橋臺臺背路基特點及處理關鍵技術

唐亮，熊建漓，許夢夢

（中國市政工程中南設計研究總院有限公司，武漢 430010）

1 引言

橋臺不僅是承載邊跨上部結構， 傳遞邊跨上部結構作用力到基礎的構筑物，也是位于橋梁兩端，與路堤相銜接的構筑物，具有抵擋臺后的填土壓力、穩定橋頭路基、使橋頭線路和橋上線路可靠而平穩地連接的作用。 因此，橋臺一側或兩側與主體路基銜接的一段路基即橋臺臺背。 路基的施工質量不僅關系到橋臺的穩定，也是保證橋臺與路基的平穩連接，保證道路行駛平穩性的關鍵。

2 橋臺臺背路基的特點

2.1 為不同剛度構筑物的過渡段

橋臺一般是石砌或素混凝土結構， 輕型橋臺則采用鋼筋混凝土結構，為一種剛性結構。 路基一般為填土路堤、填石路堤、土石路堤，為一種柔性結構。 橋臺臺背為橋梁與主體路基銜接的一段構筑物，因橋梁橋臺剛度大，而路基段剛度小，橋臺臺背路基是橋梁與路基兩種不同剛度構筑物之間的銜接過渡段。

2.2 施工工序多為先橋臺后路基

道路工程中，如果先填筑路堤，待路基沉降穩定后，再開挖路堤，修建橋臺結構，則橋臺承受土壓力將減小。 但在工程實際項目中，由于工期緊張，設計、施工往往采用的施工工序為先修筑橋臺構筑物，再進行路堤的填筑。 由于橋臺受路堤填筑時壓路機碾壓作用和路堤填筑后沉降的影響， 橋臺受到的土壓力往往大于主動土壓力。

3 橋臺路基常見問題及原因分析

3.1 橋頭跳車病害

造成橋頭跳車具有多種因素， 直接因素是橋臺位于為不同剛度構筑物的過渡段， 前后不同剛度的橋臺與路堤引起了不均勻沉降。

產生不均勻沉降的因素是多方面的，拋開設計、施工、管理方面的錯誤、失誤等因素外，從客觀實際出發，就橋臺臺背路基特點的客觀現實來講，主要原因如下。

1）回填作業面小，壓實困難。 橋臺臺背處路基，因受橋臺結構物的限制，靠近橋臺處，壓路機無法正常碾壓，或為保護結構物的結構安全穩定，壓實機械受到限制，導致壓實困難。

2）不同結構產生的不可避免的沉降差。 橋臺為剛性結構，其基礎視持力層的深度不同，通常采用樁基礎，或擴大基礎，或直接位于穩定地層上，其沉降均較小。 而其本身為剛性構筑物，可不計其壓縮變形。

路基不論為填土路堤、土石路堤，還是填石路堤，均為一種柔性結構，在車輛荷載、自身和路面結構層的重力作用下，不僅會產生一定量彈性變形，并將有較大的非彈性變形[1]。

因此，兩種不同剛度結構物交接處，易引起不均勻沉降，從而造成橋頭跳車現象。

3.2 橋臺產生水平位移、彎曲、開裂等病害

在橋臺受力計算時，往往按主動土壓力來進行計算，但由于在實際實施時采用先橋臺后路基的施工工序， 橋臺受到的土壓力往往大于主動土壓力，因此，導致橋臺抗滑力偏小從而造成水平位移、抗彎剛度不足產生彎曲、內力大于設計承載力而造成開裂。

4 橋臺路基處理關鍵技術措施

4.1 針對橋臺水平位移、彎曲、開裂等問題

4.1.1 優選適宜填料

橋臺臺背路基宜選用輕質填料、透水性材料、無機結合料穩定材料，不得選用包含腐殖質、泥草、凍塊的填料，崩解性巖石、膨脹土也不得用于臺背填筑。

透水性材料可選用級配好的粒類土、砂類土，其不僅自身穩定性好，對橋臺的側壓力小，而且有利于排除滲透進路基內的水分，減小路基內孔隙水壓力對橋臺的影響；輕質填料可選用粉煤灰、土工泡沫塑料，采用泡沫輕質土、膨脹性聚苯乙烯泡沫塑料等特殊材料回填時， 應符合現行JTG/T 3610—2019《公路路基施工技術規范》和CECS 249—2008《現澆泡沫輕質土技術規程》，輕質填料由于其自身重度小從而可減小其對橋臺的土壓力；無機結合料穩定材料可選用水泥穩定材料、石灰穩定材料、石灰粉煤灰穩定材料，無機結合料穩定材料自身穩定性好，從而對橋臺的側壓力小。

4.1.2 優化碾壓順序

路基碾壓一般采用沿路線方向來回直線碾壓， 當壓路機向橋臺方向前進碾壓時，由于壓路機后方路基先被碾壓，當壓路機靠近橋臺時，橋臺處路基填料因壓路機后方路基較密實，從而將增大填料向橋臺擠壓，造成對橋臺更大的土壓力。

為了減小碾壓時對土體的擠壓力，先從橋臺處開始，朝背離橋臺方向進行橫向碾壓，此時，因遠離橋臺端回填料還未碾壓，回填料松散，這將減小回填料對橋臺的擠壓力。 待橋臺處壓實完成后，再實施一般縱向壓實。

4.1.3 臺背1 m 范圍內宜采用小型機具壓實

橋臺的受力計算一般采用主動土壓力進行， 而重型壓實機械碾壓施工時將產生較大的擠壓力， 為避免橋臺臺后回填時的受力遠大于主動土壓力，因此，當壓實機械離臺背小于1 m 范圍，宜改用小型機具壓實。

4.1.4 加強臺背回填要求

在工程實際項目中，由于工期緊張，往往要求橋臺成型后盡快對路基進行回填，但橋頭強度較低時實施臺背回填，易造成橋臺彎曲與開裂。 因此，臺背回填，應在結構物強度達到設計強度的75%以上時進行。

臺背回填應順應路線方向，自臺身起，其填土的長度在頂面應不小于橋臺高度加2 m，在地面應不小于2 m；拱橋臺背填土的長度應不小于臺高的3～4 倍。 拱橋的臺背填土宜在主拱圈砌筑或安裝以前完成； 梁式橋輕型橋臺的臺背填土宜在梁體安裝完成以后，在兩端橋臺平衡地實施；埋置式橋臺的臺背填土宜在柱側平衡、對稱的實施。

4.1.5 臺背與錐坡回填宜同步進行

合理的施工工序是保證橋臺受力合理， 不至土壓力過大橋臺產生水平位移、彎曲、開裂等問題。 當為減小機械及人員窩工現象，而先對臺背回填后再進行錐坡回填，則橋臺不僅受到單側主動土壓力，且在臺背側回填土采用壓路機碾壓時，還將受到機械碾壓時對橋臺的擠壓力； 而當臺背與錐坡同步回填，則錐坡填土可有效抵消橋臺臺背回填土的壓力。

4.2 針對回填作業面小，壓實困難

4.2.1 嚴格控制回填壓實工藝

在橋臺臺背回填時，根據橋頭實際情況，優選壓實機械規格以及機械組合，嚴控碾壓速度、碾壓遍數以及松鋪厚度，并且確保壓實時回填料處于最佳含水率。

臺背回填應嚴格控制分層厚度和壓實度， 分層碾壓厚度不宜大于150 mm，填料粒徑宜小于100 mm，填土壓實度應不小于96%，并且應設專人負責質量檢驗，各點均應合格，每50 m2應檢驗一點，當剩余面積小于50 m2時，也應檢驗一點。

4.2.2 空間狹小時，可回填漿砌片石、低強度等級混凝土等材料

受現場實際情況限制， 橋臺附近可能存在壓路機無法進行碾壓的狹小部位，回填難以保證橋臺臺背處的強度、剛度及穩定性等要求，而混凝土具有較好的流動性，可以有效填充至不便于回填壓實的狹小空間，且混凝土不需要采用壓實機械，通過細小的振搗棒振搗便可滿足橋臺臺背的性能要求，因此，狹小部位可采用低強度等級混凝土、漿砌片石等材料回填。

4.3 針對跳車問題

4.3.1 合理設置橋頭搭板

大量研究表明， 橋頭搭板為橋臺與路基段之間一種過渡結構，對減小其沉降差具有重要作用。 在實際運用過程中，往往發現橋頭搭板常出現脫空、滑落、錯臺等病害，因此應合理設置橋頭搭板。 在實際應用時，應根據實際情況，對地基沉降做出合理要求，對搭板厚度、長度、彈性模量、搭板配筋、搭板應力與撓度等做出合理規定[2-3]。

橋頭搭板的厚度及長度應根據橋的規模、 橋頭填土的高度以及臺背填土的破壞棱體長度綜合考慮確定。 破壞棱體的延伸線應位于橋頭搭板范圍內，通常條件下，橋頭搭板的長度應不小于破壞棱體的長度再加2 m[4]。

搭板的厚度主要依據強度和變形要求來計算， 但是由于搭板受理復雜，很難簡單地確定搭板的受力狀況，因而通常采用的處理方法為將搭板換算為等效簡支板， 找出長度與計算跨度之間的關系，大致研究出各種板長的相應計算跨徑，從而按簡支板的方法確定搭板的厚度。 根據研究結果，搭板厚度一般為其長度的1/16～1/24。 我國近年來的橋梁設計中，搭板厚度根據具體情況一般取0.25 m、0.3 m 或0.35 m[5]。

4.3.2 加強過渡段回填處理，減小不均勻沉降

二級及二級以上公路路堤與橋臺連接處應設置過渡段。過渡段壓實度應不小于96%，并應做好地基處理、填料、臺背防排水等綜合設計。 過渡段長度計算見式（1）[6]：

式中，L為過渡段長度，m；H為路基填土高度，m。

加強過渡段回填處理，首先應加強地基的處理，嚴格控制地基的彎沉值，對于軟弱地基，可通過換填、灰土處理、粒料樁、CFG 樁、剛性樁等措施提高地基的承載力，減小工后沉降。然后對于過渡段與一般路基段的銜接處，應挖臺階處理，并優選路基填料，如選用透水性材料、輕質填料、無機結合料穩定材料等，同時加強壓實要求，其壓實度應不小于96%。 另外，水是造成路基病害的主要因素之一， 過渡段防排水應做好系統的綜合設計， 如背墻應做好防水設計， 可通過墊油毛氈等方式， 而在臺背回填土區域則應做好排水設計， 可通過設置盲溝、泄水管等方式，尤其當橋臺采用U 形橋臺時，臺背填土區域排水困難更應加強，以減少后期路基沉降。

4.3.3 回填部分路床宜與路堤路床同步填筑

對過渡段路堤進行加強處理控制后， 為加強過渡段與一般路基段的整體效果，減小跳車現象，過渡段路床的回填宜和一般路段的路床同步進行實施。

5 結語

橋臺前后為兩種不同結構物，且剛度相差懸殊，將導致不可避免的沉降差，但可通過采取一系列措施，如加強過渡段結構設計、強化地基處理、優選填料、嚴控過渡段壓實工藝、合理搭接等措施，確保沉降差在合理范圍內。