0引言
    改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)的公路建設(shè)取得了飛速發(fā)展，到2006年底，全國(guó)公路通車(chē)總里程已達(dá)348萬(wàn)公里，高速公路4．54萬(wàn)公里。其中在橋臺(tái)構(gòu)筑物與臺(tái)后填土銜接處普遍存在差異沉降，使得路面形成臺(tái)階或顯著縱坡變化，高速行駛的車(chē)輛通過(guò)時(shí)產(chǎn)生顛簸跳躍，從而導(dǎo)致橋頭跳車(chē)現(xiàn)象的產(chǎn)生。這種現(xiàn)象幾乎在每條高速公路上都有，只是數(shù)量多少和程度輕重的差別。橋頭跳車(chē)不僅影響了行車(chē)的速度與舒適性，降低了道路的通 行能力，加速了橋臺(tái)臺(tái)背、橋頭伸縮縫以及接縫路面的破壞，而且是道路交通安全的重要隱患之一，嚴(yán)重影響了高速
公路的社會(huì)效益。目前針對(duì)橋頭跳車(chē)的研究多注重于工程實(shí)踐，較少進(jìn)行系統(tǒng)的研究，對(duì)處治方法的作用機(jī)理和適應(yīng)性沒(méi)有搞清楚，即使立題研究，也往往投入較少，只有宏觀調(diào)查資料，而缺少試驗(yàn)分析結(jié)果，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析較少。因此，方法的推廣應(yīng)用就必然受到限制。

    筆者協(xié)同其他研究人員依托交通部西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目針對(duì)這些情況，由路橋過(guò)渡段的病害機(jī)理人手，深入剖析，對(duì)比了各種既往處治措施及其適應(yīng)條件。并通過(guò)研制地基沉降模擬系統(tǒng)和動(dòng)力加載模擬系統(tǒng)，利用大規(guī)模足尺模型試驗(yàn)等手段對(duì)路橋過(guò)渡段路基修筑技術(shù)進(jìn)行了深入研究，提出了楔形柔性搭板處治新技術(shù)，歸結(jié)了該新技術(shù)的適應(yīng)性，展示了其工程實(shí)際應(yīng)用情況。這些成果對(duì)路橋過(guò)渡段路基的設(shè)計(jì)、施工和病害治理具有重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。

1橋頭跳車(chē)作用機(jī)理
    1．1橋頭差異沉降
    橋頭跳車(chē)現(xiàn)象產(chǎn)生的直接原因是剛性橋臺(tái)和柔性路堤在荷載的作用下由于剛度的較大差異而引起的顯著差異沉降。橋頭跳車(chē)的表現(xiàn)形式主要有2種，一是橋頭不設(shè)搭板時(shí)橋臺(tái)與路堤銜接處的錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象；二是橋頭設(shè)置搭板時(shí)由于搭板路基端沉降引起的路橋過(guò)渡段縱坡變化。
  
    雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)引起跳車(chē)的橋頭縱坡變化率的認(rèn)識(shí)有所差異，但一般可以認(rèn)為，當(dāng)橋頭縱坡變化率大于3％～6％時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生橋頭跳車(chē)。

    1.2橋頭地基及路堤填土不均勻沉降
    從橋頭路堤的變形機(jī)理考慮，構(gòu)成橋頭路堤差異沉降的主要因素有以下2個(gè)方面。

    1．2．1橋頭地基的固結(jié)變形
    原先無(wú)荷載的橋頭地基在較高路堤荷載作用下將發(fā)生固結(jié)沉降。由于地基固結(jié)存在時(shí)間效應(yīng)，如果地基預(yù)壓時(shí)間不足，則大部分地基沉降不能在路面施工前完成，路面竣工后的工后沉降將繼續(xù)發(fā)展，在路面頂部形成沉降差。在軟土地段，地基的工后沉降是產(chǎn)生橋頭差異沉降的主要因素。

    1．2．2橋頭路堤填土的壓縮變形
    路堤填土的壓縮變形主要取決于填料性質(zhì)、施工條件及臺(tái)前(背)防護(hù)排水工程的設(shè)置情況等。橋頭路堤一般填土較高，橋臺(tái)附近又不宜壓實(shí)，使填土的壓實(shí)度較差。路面完成開(kāi)放交通后，壓實(shí)度不足的填土在行車(chē)荷載和路面及路基的恒載作用下產(chǎn)生壓縮變形，從而導(dǎo)致沉降差。另一方面，根據(jù)有關(guān)資料的調(diào)查研究，當(dāng)土堤壓實(shí)度為95％時(shí)，每米填土工后的沉降為0．5-1．0 cm。因此，即使橋頭壓實(shí)度滿足要求，沉降差也不可避免。對(duì)于地基條件較好的橋頭地段，橋頭路堤填土的壓縮變形是導(dǎo)致差異沉降的主要因素。

2橋頭跳車(chē)處治對(duì)策
    2.1地基處治對(duì)策
    地基處治的目的是改善地基性能，提高承載力和抵抗自然災(zāi)害的能力，增強(qiáng)地基穩(wěn)定性，減少或消除路橋過(guò)渡段的不均勻沉降，縮小橋臺(tái)與路堤的沉降差。從機(jī)理方面看，對(duì)軟基進(jìn)行處理就是要迅速消散下部軟弱土層中的超靜水壓力，提高土顆粒間的有效應(yīng)力，完成土體的二次固結(jié)過(guò)程。

    針對(duì)不良地基的預(yù)防措施目前已有換土法、超載預(yù)壓法、排水固結(jié)法、高壓噴射注漿法、振動(dòng)碎石樁法、深層攪拌樁、擠密砂樁等方法，但針對(duì)已有病害的地基處治缺乏比較系統(tǒng)的研究。而且很多預(yù)防措施在施工中沒(méi)有嚴(yán)格按要求實(shí)施，例如拋填塊石擠淤法碾壓不密實(shí)、軟土換填的厚度不夠，經(jīng)過(guò)多年運(yùn)營(yíng)之后由于塊石的重新排列、軟土的固結(jié)沉降，路基出現(xiàn)各種病害。

    2．1．1常用的處治方法
(1)靜壓注漿法；
(2)旋噴樁法；
(3)樹(shù)根樁托換法；
(4)換填法；
(5)混凝土擠密樁法。

    2．1．2處治方法的適應(yīng)性分析
    地基處治的對(duì)象是巖土體，其最大的特點(diǎn)是復(fù)雜多變，沒(méi)有一種方法是萬(wàn)能的，而且每種處治方法也有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，因此只有具體問(wèn)題具體分析，才能對(duì)癥下藥，達(dá)到治理病害的目的。下面分別對(duì)不同土質(zhì)地基的作用機(jī)理進(jìn)行分析，從而選擇合理的處治方法。

    (1)軟粘土地基
    由于粘土相對(duì)來(lái)說(shuō)沒(méi)有較大的孔隙，因此可以利用劈裂注漿使?jié){液沿垂直于小主應(yīng)力平面發(fā)生劈裂，漿液充填劈裂面，同時(shí)引起土體固結(jié)及擠出，可以大大提高土體的固結(jié)度，從而提高土體的抗壓強(qiáng)度。也可以用壓密注漿通過(guò)鉆孔向土層中壓人濃漿，在壓漿點(diǎn)周?chē)纬膳菪慰臻g，使?jié){液對(duì)地基土起到擠壓密實(shí)作用。還可以使用電動(dòng)化學(xué)注漿法，促使在通電區(qū)域的土中以高價(jià)金屬離子代換鈉離子，使土的含水量顯著降低，并可使土內(nèi)形成滲漿“通道”。若在通電的同時(shí)向土中灌注硅酸鹽漿液，就能在“通道”上形成硅膠，并與土粒膠結(jié)成具有一定力學(xué)強(qiáng)度的加固體；對(duì)于含水量較高，且沒(méi)有排水條件的軟基，還可以采用置換法，如旋噴樁法、混凝土擠密樁法、電動(dòng)化學(xué)法等。

    (2)濕陷性黃土地基
    凡天然黃土在上覆土自重應(yīng)力作用下，或在上覆土自重應(yīng)力和附加應(yīng)力共同作用下，受水浸濕后土的結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著附加下沉的，稱(chēng)為濕陷性黃土。發(fā)生顯著下沉的現(xiàn)象是濕陷性黃土地基的特性，然而這種特性會(huì)給結(jié)構(gòu)物帶來(lái)不同程度的危害，使路基及結(jié)構(gòu)物大幅度沉降、路基縱向開(kāi)裂，甚至還會(huì)引起路基邊坡的滑坡和坍塌。隨著中國(guó)西部開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的逐步實(shí)施，西北地區(qū)將成為大規(guī)模經(jīng)濟(jì)建設(shè)戰(zhàn)略要地，黃土地區(qū)的工程建設(shè)將越來(lái)越多，對(duì)黃土，特別是濕陷性黃土地基處理技術(shù)的研究就顯得尤為重要。當(dāng)黃土作為結(jié)構(gòu)物地基時(shí)，首先要判斷它是否是濕陷性黃土，由于濕陷性黃土受水浸濕后土的結(jié)構(gòu)迅速破壞，因此在處治上應(yīng)以防水和改善土體的抗水能力為主。

    (3)沖填土地基
    沖填土的性質(zhì)與所沖填泥沙的來(lái)源及淤填時(shí)的水力條件有密切關(guān)系。含粘土顆粒較多的沖填土往往是欠固結(jié)的，其強(qiáng)度和壓縮性指標(biāo)都比同類(lèi)天然沉積土差。沖填土地基一般要經(jīng)過(guò)人工處理才能作為建筑物地基。粉細(xì)砂含量為主的沖填土，其性質(zhì)基本上和粉細(xì)砂相同或類(lèi)似，因此在病害處理時(shí)可選用提高地基強(qiáng)度的方法。對(duì)于路堤填土較厚的沖填土可地基選用劈裂注漿、壓密注漿法使?jié){液對(duì)地基土起到擠壓密實(shí)作用；對(duì)于路堤填土較薄的沖填土，可開(kāi)挖路堤后按一般的方法處理，如換填、強(qiáng)夯等。

    (4)卵礫和塊石地基
    卵礫和塊石地基多位于山區(qū)的河谷地段和斷層破碎帶，具有大空隙結(jié)構(gòu)，隨著上部振動(dòng)荷載的重復(fù)作用以及地下水位的不斷變化，卵礫及塊石有可能發(fā)生重新排列從而引起地基的不均勻沉降。針對(duì)其具有大空隙性，可以采用滲透注漿法，通過(guò)漿液的填充和膠結(jié)作用來(lái)提高地基的承載力。

    (5)膨脹土地基
    膨脹土吸水膨脹、失水收縮，具有較大脹縮變形性能，且有變形往復(fù)的高塑性粘土。利用膨脹土作為結(jié)構(gòu)物地基時(shí)，如果沒(méi)有采取必要措施，進(jìn)行人工處理，常會(huì)給結(jié)構(gòu)物造成危害。處治時(shí)應(yīng)與濕陷性黃土類(lèi)似，以防水和改善土體的抗水能力為主。通常采用劈裂注漿、壓密注漿、旋噴樁來(lái)提高土體的密實(shí)度，改善土體的抗水能力結(jié)合加強(qiáng)地面排水設(shè)施的處治方法，只在漿液的選取上略有差異。

    路堤是承受和傳遞上部結(jié)構(gòu)、汽車(chē)荷載的載體。路堤的沉降和變形直接關(guān)系到公路的正常運(yùn)營(yíng)，一旦發(fā)生破壞后維修比較困難。由于在施工中受構(gòu)造物的影響，大型的壓實(shí)機(jī)械工作面較小，難以展開(kāi)壓實(shí)工作。即使有足夠的工作面可供大型壓路機(jī)開(kāi)展工作，也因壓實(shí)過(guò)程中大噸位機(jī)械振動(dòng)力太大，出于對(duì)橋臺(tái)的安全考慮，一般也不允許在橋臺(tái)背部位使用大型的壓實(shí)機(jī)械進(jìn)行壓實(shí)。

    因此，臺(tái)背部位回填土的壓實(shí)質(zhì)量難以保證，加之該部位路堤施工又晚于其他正常路段路堤施工時(shí)間，相比較沒(méi)有足夠的時(shí)間完成固結(jié)沉降，因而在自重的作用下路堤的壓縮沉降一般就比較大，這是引起路橋過(guò)渡段不均勻沉降的主要原因之一。過(guò)渡段處病害處治目的就是使路基與橋臺(tái)間實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過(guò)渡，由于考慮到公路的運(yùn)營(yíng)和地段的特殊性，在處治方法的選擇上就會(huì)有一定的限制，總的原則是減少對(duì)周?chē)€(wěn)定結(jié)構(gòu)的破壞，工期要短且要快，尤其是對(duì)于高填路堤萬(wàn)不得已一般不會(huì)采用大開(kāi)大挖，而小的填補(bǔ)又不能從根本上解決問(wèn)題。那么針對(duì)目前的路堤病害具體應(yīng)采取什么樣的措施是本節(jié)所要論述的問(wèn)題。 [NextPage]

    2.2.1路堤常用處治方法
(1)注漿法；
(2)換填法：
(3)托換法：
(4)土工織物(圖1)：
(5)設(shè)置柔性橋臺(tái)(圖2)。

   2．2．2處治方法的適應(yīng)性分析
    中國(guó)由于地質(zhì)、地形變化較大，臺(tái)背填土的材料和處治方法也較多，因此在病害處治時(shí)應(yīng)對(duì)不同填料的路堤和施工方法采用不同的處治對(duì)策。

    (1)對(duì)于山區(qū)公路的臺(tái)背回填通常采用強(qiáng)度較高、透水性較好的塊石或片石夾土回填，雖然塊石和片石的強(qiáng)度較高，而且透水性也較好，但其不易壓實(shí)，由于工期和資金的限制，多數(shù)路基未經(jīng)過(guò)特殊處理，而且大量的資料表明，臺(tái)背填土存在局部的大空隙結(jié)構(gòu)。

    在車(chē)輛荷載和自重壓力作用下易發(fā)生重新排列，從而引起路基的不均勻沉降。因此對(duì)于可能具有大空隙的材料宜采用滲透注漿法，利用漿液充填大空隙，同時(shí)產(chǎn)生一定的膠結(jié)作用，從而達(dá)到限制路堤的沉降變形和增加其整體性，提高路堤強(qiáng)度的目的。

    (2)對(duì)于孔隙較小的一般粘性土、粉質(zhì)土路堤，根據(jù)其顆粒小，容易壓密的特點(diǎn)，可采用壓密注漿法、劈裂注漿法、樹(shù)根樁托換法和旋噴樁法。但在方法選擇的原則上又略有不同，對(duì)于路基發(fā)生了不均勻沉降的情況通?？刹捎脡好茏{法和樹(shù)根樁托換法，這樣不僅可使路堤填土的密度增大，還可使局部下沉的路堤得到抬升。

    (3)對(duì)于濕陷性黃土和膨脹土路堤可選用劈裂注漿法、旋噴樁法，因?yàn)樵摲ú粌H可以壓密土體還可通過(guò)注人化學(xué)漿液改變土的物理化學(xué)性能。

3橋頭跳車(chē)新型處治技術(shù)——楔形柔性搭板
    楔形柔性搭板是利用土工格室加固層新穎的立體結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的加固機(jī)理，形成整體性好、剛度較大的柔性結(jié)構(gòu)層，采用模量漸變?cè)恚和瑫r(shí)考慮地基和路基2個(gè)部分沉降因素，在路橋過(guò)渡段設(shè)置楔形加固區(qū)，柔性結(jié)構(gòu)層一端固定于橋臺(tái)，另一端與路基相連，實(shí)現(xiàn)剛性橋臺(tái)與柔性路基模量的平穩(wěn)過(guò)渡，消除過(guò)大的差異性沉降，形成平緩的沉降過(guò)渡段，達(dá)到防治橋臺(tái)跳車(chē)的目的。

    3．1楔形柔性搭板的結(jié)構(gòu)型式
    柔性搭板布置按橋臺(tái)類(lèi)型(重力式、樁柱式、肋板式)的不同而分為3種基本型式，見(jiàn)圖3。

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    3.2楔形柔性搭板大比尺模型試驗(yàn)系統(tǒng)
    路橋過(guò)渡段小比尺模型試驗(yàn)雖然也能部分揭示處治方法的作用機(jī)理和適應(yīng)性，但由于受模型比例的限制，其邊界條件、加載方式、路基填土特性、地基沉降規(guī)律及材料特性往往與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際相差較大。因此，小比尺模型試驗(yàn)很難定量分析處治方法的適應(yīng)性。為了有效地模擬不同工況下的路橋過(guò)渡段，對(duì)比和分析不同處治方案對(duì)地基沉降的適應(yīng)性，開(kāi)展大比尺模型試驗(yàn)很有必要。地基沉降模擬和動(dòng)荷加載模擬的研制是開(kāi)展大比尺模型試驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是難點(diǎn)。要實(shí)現(xiàn)以上2項(xiàng)功能，必須要設(shè)計(jì)1個(gè)集合地基沉降系統(tǒng)、動(dòng)力加載系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及配套系統(tǒng)在內(nèi)的大規(guī)模試驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)此，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)先例，其設(shè)計(jì)方案無(wú)成熟經(jīng)驗(yàn)可資借鑒。因此，筆者協(xié)同課題組其他研究人員集合了多個(gè)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的研究人員開(kāi)展了聯(lián)合攻關(guān)，在多方努力下不斷探索，成功地克服了困擾大比尺模型試驗(yàn)平臺(tái)的多個(gè)難題。模型試驗(yàn)的結(jié)果表明，大比尺試驗(yàn)平臺(tái)各個(gè)子系統(tǒng)運(yùn)行良好，完全達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)和要求。

    3．2．1系統(tǒng)規(guī)模及布設(shè)
    大比尺模型試驗(yàn)采用1：1足尺模型，路基頂面寬為3．4 m，橋臺(tái)填土高6 m，邊坡坡率1：1．5，試驗(yàn)系統(tǒng)底面面積300 m2(15 m×20 m)。其試驗(yàn)平臺(tái)概貌見(jiàn)圖4。

    3．2．2試驗(yàn)系統(tǒng)組成
    大比尺試驗(yàn)系統(tǒng)根據(jù)地基沉降和動(dòng)載模擬的需要，由4大系統(tǒng)組成，包括沉降系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，見(jiàn)圖5。

    3.3楔形柔性搭板作用機(jī)理
    土工格室加筋土不同于一般意義上的加筋土，在土工格室加筋土結(jié)構(gòu)中，筋材面與大主應(yīng)力作用方向是重合的：即土工合成材料面不垂直于大主應(yīng)力方向。在土工格室中充填砂石或其他材料，則土工格室與填料所構(gòu)成的這種復(fù)合體，其抗拉、抗剪強(qiáng)度和整體性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于無(wú)筋土。若將這種復(fù)合體視為傳統(tǒng)意義上的加筋材料，則加筋面即為水平面，土與“加筋”的接觸面也為水平面，這種加筋土結(jié)構(gòu)與一般意義上的加筋土結(jié)構(gòu)相同，而土與“加筋”的接觸面即為土與土的接觸。因此，在這種加筋土結(jié)構(gòu)的受力變形過(guò)程中：

    (1)土與土的摩擦與粘著提供了較大的摩擦系數(shù)與粘著力，產(chǎn)生了較大的摩擦力和抗拔力。

   (2)土工格室提供了較大的抗拉強(qiáng)度，以滿足防止發(fā)生拉力破壞的需要。

    (3)土工格室與充填于其中的填料共同工作，相互作用，土工格室對(duì)填料提供了較大的側(cè)向約束作用，格室側(cè)壁對(duì)其中的填料產(chǎn)生了向上的摩擦支承力，從而形成一個(gè)具有較大抗拉強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度的復(fù)合體。

    3.4楔形柔性搭板適應(yīng)性分析與工程應(yīng)用
    3．4．1適應(yīng)性分析
    土工格室柔性搭板處治措施，其適應(yīng)范圍較土工格柵更為廣泛。由于土工格室本身就能對(duì)所填材料施加一定的側(cè)限，所以對(duì)填筑材料沒(méi)有過(guò)多的要求。

    此外，土工格室具有“網(wǎng)兜支撐效應(yīng)”，對(duì)地基附加應(yīng)力有一定的消減作用，因此其對(duì)地基的要求也較土工格柵低。土工格室處治效果與其和填料組成的復(fù)合體的模量有很大的關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，填料的模量越大，復(fù)合體的模量也越大。

    3．4．2工程應(yīng)用
    大量調(diào)查資料和文獻(xiàn)表明，目前中國(guó)已建高等級(jí)公路橋頭跳車(chē)病害十分普遍。隨著高等級(jí)公路建設(shè)的加快，橋頭跳車(chē)帶來(lái)的潛在危害、經(jīng)濟(jì)損失及不良社會(huì)影響，已引起公路建設(shè)單位和技術(shù)人員對(duì)此問(wèn)題的高度重視，并開(kāi)展了不少研究，提出了很多新方法和新措施。

    但常見(jiàn)的處治方法由于作用機(jī)理的差異，都存在一定的適用范圍和局限性，故目前橋頭跳車(chē)處治中，既有成功的實(shí)例，也不乏失效的工程。筆者研究過(guò)程中，從消化地基沉降和實(shí)現(xiàn)路橋過(guò)渡段剛?cè)徇^(guò)渡的機(jī)理出發(fā)，提出了土工格室楔形柔性搭板處治新技術(shù)，并將其應(yīng)用于工程實(shí)踐中。圖6為某工程采用楔形柔性搭板技術(shù)處治橋頭跳車(chē)施工現(xiàn)場(chǎng)。

    4、結(jié)語(yǔ)
    針對(duì)目前高等級(jí)公路路橋過(guò)渡段橋頭跳車(chē)病害嚴(yán)重的現(xiàn)狀，在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，本文由路橋過(guò)渡段的病害機(jī)理人手，深入剖析、對(duì)比了各種既往處治措施及其適應(yīng)條件。并通過(guò)研制地基沉降模擬系統(tǒng)和動(dòng)力加載模擬系統(tǒng)，利用大規(guī)模足尺模型試驗(yàn)等手段對(duì)路橋過(guò)渡段路基修筑技術(shù)進(jìn)行了深入研究，提出了楔形柔性搭板處治新技術(shù)，歸結(jié)了該新技術(shù)的適應(yīng)性，展示了其工程實(shí)際應(yīng)用情況。