四川交通职业技术学院 《路基病害整治》 第八章 纵向不均匀沉降病害与防治 1
第八章 路基纵向不均匀沉降病害与防治
路基纵向不均匀沉降主要表现为桥头跳车和纵向填挖交界处不均匀沉降，致使路、桥过渡段出现不同程度的台阶，且路面平整性受损，严重影响了公路的使用功能。通过本教学情境，可以达到的教学目标如下：
1、能根据工程情况分析识别路基纵向不均匀沉降病害，提供整治措施；
2、能根据工程条件和相关规范编制排水法、换填法、强夯法、高压注浆法整治路基纵向不均匀沉降病害整治的施工组织设计；
3、能依据设计文件和相关规范，独立或在专业技术人员指导下进行路基纵向不均匀沉降病害整治施工；
4、能依据设计文件和相关规范要求，进行路基纵向不均匀沉降病害施工质量控制。
第一节 路桥过渡段桥头跳车的危害及成因
一、路桥过渡段桥头跳车的危害性分析
桥头跳车是指桥梁、涵洞等构造物本身及台背填土由于行车荷载和自重的作用而继续沉降，通常构造物沉降与台背沉降不一致即产生不均匀沉降，导致台背与构造物联结处的路面出现台阶，从而出现高速行驶的车辆通过台背回填处产生颠簸跳跃的现象。桥头跳车是目前公路建设中常见的通病之一，严重影响了行车舒适性，降低了车辆的行驶速度和道路的通行能力，是道路交通安全的重要隐患之一，损害了高等级公路建设的社会效益和经济效益。
如何有效地消除桥头跳车或将跳车减小到最低程度，已成为高等级公路建设中亟待解决的问题。鉴于此，深入开展公路桥头跳车防治技术的研究，提出既经济又有效的防治措施，最大限度减少甚至消除跳车现象，对满足高等级公路对行车高速、安全及舒适的要求以及延长道路的使用寿命等，具有十分重要的现实意义。
由于结构物与台背的不均匀沉降，致使路、桥过渡段出现不同程度的台阶，从而使路面平整性受损，严重影响了公路的使用功能。其危害性分述如下。
1．影响行车速度
当车辆行至桥头台阶处，为防止车辆的剧烈冲击跳动，驾驶员被迫制动减速；同时车辆颠簸、跳动也影响了行车驱动力的传递，使车辆的行驶速度受到不同程度的影响。车速降低幅度视桥面类型、台阶高度、车辆类型和行驶速度等而异。
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根据已有的调查，台阶对车速的影响一般呈如下规律。
(1)较小的台阶高度对车辆行驶速度影响不大，只有当台阶达到一定高度时，对车速才有显著的影响。台阶越高，特别是达到4cm以上时，对车速影响显著。
(2)车速的损失与车辆的行驶速度有关。以较小的车速(低于60km／h)行驶时，一般减速幅度较小；中速(60～80km／h)行驶时，减速幅度较大；而当以较高速度(高于80km／h)行驶时，减速幅度则相对不大，但跳车比较严重，同时这与驾驶员行驶时看到台阶和做出的反应有关。
(3)台阶对不同类型车辆行驶的影响也不相同。如较高台阶对小汽车行驶的影响较大，而载重车对台阶不如空车敏感。其次，驾驶员的心理状态、对道路的熟悉程度等都对通过台阶时速度的降低有不同程度的影响。
2．影响行车安全
当车辆通过路桥过渡段的台阶处时，车辆产生跳动和冲击，使司乘人员感到颠簸不适，影响行车的舒适性；同时对驾驶员产生相当不利的心理影响，严重时则会影响其对车辆的正常操作，造成车辆失控，引起行车事故。国内曾多次发生因桥头跳车严重而造成翻车的事故就是最好的例证。
3．影响车辆运营费用
因跳车而不得不在桥头处频繁减速，以减轻汽车的颠簸。无论减速行驶还是颠簸现象的 发生，都会造成汽车机件不同程度的损坏和轮胎的磨耗；同时汽车行驶速度的不稳定，无形中既浪费了油料，又增加了废气的排放；另外，还增加了车辆的行驶时间。因此，桥头跳车的出现，提高了车辆的运营成本。
4．影响公路养护费用及使用寿命
台阶的存在使得车辆通过时产生跳动和冲击，从而对桥梁和路面造成附加的冲击荷载，加速桥头路面及伸缩缝的破坏。为了维持良好的使用状况，对路桥过渡段出现的台阶要进行及时维修与养护。不断的维修养护不仅花费大量的人力、物力和财力，而且也产生了不良的社会影响。
国内外资料表明，因桥头跳车而增加的道路维修费用很大。如美国大约25％的桥涵(约150000座桥涵、通道等构造物)受到桥头跳车的影响，全国每年为此花费的维修费用预计高达1亿美元以上；同样，我国在桥头跳车的维修治理方面耗资巨大，全国高速公路年均维修治理过渡段的费用至少在1亿元以上。
由此可见，桥头跳车病害的发生使高等级公路不能达到高效运营、安全行驶、节省投资及舒适乘车的目的，在很大程度上降低了高等级公路的服务水平，损害了公路使用者的效益，从而严重影响了高等级公路的经济效益和社会效益。因此，防治桥头跳车病害势在必行。
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二、路桥过渡段路基病害特征
桥头跳车的直接原因是刚性桥台结构物与柔性路堤在行车荷载的反复作用下，由于人工填土的变形或天然土基的自身固结沉降变形而产生相对较大的差异沉降。桥台结构物是经过精心设计和加固处理的，全桥呈刚性体系，在正常作用下，其沉降很小。而桥梁构筑物后的路基和路堤由于其地基状况和填料土自身的性质，则会产生一定的沉降变形，这种变形需经过一段时间后才能稳定。在经过很长时间后，当桥台与路堤间差异沉降超过一定值时，桥头跳车现象必然发生。而且，公路建设材料和对象以岩土体为主，具有复杂多变、不确定性和难预知性，因此需要对具体问题具体分析。
要根本消除路基与桥台间的差异沉降是不可能的。目前，虽然采取了大量预防措施，也取得了一定效果，但从调研资料可以看出桥头跳车问题仍然很严重。如何治理路桥过渡段病害成了亟待解决的课题。只有归纳出其破坏模式及特征，分析病害机理，才能找出合适的方法，达到治理的目的。
1.路基整体滑移 (1)路基整体侧向滑移
路基的整体侧向滑移主要是由于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坡裂面整体下滑。其破坏模式如图8-1所示。
(2)路基整体向桥台方向滑移
对于桩柱式桥台，台前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。其破坏模式如图8-2所示。
以上两种情况破坏的主要共同特征如下。 ①路堤填土较高，整体性较差。
图8-1 路基整体侧向滑移示意图 图8-2 路堤整体向桥台方向滑移
②路基边坡受到破坏或者由于地形的限制使得路基边坡过陡。 ③路堤边坡的整体或部分沿滑动面下滑引起路面出现纵向错台或裂缝。 2.路基与桥台间形成台阶
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路基与桥台间形成台阶主要表现如下。
(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。在桥台引道施工中，由于紧靠台背的填土难以夯实，极易发生垂直错台。当然，有时过渡段路面不发生局部沉降而是相对路面设计高程整体下沉，这种情况也会在桥台与过渡段结合处造成垂直错台，如图8-3所示。
图8-3 近台背路基沉降过大引起的差异沉降
(2)路基相对路面设计高程整体下沉，当桥台与过渡段结合处的差异沉降D达到一定值 时，引起了桥头跳车现象。其破坏模式如图8-4所示。
图8-4 路基整体下沉引起桥台与路基差异沉降
此模式的共同特征是：
台背填土的均匀或者不均匀沉降较大； 沉降差最大值产生在靠近台背处。 3.路面凹陷
路面凹陷也是公路在运营过程中的一种常见病害。局部沉降的最大深度D点距离桥台背有一段距离，局部沉降范围较错台要大。局部沉降是过渡段上局部位置土体与桥台及其他位置上过渡段土体之间不均匀沉降较大而产生的。局部沉降使得行车颠簸，迫使车辆减速，也会引起路面破坏。特别是垂直错台，不但使汽车产生较大的附加冲击和振动作用，而且对桥台也造成水平冲击力，以致桥台破坏。其破坏模式见图8-5。
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图8-5 路基不均匀沉降引起路面破坏
该模式的主要特征是：
(1)过渡段内的路基沉降不均，局部沉降较大，路面出现凹陷； (2)沉降的最大值D距桥台有一定距离。 4.搭板断裂
搭板断裂是采用搭板法预防桥头跳车过程中产生的一种新的病害。其破坏模式如图8-6所示。
图8-6 路基不均匀沉降引起的搭板断裂
其病害特征主要表现为：
(1)路基局部发生不均匀沉降，搭板底部脱空； (2)枕梁部分及其以外的路基沉降较小； (3)搭板较薄，不足以单独承受上部荷载； (4)搭板沿脱空区受力较大的方向发生断裂。 5.搭板与路堤形成纵向坡度差
设置桥头搭板在防止桥头跳车方面取得了较大的进步。其成功的实例很多，但也有其不足之处。其中，当台背填土路堤沉降较大或搭板长度不够，搭板与路堤形成纵向坡度差超过一定范围时，就会在搭板与路堤的衔接处产生转角(图8-7)，车辆通过该处同样会产生类似桥头跳车的感觉，即“二次跳车”。