摘要：路桥过渡段桥台和引道路堤之间经常会产生差异沉降，较小的差异沉降就会导致桥头跳车，使得行车不舒适，甚至影响行车安全。论文针对路桥过渡段引道路基的沉降问题，通过理论计算和试验分析，结合现场调查，对路基沉降的规律和路基沉降的治理措施进行了研究。运用割线模量法计算了土体的压缩变形，通过压缩试验获得了不同压实度、石灰掺量和龄期石灰土的压缩曲线，并得到压实度、石灰掺量和龄期对石灰土侧限割线模量的影响规律。归纳分析了路桥过渡段路基路面结构设计和施工技术，以及轻型填料换填、力学加固路堤、石灰土换填和设置过渡段路面等减轻桥头跳车的措施。
关键词：桥头跳车；引道；工后沉降；治理措施
Abstract: the transition section of bridge abutment and lead road embankment which always between different subsidence, the smaller of differential settlement will lead to the bridge jumped, make driving uncomfortable, even influence driving safety. Paper transition section of road and bridge led the settlement of the theoretical calculation and test analysis and based on the investigation on the embankment settlement rules and roadbed settlement control measures. Use cuts modulus method calculated the soil of compression, through the compression test won the different degree of compaction, lime dosage and lime soil cement the compression curves, and get the degree of compaction, lime dosage and cement soil lateral restraint of lime disusses the influence law of the modulus. The paper analyses the transition section of subgrade pavement bridge structure design and construction technology, and light packing in mechanical reinforcement embankment fill, and lime soil in transition section fill and setting up the road and reduce the bridge jumped measures.
Key words: the bridge jumped; Channels; Post-construction settlement; Management measures
中图分类号：U213.1 文献标识码：A文章编号：
1. 引言
改革开放以来，随着国民经济的快速发展，我国公路里程不断增加，道路等级也不断提高。特别是近二十年来，国家在公路建设上投入了大量资金，高等级公路发展迅速，作为交通基础设施之一的公路交通，为经济发展、人民群众生活水平提高和和谐社会的构建，发挥了愈来愈重要的作用。但是，从高等级公路，特别是高速公路的运营状况来看，还存在着一些亟待解决的问题，桥头跳车就是其中之一，主要表现为：差异沉降导致引道路面在台背回填处沉陷或断裂，引道路面与桥面之间出现台阶或纵坡变化，车辆通过桥头处出现跳车现象。桥头跳车不仅会降低行车舒适性，迫使车辆减速，还会对桥梁和道路造成附加的冲击荷载，从而加速了桥台、桥头搭板、支座及伸缩缝的损坏。桥面与引道路面之间过大的不均匀沉降或桥面结冰还会造成行车失控，引发交通事故。
随着公路等级的提高，涵洞、通道、桥梁等构造物在公路里程中所占比例越来越大，平均每公里有3座之多，个别线路甚至达4~5座／公里。因此，桥头跳车已经成为影响高等级公路建设与运营的严重问题。对于通道，桥头错台的范围一般在台后5m左右；而对于大中桥，一旦出现桥头错台，则影响范围往往在10m左右或更长，有的甚至达到20m。通过对错台区的观察发现，病害范围愈大，则路面沉陷及开裂的速度就愈快，反之则较小。为了防止桥头跳车，必须不断地对桥梁两端出现的沉陷、断裂等进行及时的维修处理。修补养护难度大，需要花费大量的人力、物力和财力，给管理部门带来沉重的经济负担和巨大的社会压力，并影响高等级公路的经济效益和社会效益的充分发挥。更为重要的是，采用常规方法维修后不久，差异沉降可能又会继续出现，需要再进行维修；长期的修补又可能无法根本解决问题，还有可能导致更为其它问题的出现，最后只能采取结构性修筑来解决。因此，桥头跳车问题已经严重影响了高等级公路的行车舒适性和安全，成为高等级公路运营中亟待解决的问题，结合工程实际对此进行研究，具有重要的工程意义。
2. 桥头跳车产生的原因
桥头跳车主要是由桥台和引道路堤之间的差异沉降引起的。一般情况下，桥台的沉降很小，而引道路堤沉降较大，从而在两者之间造成差异沉降。造成引道路堤沉降的原因主要有：
（1）路基本身的沉降变形
桥涵两端的路基填方通常较高，且桥头路基的施工一般是在桥台工程完成和一般路段的大部分路基成型以后才进行，因此在桥涵两端的作业往往工期紧迫、土方量集中而施工面有相对狭窄，给施工带来许多困难。
由于作业面狭窄和靠近桥台端墙的这部分填土平面形状不规则，大型压实机械很难作业。当缺乏适宜的大型压实机具时，常常采用小型机具压实或人工夯实的方式，密实度往往难以达不到要求。同时，由于过水或跨线的要求，桥头路基一般较高，路堤除承受行车荷载外，还承受较大的自重应力（特别是路基下部土体），当路基的压实度不足时，路基就会发生较大的固结变形。此外，在桥台与引道之间发生差异沉降以后，路堤顶部还受到车辆的冲击荷载作用，导致路基发生动力固结。
（2）地基的沉降
桥涵通常位于沟壑地段，地形起伏较大，地下水位一般较高。同时，桥头路基填筑高度一般较大，产生的基底应力相对较大。因此，台后的地基沉降比一般路段要大。
（3）支座和防护工程的移动
在台后土压力的作用下，支座和台前防护工程将或多或少地发生水平位移，从而造成土体发生侧向变形。
（4）局部沉陷
路堤与桥涵构造物的连接部位有的设计了接缝，但经长时间使用后由于行车荷载和自然因素的影响极易发生损坏；有的是连续铺装，但在使用中经常产生裂缝。接缝和裂缝在竖向往往很深，容易造成雨水和融雪水沿裂缝渗入，对路面结构层和土基产生浸润、浸蚀和冲刷等作用，可能导致各种细料的流失以及结构层与土基含水量的增加，从而造成路基强度下降和局部沉陷。
除了桥头处的差异沉降外，桥台与引道之间的构造差异也会造成桥头跳车。桥与路的分界处前后，一是刚性体，一是柔性体，在结构刚度上差异很大。柔性材料对能量的吸收要比刚性材料大，故在刚柔突变处必然引起振动的突变，即引起跳车。
3. 建筑工程质量管理中的问题路桥过渡段路基沉降分析
为了分析研究桥台台背后不同填料对路基沉降量的影响，论文结合实体工程，采用固结试验对素土和石灰土的压缩性进行了分析和对比。针对素土和石灰土的压缩曲线均符合双曲线的情况，提出计算土体压缩量的新方法。
3.1用侧限割线模量法计算土体压缩变形
许多行业设计规范和教材中对于土体变形的计算，仍按照基于常规压缩试验的传统方法进行，但传统方法的计算模型是以e~P或e~lgP曲线形式表示的，限制了其在计算机上的应用。根据土力学原理，在一般工作荷载作用下，土的变形主要是土孔隙体积的减小。传统土力学用孔隙比e和垂直荷重P的关系表示土的侧限压缩特性，物理概念十分明确，在科研分析和一些工程计算中也十分方便，例如采用孔隙比表示土体的密实程度和渗透特性等，具有独特的优越性。但是在土体变形计算中却显得不十分方便，主要是因为侧限压缩时量测的是土的垂直变形和垂直压应力，但资料整理时却换算成土的孔隙比和垂直压应力的关系。换算环节中需用到土的天然密度γ，天然含水量ω和起始孔隙比eo等物性参数。影响常规变形计算的原因还在于e~P曲线无确定的数学模式表达，仅以图表形式提供的资料，限制了其在计算机上的应用。另外，e ~lgP曲线虽可用数学模式表达，但一般工程的荷载又难以全部在其应用范围内，从而也限制了它在计算机上的应用。因此，解决常规变形计算问题，应首先从实验数据分析方法考虑。
3.2石灰土和素土压缩试验研究
压实石灰土不仅广泛应用于路基处理，还常用作公路的基层和垫层。另外，用压实石灰土来换填路桥过渡段的路堤，以减少桥头的差异沉降已成为预防和减轻桥头跳车的一项有效措施。计算路堤的压缩，必须用到压实石灰土的压缩曲线；但是目前对压实石灰土的研究仅局限于加固机理方面，尚未见压缩试验方面的报导，更不要说压实度、石灰掺量和龄期等对压缩变形的影响了。
本文通过击实试验求得各种石灰掺量石灰土的最大干密度和最佳含水量，并对不同压实度、石灰掺量和龄期的压实石灰土进行压缩试验，为压实石灰土路基的设计和沉降计算提供了理论依据。
压实石灰土压缩试验结果及影响因素分析如下：（1）用侧限割线模量法计算了土体的压缩变形，该法计算简单，速度较快，尤其适于电算。（2）通过击实试验得到了不同石灰掺量石灰土的最大干密度和最佳含水量。（3）通过压缩试验获得了不同压实度、石灰掺量和龄期石灰土的压缩曲线，从中发现压实石灰土可比素土显著减小路基沉降，并得到压实度、石灰掺量和龄期对石灰土侧限割线模量的影响规律。（4）不同压实度石灰土的e～P曲线基本平行，且间距与压实度差成正比，因此可得出这簇曲线的归一化曲线。利用该曲线及公式（2.4）可以方便地算得不同压实度石灰土在各压力下的孔隙比。（5）不同压实度、石灰掺量和龄期的压实石灰土的侧限割线模量均与压力成正比，因此可用推导出的公式方便地计算路基沉降。（6）在常用的95%压实度的基础上继续增加压实度仍可以显著减少路基沉降，石灰掺量6%～10%较合适。
4. 解决建筑工程质量管理中问题的对策路桥过渡段路基路面结构设计
4.1路桥过渡段路基路面结构设计
桥头路基路面容许工后沉降值：理论上可以先根据公路等级及人的加速度最大瞬态振动值，确定路桥过渡段容许差异沉降，再根据桥台沉降等确定引道路堤的工后容许差异沉降。当然，由于理论计算还存在许多不确定因素，暂时可以根据本文依托课题的调查结果，建议当引道沉降基准期控制为三年时，桥堤衔接部位台阶控制在2cm以内，对桥头路基容许工后沉降采用桥台沉降值+2cm，即2.0L +2cm。其中L为墩台间最小跨径长度(单位为m)。搭板容许纵坡变化值取0.4%。
4.2结构组合设计原则
桥头路基路面一般由地基、土基、垫层、底基层、基层、搭板、面层等部分组成。（1）地基承载力要求：桥头路基填土往往较高，施工速度一般较快，地基水往往不能顺利排出，因而容易造成地基承载力不足，产生很大的危害。表4.1是根据太沙基原理假定路基填土容重为19kN/m，路基边坡为1∶1.5，路基高度从6~12m变化时，计算得到的地基土不排水抗剪强度指标的要求。不能达到要求，应对地基进行特殊处理，如换填土、粉喷桩技术等。（2）土基：桥头过渡段土基必须密实、稳定和均质。对影响土基强度和稳定的地面水和地下水，必须拦截或排出路基以外。一般要求填土处于干燥或中湿状态，过湿状态或强度与稳定性不符合要求的潮湿状态的填土，必须经过处理。填土必须有足够的压实度，其压实标准应符合现行规范的规定，考虑台背回填的重要性，建议填土压实标准与基层压实标准相同，即为95%。（3）垫层：垫层材料应以就地取材为原则，一般可选用粗砂、砂砾、碎石、煤渣、矿渣等粒料以及水泥或石灰煤渣稳定粗粒土、石灰粉煤灰稳定粗粒土等。为防止软弱路基污染粒料底基层、垫层或为隔断地下水的影响，可在路基顶面铺设土工合成材料隔离层。垫层最小厚度为15cm。其宽度应比基层每侧至少宽出25cm，或与路基同宽。（4）基层和底基层基层、底基层应具有足够的强度和稳定性，在冰冻地区还应具有一定的抗冻性，半刚性基层应具有较小的收缩变形和较强的抗冲刷能力。基层、底基层材料原则上应与正常路段所用材料相同，以方便设计和施工。基层材料一般可选用水泥稳定级配碎石、水泥稳定砂砾、二灰稳定碎石、二灰稳定砂砾以及水泥粉煤灰等综合稳定集料。底基层材料一般可选用石灰稳定集料、水泥土、二灰土、石灰土、水泥石灰土、级配碎石、砂砾等。（5）搭板：路面与桥梁相接处，可根据公路等级、使用要求和经验选用设置搭板或不设置搭板。桥头设置搭板时，搭板的埋置深度、坡度、厚度与长度，搭板与桥台的连接方式，搭板的配筋，是否设置枕梁等均应根据工程具体情况认真设计。搭板下加强层的厚度一般不小于2m，长度一般超过搭板1m，加强层材料同底基层，对高填方路堤应适当提高。实践证明，对整个台背填方作加固处理是防止桥头路基沉降的有效措施之一，建议从土基到基层的压实度均按95%要求。如果不设置搭板，桥头可铺筑过渡性的混凝土预制块或沥青路面。同时，对台后填筑作周密设计和认真施工，对填料和压实应有更高的要求。（6）面层：沥青层只起平顺路表及磨耗层的作用，因此，面层与正常路段结构及厚度相同。
4.3关于搭板的设计：
从国内外高等级公路的修筑经验来看，设置搭板是防止和减少桥头跳车的有效措施之一。（1）搭板型式和埋置深度搭板分为等厚、变厚度和台阶型三种型式。搭板埋置深度可分为高置式、中置式和低置式。高置式时搭板顶面与桥台顶面齐平；低置式时搭板的远台端顶面在路面基层之下，有利于路面铺设；中置式时远台端搭板顶面在路面面层与基层之间。三种埋置深度主要应根据路面结构来选择，高置式钢筋混凝土搭板象水泥混凝土路面那样直接承受车辆荷载，故适用于沿线为水泥混凝土路面时的情况。当引道为沥青混凝土路面时也可以使用高置式搭板，但此时影响行车舒适性的主要是搭板与沥青混凝土路面衔接部位存在的局部凹陷和错台。因此，沥青路面宜采用中置式或和低置式。由于中置式施工便利，故采用较为普遍。（2）搭板长度：搭板长度的确定考虑以下四个条件：①沉降后搭板纵坡变化值小于最大容许值；②搭板长度应跨越台后破坏棱体的长度；③搭板长度应跨越填土前预留缺口的上口长度；④搭板受力有效长度必须保证。（3）搭板宽度：在日本、原联邦德国和加拿大等国，搭板的两侧与缘石边缘相齐，并用柔性材料隔离。国内做得较窄，一般搭板边缘距缘石边缘约0.5m。由前面的搭板动力响应分析可知，随板宽的增加，位移虽略微增大，但两方向板底最大弯拉应力减小。另外，当搭板较窄时，车轮有可能行驶在搭板的纵向边缘，对搭板的受力极为不利。因此，建议搭板宽度与桥面宽度相等。（4）搭板厚度由前面的搭板动力响应分析可知，随着板厚的增大，位移略有减小，但两方向板底最大弯拉应力略有增大。具体地可以根据板顶的位移反算确定板厚，板底弯拉应力可由板底配筋解决。考虑国内实际情况，推荐小桥搭板厚度为20~35cm，大、中桥搭板厚度为30~40cm，且板厚应与板长相协调，即随板长的增加，板厚亦相应加大，有条件应根据搭板顶面位移计算确定。（5）搭板与桥台连接：搭板的近台端置于桥台上，搭板与桥台通过锚筋连接，并在搭板与桥台接缝中填入沥青玛蹄脂防止水分渗入。搭板的远台端搁置在路基上，路基沉降后搭板会产生纵向滑移。因此，必须在台顶与搭板之间设置锚栓，并对远台端处地基进行加强处理，减小局部沉降。为了方便维修，在搭板的近台端设置检查孔和灌浆孔。（6）枕梁：对于是否设置枕梁，国内曾有人研究后认为枕梁布置在搭板尾端对于搭板受力没有影响。但王秉纲、胡长顺研究认为，枕梁设在搭板尾端对于控制板底弯拉应力是不利的，它可使板底最大弯拉应力增大约三分之一，如果板端枕梁附近一定范围内板下地基处理不当，将发生局部下沉，造成二次跳车。但是，枕梁可以将搭板传递下来的荷载分布到较大面积的地基上，还可以增加搭板的横向抗弯刚度，故加设枕梁却是有利的。（7）搭板配筋设计根据搭板底面的最大弯拉应力进行搭板配筋设计。考虑构造要求、搭板实际受力状况的复杂性、重载交通的作用及路基的不均沉陷等因素，建议在实际设计中，应结合工程要求，适当加大主筋的直径和减小主筋间距，并采用双层配筋。
5. 桥头跳车的处治措施
从桥台材料的角度来看，台墙是用刚性很大的坚石砌筑或钢筋混凝土浇注而成，属刚性体；而路基一般是用柔性的土填筑而成，是弹塑性体。显然，路基与桥台之间存在着较大的刚度差，为克服此刚度差引起的变形差，使路基与台墙之间部分的变形为渐变形式，即路堤填土塑性变形相对差在这一范围内以逐渐变化的方式过渡，使得任一点的塑性变形相对差不致使路面沉陷或断裂，这就是台背回填设计的“刚柔过渡”思想。
从理论上讲，实现台背回填的“刚柔过渡”有两种方法，第一种方法是台背回填范围内使用能从路基土刚度渐变到台墙刚度的变刚度材料，实际工程中这种方法的可操作性较低；第二种方法是使用刚度介于路基土与台墙材料之间的某种材料，但沿长度方向变化其厚度，即使台背回填远薄近厚，从而实现台背回填的“刚柔过渡”。
由于桥头处结构突变是造成桥头路面错台和剪切破坏以至引起跳车的主要原因，因此，为消除和减少结构突变的影响，应使两种性质不同的体系在抗垂直变形能力上平滑过渡。为达到该目的，在结构设计上使路面面层下的结构由间断的对接形式变为过渡性的局部搭接形式，从而增加邻近桥台处的路面结构厚度，降低应力值，提高路面抗变形能力。
如何减小台背处塑性变形相对差是解决台背处路面沉陷或断裂的关键。台背回填的压实度要求只是缩小台背处塑性变形相对差的一个方面，压实度相同的不同材料，在同一荷载作用下的塑性变形不同，强度小、刚度低的材料塑性变形大。即使采用强度小、刚度低的材料，并达到了规范规定的压实度要求，在较大荷载作用下仍可能产生较大的塑性变形，而当这个塑性变形相对于台墙的变形差值达到一定程度时，路面即出现沉陷或断裂。因此，除保证台背回填的压实度要求外，还应对台背回填材料进行有针对性的设计，选用强度较高、压缩性小、刚度较大的材料，以缩小台背回填与台墙的塑性变形相对差。
国内外的相关文献资料显示，工程上尝试过在路桥过渡段中采用土工合成材料，以降低过渡段回填物的总沉降和不均匀沉降。实践表明，使用土工加筋材料使过渡段的填土形成一刚度较大的复合体，能够将土体自重和交通荷载分散在较大面积上，其目的一是减少过渡段的沉降；二是将台背与路堤交界面处的台阶或跳跃沉降，变成为连续的斜坡式沉降；三是通过降低台背处路堤的剪应力，限制剪切区域的变形。
挪威国家道路研究室经过二十余年的试验研究和十余年的使用实践，在解决桥涵台背填土问题上，采用一些轻质填料，如成块膨胀聚苯乙烯（泡沫塑料），对降低桥台背路基沉降取得了显著效果。同时还有采用泡沫混凝土、陶土颗粒以及泡沫苯乙烯等工程塑料作为桥头填料的，与轻质材料具有相似的优点。有文献表明，在多种土质条件下，只要精心施工，浅桩基础或扩大基础也可有效缓解桥头跳车问题的影响。
国内曾提出将桥与路基作为一个工程，设想不设置桥台，将桥梁系统的悬臂梁置于可随路基一起下沉的枕梁上，边墩上设可降调式支座。当桥头地基发生沉降时，枕梁亦随之沉降，在桥头地基沉降达到悬臂梁的最大挠度之前，调整边墩的支座高度，以达到路沉桥也沉的目的。
杭甬高速公路等工程中，采用了先进行路堤填土预压，待达到设计固结度后再开挖土方、修建桥涵通道的方法，以减小差异沉降。这种做法的效果较好，但工程耗资较大，施工周期较长。
6. 减轻桥头跳车的其它措施
除了按以上的要求正确地进行路桥过渡段路基路面的设计和施工外，为了减轻桥头跳车，国内外学者另外还提出了许多减轻桥头跳车的措施与方法。
6.1轻型填料换填
有时采用轻型填料来减轻软土地基上路堤的重量，继而增加路堤的稳定性和减少地基的压缩变形。然而，如果轻型填料不具有高的强度和刚度及低的压缩性，那么地基性能的提高就会被路堤性能的降低所抵消。Hartlén提出合适的轻型填料应满足以下要求：（1）密度小于1000 kg/m3；（2）高的弹性模量和内摩擦角；（3）良好的稳定性和抵抗压碎和化学腐蚀的能力；（4）耐霜冻；（5）不腐蚀混凝土和钢筋；（6）对环境无害；膨胀页岩和工业高炉废料（如炉渣、煤渣等）在美国是最常使用的轻型材料。然而，高炉废料可能对环境造成的潜在的危害越来越引起人们的关注。另外，它还会腐蚀排水系统以及挡土墙等处的钢筋。低密度轻质混凝土的使用越来越频繁。呈块状生产的膨胀聚苯乙烯强度很高，很轻，但造价非常昂贵。如果造价能够降低，应用前景将会非常广阔。
6.2力学加固路堤
对土体进行加固是近三十年以来土工设计和施工方面重要的发展之一。早期通常使用金属加固，并得到了广泛的使用。后来，各种人工合成聚合物已经开始应用于土工方面。土工织物的抗拉性能也提高了抵抗贯穿填料和原地基的深层滑坡的能力。如果加固的基本目的是预防该深层滑坡，土工格栅或金属网格也可以使用。条带状和片状加固依靠加固单元和土之间的摩擦力进行荷载的传递，因此，为了确保足够的摩擦力，需要用级配良好的粒状填料进行回填。对于网格形的加固系统，荷载的传递来源于两个方面，即网格侧面上的被动土压力和网格水平面和土体之间的摩擦力。
6.3石灰加固土路基
根据路桥过渡段路基沉降分析，压实度的提高确能有效提高素土的压缩模量，但由于其基数太小，所以纵然达到95%压实度素土的最终沉降量也较灰土大得多，因此，对高填方桥头路基不宜过多采用素土修筑。同时，在轮重所引起的应力与路基土重所引起的应力的比值为1/5时，某些重车荷载作用下的路基工作区深度最大可达2.9m。故考虑到因路基沉降引起桥头跳车的严重性，建议在不设置搭板时，桥头高填方路面结构采用无机结合料，其底基层厚度应不小于3m，底基层及素土压实度均要求为95%。
7. 结论
路桥过渡段桥台和引道路堤之间经常会产生差异沉降，较小的差异沉降就会导致桥头跳车，使得行车不舒适，甚至影响行车安全。论文针对路桥过渡段引道路基的沉降问题，通过理论计算和试验分析，结合现场调查，对路基沉降的规律和路基沉降的治理措施进行了较为深入和系统的研究，具有重要的工程意义。
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