利用加筋柔性技术改善公路桥头跳车
摘要： 下载论文网 由于台背路堤和桥台两者形成差异沉降，桥头跳车成为普遍且复杂的问题，对这一特殊路堤病害的成功处治尚不多见。
近年来，加筋土结构的柔性桥台开始应用于工程实践，这种结构有可能在根本上防止桥头跳车的产生。
本文从分析造成高速公路桥头跳车现象的原因出发，提出并着重讨论了应用加筋柔性桥台处理桥头跳车的加固机理和具体工程实践。
笔者作为一个公路人，在近几年的路网建设中，涉及到较多的旧桥改造和加固以及新改线路段的新建桥梁，对桥头跳车原因及处治措施进行了一般性探讨。
一 分析桥头跳车的原因 桥头跳车是刚性桥台结构物与柔性(相对桥台)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因结沉降等产生较大的差异沉降变形而引起，使得路面形成显著台阶式变化，导致高速行驶的车辆产生颠簸跳跃的现象(见图1)。
台背路堤就是指桥台与引道路堤的过渡段，包括桥台后一定范围的未压实路堤和压实路堤。
在生产实践中，台背路堤仅凭经验进行设计施工，缺乏科学依据，使其很难达到良好的使用要求。
台背路堤的结构破坏，已成为公路主要病害之一。
据美国对桥头跳车的研究分析，产生桥头跳车还与以下因素有关：①填筑材料的压缩；②路堤下天然土基的沉降；③施工方法不当：④交通负荷大；⑤排水不畅；⑥填筑材料选用不当；⑦冲刷造成填土流失；⑧接缝质量差；⑨气温的循球变化(尤其是整体式桥台)。
整体式桥台比较特殊，它会随气温的循环变化以及桥台翼墙对引道的加压和减压产生相应的跳车现象。
二 防治桥台跳车的措施 过去的桥台台背修筑，一般采用碎石、砂砾等透水性材料作台背填料、支承刚性过渡式结构、临时过渡式路面等措施，但这些措施并不能从根本上消除桥头跳车问题。
西安公路交通大学王秉纲等认为，路基工后沉降的影响是重要因素，但可以通过设置搭板等构造物加以避免。
但是，大量调查资料表明设置桥头搭板的长期效果并不明显，并且对于差异沉降较大的桥头不适用，而且有时还会出现一些新的问题，如：①搭板断裂后引起路面开裂，导致地表水下渗破坏天然地基；②因温度变化引起的搭板热胀冷缩使搭板变形(拱起)破坏路面结构；③尽管在桥台路堤衔接处无明显跳车，但在枕梁处发生局部下沉造成这一部位的跳车。
但是若将石砌或混凝土砌的刚性桥台改为加筋土结构的柔性桥台，在施工中就能保证加筋土结构所选用的填科及其压实度与台背填料基本相同，支承刚度基本相同，在使用中桥台的沉降与台背填料的沉降保持一致，就可以在根本上避免错台的出现和桥头跳车的产生。
应用柔性桩等具有适当变形量的桩型作为桥台基础，允许桥台本身可有适量的均匀沉降，使之与路基变形协调，这不仅技术上可行，而且经济上更加节省。
三 应用于桥台的加筋柔性技术探索 为方便研究，笔者对素填土路堤(A1)和三种不同土王加筋间距(分别为30cm、45cm、60cm，对应的模型简称A2、A3、A4)的加筋路堤情况分别进行了模拟研究。
计算采用ANSYS6．0有限元计算软件，台背路堤应用土工有纺织物加筋的计算模型如下图3所示： 在计算中，将铺有土工全盛材料的路堤近似地看作平面应弯的三层边疆体系，即将土体、土工合成材料、土体―土工全盛材料界面分别作为独立的结构层次。
计算中所用的非线性弹性模型参数，见表1 ①土体单元 采用邓肯――张双曲线模型 土体采用抛物线二维八节点等参单元。
在等参单元中，形成单刚及计算面力、体力的等效荷载向量都使用高斯数值积分。
②织物――土接触面单元 是根据土工织物在有垂直应力约束的拉伸试验结果结合加筋受拉杆件的力学特点确定的。
填土与织物之间的磨擦滑移性质，可用Goodman单元来模拟。
③织物单元――年成只能受拉，不能受压，不具有搞弯刚度的材料，只能沿轴向变形。
四模拟结果分析 四 模拟结果分析 根据用ansys6．0有限元模拟的第一主应力(1等值线图，路堤均在接近路面边坡附近出现大主应力区。
在荷载相同时，加筋路堤接近边坡部分大主应力比素填土路堤小得多，而且加筋间距越小相差越大，加筋路堤大主应力颁明显比素填土路堤均匀，但加筋间距为60cm的A4模型均匀性比A1、A2要差。
从第三主应力(3等值线图中可见，素填土路堤和加筋间距为60cm的A4模型堤脚处有明显的小主应力拉力区。
加筋路堤小主应力分布同样比素填土路堤均匀，加筋间距较大的A4模型均匀性比A1、A2要差。
从最大剪应力(man等值线图)看到，加筋时，路堤应力在加筋材料上侧出现应力集中，而且加筋时间距越小越显著。
但在荷载较大时，筋材下侧接近路堤边坡部分出现一定范围的剪切带，而且随着加筋间距的加大而扩展，需引起重视。
从模拟所得应力分布情况来看，土工织物加筋起到了对应力重新分布的作用，尤其是对水平应力和剪应力的影响特别显著。
特别是加筋间距较小的A1、A2模型，其应力分布比A4均匀性要好很多，说明加筋间距起着主导作用，荷载对应力分布的影响起次要作用。
五 桥台背沉降与加筋间距的关系 以209国道某桥梁改造为例，台背填土路基工程现场工况如下：填筑体密度2．03g／cm3，公路设计坡比1：1．5，填土高度6．8m，桥梁外荷载按50Kpa计算。
该台背高路堤随上覆荷载变形特点为：①变形率随着加筋间距的增大而增加；②变形率与上覆荷载的关系不是线性关系。
需按填土高度区别对待。
根据路基模型试验模拟高度分级，在沉降预测计算时将路堤分为4层，确定每层土体的上覆荷载，通过加载与稳定位移变化率曲线图，查得其相应的变形率，换算得到该层的沉降值，最后运用“分层总和法”得出总沉降值。
六 结语 通过对素填土和3种土工加筋形式背实测表明，利用加筋土柔性结构处理桥背填土，与原素填土路堤相比，土的密实度、强度、回弹模量以及承载力均得到提高，同时沉降量显著减小，几乎可以消除桥头跳车现象。
从经济和技术上分析，对回填高度为5—8cm的情况，加筋间距为0．45m能满足技术要求，经济效益最高。
采用此方法在路网建设中的公路桥梁的改造过程中很好的解决了桥头跳车的问题。
(作者单位：建始县公路段 445300)。