现象。

病害特征

病害特征3．路面凹陷路面凹陷也是一种常见病害，主要是由于路堤或地基的不均匀沉降引起，外部表现特征是路基沉降不均匀，路面破坏严重、凹凸不平。此模式的主要特征是：（1）过渡段内的路基沉降不均，路面出现凹陷；（2）沉降的最大值距桥台有一定的距离。病害丸特征4．扔搭板月断裂搭板足断裂樱是用夸搭板裤法处浸理中子产生阔的一所种新他病害延。破胀坏特搏征主谦要表险现为略：（纷1）除路基恩发生束不均哪沉降鸣，搭粪板底益部脱芳空，恋沿脱盯空区占受力斜较大暂的方位向发窄生断递裂；贯（2兼）枕歉梁部叹分及音其以绳外的辞路基派沉降找较小该；（赠3）傻搭板垂较薄默，不屑足以落单独生承受乱上部遮荷载畜。病害句特征5．再搭板名与路右堤形米成纵他向坡外度差搭板龙在防臭止桥快头跳嫁车方能面成拖功的弱实例融很多絮，但决也有筒不足荐之处谋，当弯路堤评沉降辨较大拔或搭股板长圣度不铅够，比纵向权坡差钳超过钱一定两范围脂时，休就会迷在搭苗板与打路堤故衔接程处产部生转论角，心形成“二次绵跳车”。主恩要特秆征：秘（1）哨路基哨整体泛沉降姨过大熟；（户2）注搭板裹较短厘不足童使桥赢台与判路基赴的差膝异沉民降平月稳过跌渡；段（3之）搭里板间转一端弄简支犯于桥项台。病害凤特征6．厌搭板猴末端脾产生迹差异退沉降因我气国桥管头跳滋车问祖题比绞较突身出,蚂故在规设计衰与施教工中汁都采张取一南定措脸施，研如在役设置验桥头云搭板驼的同梦时对泉搭板乔区段摸路基宣进行暗注浆谣处理详，这耻样过买渡段逮的下嚷沉固寸然减浮小了览，但证往往坚忽略评了对弃搭板位以外乱路基术的处出理与只压实铜，经殊过一垦段时惨间的陪运营流后在榨这一渔部位壶产生糟差异唤沉降纯，形锦成新东的跳诊车现谅象。发达碎国家圣由于故高速降公路招起步逃早，缸现有杰的方宾法主啊要是观补救龙维修呆。同党时，杠由于烤其高岔速公酿路的环路堤许填土爷高度析较低随，通泊道数劲量较嫩少，坝且施质工周餐期较骆长，眠所产介生的施工后类沉降翠较小傍，相意应产模生的层危害原就小看，处选治的形思路案与处矮治费闻用就获会大妹不一猴样。幸国内迹也开词展了南很多返这方扭面的洞研究易工作今，提扛出了采一些牢处治奶方法败，并饥在工丈程中伏积极眉推广第应用浴。但波有些惊方法虏处治俯机理售不清雪，治绣标不权治本甩，故阁有成棵功的帜案例厨，也费不乏烘失效介的报际道。唇究其每原因阿，主泽要是厚没有编进行喊系统蔑的研局究，征对处朴治方礼法的悔作用领机理薯和适楚应性搜没有定搞清损楚，舟即使能立题毫研究泰，也语往往炉投入位较少阀，只杯有宏乡丰观调待查资给料，移而缺户少试虚验分匪析结补果，怪现场里测试撞分析滥较少姥。因晨此，建方法势的推陡广应天用就珍必然喷受到筐限制俘。处治毯技术路桥闻过渡才段桥咳台与渴路堤百两种邪材料群刚度尘的较具大差胜异是哨产生多桥头刮跳车窑的客胃观因句素，弦同时煌设计系和施秩工中歼的一梅些不侵合理循因素柴也加晶剧了迷桥头慰跳车贱病害蜻的发完生。嚼桥台恳大多逼为混扯凝土佩结构成或圬涝工砌羊体，租自身警变形衣量可蒜忽略迟不计违，桥续台的喊沉降次主要湾体现枣在基盈础的便沉降龙，而裤高等叔级公猴路的泉桥梁宴主要连以钻析孔桩秤为主端，即浪使扩组大基孝础，罢也建盾在很晋好的室地基闪上，嘱故桥揪台沉笛降往容往很候小。队而路滋堤沉观降则秧由地湿基沉蠢降和斩路基匠压缩吓沉降牧两部掌分组蝇成。装“桥持头跳朋车”愚主要畏是由性路堤粥沉降干造成丑的。处治昏技术路桥孩过渡艇段路味基沉杠降包染括路偶基填橡土沉游降和属路基苦下地狮基沉愁降两拦部分阿。这郑时，过路基唤填土熔即是估荷载袍体又杂是构单造体渠，桥荣头段伴经处份治后扶之路取基填品土不胸仅要侮减小手路基夫自身电的变姥形，嫩更重速要的仰是该判填土娘体还型要适码应路民基下魂地基奇产生迫的容绑许沉播降变易形。贪路基昨填土硬体消监化自冲身的慎变形回比较帅容易溪，而毅要消侧化地狡基的息变形昂则比折较困普难。因此没，一幻玉种处右治方钉法的托适应换性评孟价实源际上立就是祖研究域其消触化路皮基下轨地基聚沉降华变形盒的能焰力。处治黎技术桥头跳车处治方法处治思路处治方法减小路基压缩变形①提高路基填土的压实度②换填材料（砂砾石，碎石等）③挤密桩④加筋（土工网等）沉降过渡方法①桥头搭板②渐变桩③柔性桥台减少地基沉降①地基处理（粉喷桩，钢渣桩，超载预压，等等）②采用轻质材料填筑路基（粉煤灰,聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）和发泡珍珠岩等）路面处理①预设反向坡度②设置过渡段路面常用兴桥头猴跳车使处治碗方法叼一览处治卵技术从协调笋和控企制桥侵台与弹路堤乔间差败异变辰形的描目的泪出发猫，应用枕新型鹊土工法合成锹材料然－土拍工格鸭室，铜自主劫研发悉了楔辫型柔披性搭接板处禽治技荡术。盆现场锹试验蔬和沉勾降观兼测结奋果表炼明，蚀楔型挡柔性刚搭板渐技术犬协调障桥头始差异胀沉降倒作用偶明显雾，是损一种筝成功须的处尊治桥谎头跳荷车病沸害的促方法化。自主侮研发丝式了新铸的桥谜头跳扫车处尽治技蜡术--楔型起柔性彼搭板处治穴技术楔型太柔性伟搭板宁：利用巨土工蔑格室挨与填霜料构于成的赔具有杏强大牲侧向糟限制蜓和大对刚度肥的柔插性结今构层与，结雾合台乔背联邀结技唐术，欣形成疯台后楔型加固习体，晌即能眼有效隙地消验除地筝基沉柜降的摔影响埋，又准能起搏到约盟束路调堤的屠侧向片位移遥和扩位散荷庸载、坟减小薪路堤尖竖向费位移币的作蝴用，嘴从而亩达到登消除键桥头寇跳车疼的目弱的。处治拨技术重力乒式肋板格式桩柱竿式楔型影柔性疮搭板桥台奏与路劈燕堤刚豪度相装差悬揪殊，毙两种兰材料叠在各墨种内体部及葡外部厨因素仰影响安下的择变形持差异商不可叨避免银。因此到，要惩达到绑消除育桥头堤跳车夜的目吊的，珠研究忠桥台医与路遥堤之臣间变挣形的岸协调长和控漏制是慕研究判处治炸技术剖的核席心。相关疲研究相关希研究到底杂这些呢方法凶的适泥应性衫如何塔，如跑何评胶价一肉些方族法的分优劣涛，针达对这永些问刻题开柴展深缎入系赠统的尺研究适，对孝于保盯证高技速公顶路车斜辆的陪交通肯安全签和舒毯适行煤驶，淹提高胁高速融公路恐的社悲会效捕益、筑降低闲已建棍高速诉公路轻的养馋护维评修费拖用、亚改善灾待建僻高速搞公路址的质禁量都遥具有货十分耍重要朋的意苹义。项目舰共分8个薯研究吗专题锡：1．抗路桥却过渡忍段路跳基下伐地基绑沉降码与沉勺降模题拟试纽奉验系页统研最制2．政车辆弯振动碑与冲口击荷耻载作针用性夸状与脆动载划模拟舞系统任研制3．罗路桥权过渡豆段路佣基处抛治技浪术的叹适应胜性与悠作用财机理盘研究4．得路桥搬过渡蜜段路喇基填巩土动盟力特哭性与搅相关疾参数芝研究5．扬路桥羡过渡脚段路膜基处睡治技干术的仍仿真醋与优裹化6．代路桥示过渡甘段路庭基设碌计与高计算陶方法饼研究7．朋路桥弊过渡骨段路阴基施王工工搅艺与援质量封控制币体系醋研究8．戚路桥患过渡管段路使基病坛害治响理的银适应兴性研拔究相关只研究研究南技术淹路线数值仿真与优化调研与资料收集动荷作用频度与作用强度地基沉降特征分析车辆动载模拟系统地基沉降模拟试验系统制定大比尺模型试验方案专家审议模型试验研究填土动力特性与相关参数研究设计与计算方法，施工工艺和质量控制体系实体工程病害治理适应性研究研究撞手段☆数值巾仿真把软件凡平台检（MA轰RC鲜)☆GD门S动蔬三轴唇试验己系统☆车辆研动载链模拟东加载驳系统☆小比订例沉垃降模央型试赖验箱☆大比竞例沉洗降模俩拟试拣验台☆现场雹试验偏测试取设备楔型峰加固和体的飘拓扑嚼优化福验证在加搁固体读布置屑时，苏根据府工程讯实践勉经验内结合本感性娘认识影，采出用了坑倒梯砖形的朗楔型浪加固扩方式骡，但客缺乏波相应柄的理戏论支圣撑。哗如何雾将这驶种设础计由“感性”变为“理性”，基院于连量续体溜的结法构优壳化原着理，惊应用汤拓扑召优化创理论副，认反为最忌合理屠的加换固方俊式应秒是在挣一定程加固康面积螺约束顶条件孝下实言现抵耕抗荷倚载和嚼变形枯能力状最强能，以昼此对所路桥贺过渡缓段路愿基加弄固体贺进行通结构键布局效优化睡。拓扑貌优化渣考虑这体积数约束热和结蜂构平粉衡方圆程，喉以结倡构的房诚柔顺揭度最令小，穿即刚即度最握大为巴目标口，其舍得到警的最样优拓眨扑抵肿抗变搏形的贤能力附最强扩。即歇定义沾结构爷柔顺蛙度为次拓扑因优化兽函数卫，将激其指忘定为系目标汽函数坦，指破定结股构的虏名义湾总体林积为倡约束慈函数围。不同纯荷载黎作用普下的证最优窜拓扑构图50方%（b）优55墓%6m纱-1秃0m乱-8苗m最崭优拓普扑图6m酷-1为0m时-1攻0m这最优截拓扑稿图面力依荷载体力辈荷载面力座体力使荷载55垮%60岗%65况%60馋%70境%数值尾仿真具软件蓄平台盆（MA油RC戚)MA盼RC尝是国弦际上扒通用泽的最抓先进奸的非授线性巴有限会元分袋析软青件，鬼拥有牌丰富忌的单猎元库他、材虎料模男型库辫与求宜解器挖，能滥高效阳地求活解各唇类结愤构的测静动调力线伤性与蝴高度志非线厕性、潮稳态显与瞬师态热国分析雀及热瓣－结咬构耦刷合问抗题、基电磁待场问匠题、誓流体远力学桶问题不等。必自上党世纪互九十坝年代材进入穿我国支以来赶，在苍许多洞领域御得到往广泛扇应用子。MA啦RC硬程序凉拥有痛许多贤对用别户开怠放的挖子程甲序，次研究放中已僵