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 11
4.土工格栅处治台背填土
随着加筋土技术的日趋成熟，土工格栅也逐渐被用于桥台台背，以处治桥头跳车问题。从20世纪80年代开始，国外进行了大量的室内外试验，研究土工格栅加筋用于处治桥头跳车，取得了良好的效果。在美国怀俄明州公路局用土工格栅加筋处治了近50座桥台，结果表明该处治措施可以有效消除桥头跳车问题。在国内，长沙交通学院对土工格栅加筋土技术处治桥头跳车问题进行了一些有益的探讨，通过室内模型试验和工程实例的数据，分析得出了台背填土压实度、铺网长度与台背填土沉降之间的关系。在107国道湖南湘潭段龙云立交桥、320国道湖南株洲白关桥、广东深汕高速公路4座桥梁以及京沪高速公路4座桥涵等都有成功应用土工格栅加筋土技术处治桥头跳车的工程实例。
尽管土工格栅处治桥头跳车这些技术已使用多年，但尚处于摸索探讨阶段，仍存在大量问题，如土工格栅与回填料的选择、土工格栅布置、施工质量控制以及设计方法等需要进一步解决，使其达到经济有效地改善桥头跳车的目的。
(1)土工格栅处治机理
土工格栅处治桥头跳车的原理是：在填土中沿路线方向分层平铺土工格栅，格栅层的一端固定于桥台，另一段与台背连接，利用土工格栅变形的连续性及其高强度、高弹性、大变形特性，将车辆荷载及上部土体的自重荷载部分地传递到桥台，在台背局部范围内，分层阻止填料沿台背沉降；与此同时，通过格栅与土体的相互作用，改善局部荷载作用下土体内部的受力状态，将荷载扩散到一个较大的范围内，从而减少外部荷载对土体的压缩沉降，延长沉降特征长度，使台背与填土交界部位的阶梯状沉降变为连续渐变沉降。
(2)土工格栅处治的设计方法
采用土工格栅处治，减少台背路堤不均匀沉降，通常将土工格栅一端锚固于桥台背，另一端向压实后的路基上水平展铺，最下一层铺设在构造物基础的顶面，最上一层铺设在路基的顶面，以使得桥台借助于土工格栅和台背的路基压实土成为一体，见图8-9。
格栅铺设间距可按式(8-1)计算：
（8-1）
式中：△H—距路基表面深度为z处的铺网间距，m；
TGC—土工格栅的设计抗拉强度，按60％抗拉强度取值，N／m； Hm—路基顶面与构造物基础顶面之间的高差，m； Z—上一层土工格栅铺设位置距路基表面的垂直距离，m； E0—土工格栅的拉伸模量，Pa；
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 12
Er—路基土填筑后的变形模量，Pa； μ0—填土压实后的泊松比，可取0.5；
P0—路基顶面所承受的来自路面自重与交通荷载的垂直压力，Pa； γm—路基填土压实后的密度，N／m3。
一般情况下，首先根据土工格栅设计抗拉强度TGC按式(8-1)计算不同路基深度处的土工格栅铺设最大层间距△Hmax，然后绘制△Hmax—Z关系曲线，即为台背加筋最大布筋间距包络线，如图8-10所示。
图8-9 土工格栅处治台背示意图 图8-10 最大布筋间距包络线示意图
在进行布筋间距设计时，加筋体任一深度Z处加筋材料的布设间距△H不能超出最大布筋包络线范围(图8-10斜线部分)。同时，在采用土工格栅加固时应注意，当桥台高度大于12m时，采用土工格栅加固的工程费用较高，故需慎重选择。此外，有限元计算发现，当铺网间距大于1.2m时，土体与土工格栅交界的界面上的剪应力很大，有可能导致两者之间的相对滑动，从而破坏了台背填筑体的整体性。因此，《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ／T019-98)规定：在距路基顶面5m深范围以内，格栅间距以不大于1.0m为宜。依此原则，根据工程实际情况和设计需要，可以确定各加筋层合适的布筋间距△H。这样，就使布筋间距设计过程更为直观，且能充分利用加筋材料的弧度，节省加筋材料用量，在减少计算工作量的同时达到优化布筋设计的目的。
土工格栅的纵向铺设宜上长下短(图8-9)，可采用缓于或等于1：1的坡度自下而上逐层增大纵向铺设长度，最下一层的铺设长度应不小于最小纵向铺设长度1min。1min可按式(8-2)计算：
（8-2）
式中：1min——土工格栅的最小铺设长度，m； CGC——土工格栅与土体交界面上的界面黏结力，Pa； φGC——土工格栅与土体交界面上的界面摩擦角。 (3)土工格栅处治的施工技术
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 13
①土工格栅的摊铺其摊铺沿路线的纵向进行，将成捆格栅自桥台背部向外展开，按设计长度截断。若桥台与线路斜交，应将格栅靠桥台一端的端部截成与斜交角相同的角度，保证格栅铺向与路线走向平行。
②土工格栅的张拉、定位和锚固
先将土工格栅靠桥台一端用膨胀螺钉或预埋螺杆锚固在台背(膨胀螺钉间距为60cm)，然后用一带钩横梁将土工格栅张紧，使之产生2％一4％的伸长率，后用U形钉定位(U形钉的布设间距不大于2cm，其长度宜为15cm左右)，再将土工格栅用膨胀螺钉锚固于桥台两侧的翼墙上(膨胀螺钉间距不大于1.0m)。
土工格栅的连接
对于每层的土工格栅，应采用连接棒将相邻的两幅连为一体。 填料的施工及检测
土工格栅铺好后，可在填料与台背交界部位填筑20cm厚的级配碎石，以便于台背排水。填料颗粒粒径小于3cm，每层松铺厚度小于等于20cm，整平后用12t以上压路机静压数遍后再起振碾压直至压实度符合公路路基施工技术规范的要求(路基顶面以下0～80cm范围内的压实度不小于95％)，压实后的厚度约为15cm。
碾压时应严格控制填料的含水量，在达到最佳含水量+2％以内的含水量时，方可进行碾压，否则应进行翻晒。在桥台和翼墙附近等大型压路机碾压不到的部位，还应采用电动打夯机夯实，以确保其压实度。在施工过程中，对回填质量应进行检测，内容包括填料常规的物理指标和压实度等。
(4)注意事项
①砌筑桥台台背和翼墙时，其内侧表面应保证平整、规则，便于膨胀螺钉的安装和土工格栅的锚固，待圬工砌体达到规定的强度后再进行台背填筑。
②台背填筑禁止在雨天进行。台背填筑时，底层土工格栅下的级配碎石应分层摊铺并用振动式压路机振动压实。当土工格栅摊铺在碎石层上时，应先在碎石层上撒铺2cm厚的粗砂，以免格栅直接与碎石接触而被压断。
③土工格栅应储存在不被阳光直接照射和被雨水淋泡处，根据工程进度和日用量按日取用。 ④运料车应设法避免在已摊铺并张紧定位好的土工格栅上直接行走，以免对格栅产生推移作用。
三、路面处治技术
1.设置桥头搭板：为了避免不均匀沉降对行车造成的不良影响，目前在我国高等级公路建
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 14
设中常用的方法是在桥台上设置桥头搭板。桥头搭板一端支撑于桥台，另一端通过枕梁或直接与路基相连。设置桥头搭板，可把集中的不均匀沉降量分散在搭板长度范围内，使柔性路堤产生的较大沉降逐渐过渡至刚性桥台上，从而起匀顺纵坡的目的，使车辆通过时跳跃现象大为减少。合理设置的桥头搭板可有效地解决前述的局部沉陷和横坡变化的状况，但不能解决纵坡变化情况。因为当桥台和过渡段土体之间发生不均匀沉降后，搭板两端分别随两者下沉，即桥头搭板绕简支端转动，纵坡变化仍然存在。
如图8-11所示，桥台与路堤衔接段内出现三次较大的路面纵坡变化。桥头设置搭板本质上只是辅助性弥补不均匀沉降的措施，试图改善三次纵坡突变不利状况，消除行车跳车感。显然，要达到消除桥头跳车的目的，搭板设计的关键是如何合理确定搭板长度。
图8-11 桥头处路面纵坡变化
以往，桥头搭板长度设计根据路桥过渡段不均匀沉降值△h及容许纵坡变化为0.5％计算确定，即：
（8-3）
式中：△h——路桥过渡段不均匀沉降值，cm； L——桥头搭板长度，工程实践中一般常取3～15，m。
式(8-3)很难从根本上解决跳车问题，首先其要求对不均匀沉降△h进行准确预估，这是很难做到的。即使可以做到准确预估△h，按式(8-3)计算搭板长度可能出现下列三种情况，如图8-12所示。
图8-12 桥头处路面纵坡变化
(1)搭板长度L≤沉降特征长度Z，此时桥台和过渡段土体之间发生不均匀沉降后，搭板两端分别随两者下沉，即桥头搭板绕简支端转动，纵坡变化仍然存在，仍旧存在三次纵坡突变，即丝毫没有减轻桥头跳车的程度，这是最不理想的情况。
(2)沉降特征长度l<搭板长度L<桥台至稳定段路基长度10，此时突变点从最大沉降点处后移，跳车现象有所改善，但是仍旧存在三次纵坡变化，没能真正解决桥头跳车。
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 15
(3)搭板长度L≥桥台至稳定段路基长度10，此时如果保证搭板末端不再发生沉降或者沉降很小，那么就可以实现消除纵坡突变状况，从而消除不均匀沉降引起的跳车现象。
因此，为了消除不均匀沉降引起的跳车的不舒适感，桥头搭板长度设计应该符合上述第三种情况，将搭板长度设计问题转化为如何确定桥台至稳定段路基长度10的问题。
如前所述，由于回填区一般压实比较困难，压实度也很难到达要求，所以称之为欠压实区，见图8-20；而回填区之外的路堤，在大型压实机械碾压作用下，压实度很容易满足要求，在此称之为压实区。由于压实区施工较早，路堤填土及地基有一定的沉降固结时间，相对台背回填区来讲，可以认为这部分路堤沉降已经趋于稳定。因此，搭板的末端应该设置在这段稳定的路基上，即搭板至少应该设置在欠压实区与压实区交界部位处，故搭板长度计算公式为：
(8-4)
式中：L——搭板长度，m； b——回填区基底长度，m； H——桥头高度，m；
i——压实区与压实区界面坡度，一般为1：1。
由此可见，搭板长度与桥台高度成正比，桥台越高，搭板也就越长，反之亦然。当搭板设计长度为10时，由图8-13可知，此时搭板受力与简支梁类似，对于桥台由于基础稳固，所以沉降较小；而搭板末端的路基由于应力集中而通常会发生局部沉降，从而再次引发二次跳车。因此，控制搭板末端与路堤间的不均匀沉降值，是桥头搭板设置要解决的第二大问题。
为控制搭板末端与路堤间的不均匀沉降值，工程中一般在搭板末端设置枕梁，将搭板传下来的荷载分布到较大面积的路基上，同时还可增加搭板的横向抗弯刚度。枕梁截面底边一般取60cm以上，并且要求枕梁下地基容许承载力不小于250kPa，据此限制枕梁下的计算应力。枕梁的内力与变形可按弹性地基梁计算。然而枕梁下的路基依旧是应力集中部位，必须作专门设计。有人建议布置碎石桩或水泥石灰桩，桩径约35cm，桩长视填土高度而定，一般取5m，茎距1.5m。该方法能较好解决搭板末端与路堤的衔接问题，但施工复杂、造价较高，工期较大，因此实际工程中很少采用。