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
图8-7 搭板与路堤形成纵向坡度差示意图
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此病害的主要特征是： (1)路基整体沉降过大；
(2)搭板较短，不足以使桥台与路基间的差异沉降实现平稳过渡； (3)搭板一端简支于桥台，沉降相对较小。 6.搭板末端产生差异沉降
由于路桥过渡段问题比较突出，因此在施工和设计中都采取了一定的措施，如在设置桥头搭板的同时，对搭板的路基进行注浆处理，这样减小了过渡段的下沉，但同时往往忽略了对搭板以外路基的处理与压实，经过一段时间的运营后在这一部位产生了差异沉降，从而形成新的跳车现象。其破坏模式如图8-8所示。
图8-8 搭板与路堤形成台阶示意图
该破坏模式的主要特征是：
(1)搭板段路基处治较好，下沉量较小；
(2)搭板末端路基整体或靠近搭板处路基沉降变形较大。
三、桥头跳车产生原因
桥头跳车的产生和形成是多方面的，包括地基地面条件、填料、施工材料以及设计、施工等诸多方面原因，主要原因如下：
1．地基强度不同
桥头跳车产生的基本原因是桥台与路基间的材料弹性模量不一致而引起的沉降差超过某个限值时所致。因为桥台基础一般都作了加固处理，例如采用桩基础等，其沉降量很小，而路基填土所固有的压缩徐变性能需待通车后一段较长时间才能趋于稳定，二者在结构刚度上产生了很大的差异。
2．设计方面原因
设计人员若对碾压方式方法考虑不周、填料要求不严格、台背排水考虑欠佳、路堤填土处理不当等，必然产生较大沉降。
3．施工方面原因
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台后填料不当、压实不足等致使填料压实度满足不了设计和规范要求，产生较大的工后沉降。
4．地基浸水软化
软土、黄土地基浸水造成路基沉降。 5．桥台伸缩缝的破损，形成台阶。
第二节 桥头跳车综合防治技术研究
消除或缓解桥头跳车关键是减少不均匀沉降量、延长沉降特征长度、减缓不均匀沉降梯度，从而起到匀顺纵坡的目的。根据桥头跳车现有防治技术，从地基处治技术、台背路堤处治技术以及过渡段路面处治技术等方面研究综合防治措施，以期可以较好解决桥头跳车现象。
一、地基处治技术
地基处治的目的是改善地基性能，提高承载力和抵抗自然灾害的能力，增强地基稳定性，减少或消除路桥过渡段的不均匀沉降，缩小桥台与路堤的沉降差。
从机理方面看，对软基进行处治就是要迅速消散软弱土层中的超静水压力，提高土颗粒间的有效应力，完成土体的二次固结过程。
针对不良地基的预防措施，目前国内已有换土法、超载预压法、排水固结法、高压喷射注浆法、振动碎石桩法、深层搅拌桩、挤密砂桩等，但针对已有病害的地基处治缺乏比较系统的研究。很多预防措施在施工中没有严格按要求实施，例如抛填块石挤淤法，如果碾压不密实、软土换填的厚度不够，经过多年使用之后由于块石的重新排列、软土的固结沉降，路基出现各种病害。
目前，国内主要采用的桥台类型可归纳为重力式(U形台)和轻型(桩柱式和肋板式台)。前者多用于承载力较大的地基如基岩，后者多用于不良地基如软黏土、杂填土、冲填土、饱和粉细砂(包括部分轻亚黏土)、湿陷性黄土、膨胀土、多年冻土等。在已修建的高速公路中，常见的地基破坏模式有：地基的不均匀下沉、地基的均匀过量沉降及地基承载力不足引起的剪切破坏等。由于高速公路一旦投入运营后，交通量较大，为了不影响或尽量少影响公路的正常营运，在病害处置方法的选择上就有一定的局限性，对于上部填土较厚的不良地基，就不大可能采用一般的处治措施，如换填、排水固结、强夯等。而且，在方法的选择上不但应达到治理地基的沉降和破坏的目的，还应考虑到尽量减小对路堤及上部结构的扰动，不影响交通、经济且方便施工。
在对台背地基进行处治时，要考虑路堤的纵向与横向两方面的变形协调问题。在详细了解
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桥头地基的地质情况前提下，选用处治措施时要注意以下两点：
(1)纵向上保证桥台沉降与路堤地基沉降的平衡过渡； (2)横向上维持路堤中央变形和坡脚路肩处变形的协调稳定。
在工程应用中，应综合考虑土质、经济、安全等实际情况，选择合适的处治方法，以有效地减少地基的沉降。
二、路堤处治技术
路堤是承受并传递上部结构及汽车荷载的载体。路堤的沉降和变形直接关系到公路的正常运营，一旦发生破坏后维修比较困难。而且，在施工中受构造物的影响，大型的压实机械由于工作面较小难以展开压实工作；即使有足够的工作面，由于压实过程中大吨位机械振动力太大，出于对桥台的安全考虑，一般也不允许在桥台背部位使用大型的压实机械进行压实。因此，台背部位回填土的压实质量难以保证，加之该部位路堤施工又晚于其他正常路段路堤施工时间，相比之下没有足够的时间完成固结沉降，因而在自重的作用下，路堤的压缩沉降一般也就比较大，这是引起路桥过渡段不均匀沉降的主要原因之一。从第二章的调研资料可以看出，多数台背路堤在回填过程中都经过处理，但路基病害仍然普遍存在，只是破坏程度不同而已。
路桥过渡段处病害处治的目的就是使路基与桥台间实现平稳过渡。由于考虑到公路的运营和地段的特殊性，在处治方法的选择上就会有一定的限制。总的原则是减少对周围稳定结构的破坏，工期要短，尤其是对于高填路堤一般不会采用大开大挖，而小规模填补又不能从根本上解决问题。
由此可知，减少路桥过渡段不均匀沉降，台背路堤处治可从以下几方面入手：
(1)合理安排施工工序和时间，设法尽早对路桥过渡段路堤进行施工，保证有足够的时间完成沉降；
(2)设法提高台背回填区路堤的压实度，减少因填料自重和车辆荷载作用下压实度增加而产生的沉降；
(3)在考虑经济性的前提下，合理选择填料，设法减少路桥过渡段路堤的自重作用，避免因自重过大而产生过大的压缩沉降；
(4)设法提高台背路堤自身承载能力，譬如利用土工格栅予以加筋等，增加路堤填土的整体性，减少不均匀沉降的梯度。
1.施工工序的合理安排
为使桥台台背填土尽早开始，在立柱、桩基础施工中应先安排桥台，再做其他桥墩。为保证桥台盖梁下填土的压实质量，要求必须先将台背填土至盖梁地面高程，再浇筑桥台盖梁。为
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避免桥梁、伸缩缝、路堤三者高程不一致而形成错台，要求铺筑路面时，先将伸缩缝预留槽，并临时用沥青填筑，待路面铺筑完毕，再对预留槽进行切缝，安装伸缩缝。
另外，当台背路堤高度小于4m以下时，也可先填筑路堤预压，让路基排水固结，待路堤沉降基本完成以后，在涵洞或桥台位置再开挖合适的工作面，进行基础及桥台等施工。可用易于压实的二灰或三灰等材料对工作面进行回填，从而减少桥涵两端路堤的工后沉降，使桥涵两端路堤与桥台构造物的相对沉降尽量小一些。
2.优化台背填方碾压方法
施工过程中尽可能扩大施工场地，以便充分发挥一般大型填方压实机械的作用，当受场地限制时，可采用横向碾压法，以能使压路机尽量靠近台背进行碾压。对于大型压路机不能靠近台背时，可采用小型压路机配合人工夯实进行碾压。同时，可减薄碾压层厚度(15～20cm)，提高压实度，最终使压实度满足设计要求。
在涵洞的翼墙周围特别容易产生因压实不足而引起的沉陷，给养护工作带来麻烦，应注意压实。扶壁式桥台在施工时很可能使用大型压实机械，这种情况下应与小型振动压路机配套使用，给以充分压实。
3.强化台背回填材料
回填材料的性质对工程质量起决定作用。台背填料应在现场择优选用。填料应选择强度高、渗水性好、塑性小、压实快、透水性好的材料。同时，为了改善填土的密实性，应设计好相应的级配，且台后须设置横向泄水管或盲沟，以利排水，减少病害。
此外，应采用粗颗粒材料填筑桥涵两端路堤，或者设置一定厚度的稳定土结构层。用粗颗粒材料作为路基的填料，不仅改善了压实性能，使其易达到要求的密实度，而且对北方地区特别有利于减缓冻融的危害。设置稳定土的改善层能够使路基、路面的整体刚度有所提高，从而减少沉陷。
国外台后填方采用轻质填料，其目的也是减轻填方土体对地基的压力，提高地基的承载力和抗变形的能力。在桥头路堤任一高度的平面内不应采用不同填料填筑(不同层次可用不同填料)，不准采用高塑性黏土填筑桥头路堤。
在挖方地段的台背回填部位，因场地特别窄小，应选择当地的石渣、砂砾等优质填料(在湿陷性黄土地区宜用水泥、白灰稳定土)。填料的施工层厚度，以压实后小于20cm为宜。无论填方或挖方地段的台背填料，最好不要采用容易产生崩解的风化岩的碎屑，以免因填料风化崩解而产生下陷，这一点在土方调配时应予以重视。
在高填方的拱涵及涵洞与侧墙的相接部位，应尽量使用内摩擦角大的填料进行填筑，而且，施工时应注意填料土压的平衡，不得发生偏压，以免造成工程事故。
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受施工条件的限制，一般土方的内摩擦角较小，加之压实质量难以保证，因此，桥台背通常选用如岩渣、砾石、砂砾等摩擦角大、强度高、压实快、透水性好的填料。这类回填料不但有利于从台背缝隙中渗入的雨水沿盲沟或泄水管顺利排到路基外，减缓雨水的危害，而且也有利于改善压实性能，使路基容易达到设计要求的密实度。但这样的措施在缺石地区难以实现，且相应的成本也较高。
随着电力工业装机容量的增加，排灰量、占地量还要相应增加，这对土地资源相对缺乏的高速公路沿线来说，不论从现实和长远来讲，都是一个很大的压力和威胁。因此，结合台背回填问题，采用合理的技术将这些粉煤灰利用起来，不仅可为解决公路构造物台背路堤处治技术提供途径，又可减少工业废料的占地和取土毁地的面积，有利于环境保护。
粉煤灰材料的工程特性分析如下。 (1)干密度低
粉煤灰颗粒相对比较均匀单一，所以其孔隙率较大、结构组织疏松。加之粉煤灰颗料本身是一些空心的微粒组成的混合体，因此，粉煤灰的干密度较小，基本上在0.61-1.20g／cm3,比一般土类填料低1／3左右。
(2)透水性大
由于粉煤灰孔隙率较大，导致其透水性也较大，且饱水后强度急剧降低，压缩性较大。 (3)无黏结性或黏结性小
粉煤灰主要由粒径大小不同的粉质颗粒组成，小于0.002mm颗粒含量极少，一般不能搓成条或很难搓成条，几乎没有塑性。粉煤灰液限较大，据实测资料显示，粉煤灰颗粒愈粗，其液限值愈大。分析其原因与空心颗粒含量有关，一般颗粒愈粗，空心含量愈多，其液限值就愈大，粉煤灰的这种性质与土的规律性正好相反。
(4)具有一定的活性
普通松散的粉煤灰无黏结力或黏结力很低，压实后强度虽有明显的增长，但仍为松散体材料，一般情况下其抗剪强度低，稳定性差，甚至有振动液化的可能。
但在碱性环境下，比如掺加一定量的石灰或水泥，粉煤灰将发生水化、硬化反应。随着龄期的增长，混合料的强度也随之增大，表现出具有强度高、板体性好、水稳定性和温度稳定性优良等特点。
基于以上分析，粉煤灰的干密度小，用其回填台背可大大降低路堤下地基的附加荷载，有利于减少地基沉降及路堤对桥台的侧压力。但是，由于透水性大、稳定性差以及无黏结性等特点，粉煤灰不宜直接用于台背回填，石灰粉煤灰混合料作为台背路堤填料，经压实后形成轻质整体性路堤。