路基工程知识：桥台后填土沉降机理分析

路基工程知识：桥台后填土沉降机理分析随着我国国民经济的迅速发展，高等级公路越来越多，而路桥过渡段桥涵（通道）及其后回填土差异沉降所引发的“桥头跳车”问题始终困扰着道路工程界。

路基与桥台的连接是不同性质构筑物的连接，在己建成的高速（等级）公路中，许多桥涵两端出现了不同程度的错台或较明显的沉降开裂。

这些错台（裂缝）致使车辆发生瞬时的上下颠簸（即所谓的桥头跳车）现象。

为降低颠簸程度保证行车安全，车辆被迫在桥头处减速行驶，这又影响到公路的使用性能和运输效益。

近年来，桥台跳车现象以其存在的普遍性和难以根治性，已被广泛重视起来。

国内外学者从病害成因机理、施工控制及处置措施等方面对桥涵回填稳定问题进行了广泛研究，认为解决桥涵后回填稳定性问题的关键可归结为保证公路正常使用的设计指标和控制指标问题，而台背填土沉降机理分析是设计指标和控制指标指定的关键问题。

本文就此问题进行一些分析与探讨。

台背填土力学特征分析
目前，道路上常用的桥台类型主要有重力式桥台、桩柱式桥台、承台分离式桥台这么3种（如图1、2、3）所示。

桥台后所用填料类型主要为：石灰土、砂砾、泥质页岩、手摆片石等。

尽管桥台类型的不同对台后回填材料的差异沉降有一定的影响，然而由于桥台容许的水平向与竖向变形相对地较小，从而可以统一处理为刚性约束边界条件。

由于桥后填土位于刚柔相济地的特殊位置，桥台与填土沉降的不均匀性造成了回填区路面的严重破坏，破坏情况可分为：
（1）搭板与桥头连接处路面车辙、开裂；
（2）回填区末端路面横向开裂；
（3）搭板末端与路基交界处路面的横向裂缝和差异沉降；
（4）搭板上的路面面层车辙严重，路面材料应进行特殊设计；
（5）浆砌片石重力式桥台台帽下片石易松散，造成伸缩缝和搭板下沉。

为分析上述工程病害的形成机理，有必要对桥后填土力学特征进行深入的分析。

非饱和状态
自然界中的地基土体是由土颗粒和颗粒间的孔隙组成的。

工程中所遇到的土体，大多数以非饱和土形态存在，即土颗粒孔隙中既含有液体，又含有气体。

除土颗粒本身的性质外，孔隙中水、气的含量不同，也将导致土体的性质各异。

一般认为，路基土在填筑过程中的夯实或压实都不足以使填土达到饱和状态。

此外，路基土位于面层下而在地下水位以上的特殊位置，使得路基中形成了饱水带和非饱水带混杂的情况。

因此，回填材料从本质上来说应属于非饱和土类型。

非饱和土具有多于两相的组成，其孔隙水压力相对于孔隙
气压力而言为负值。

非饱和土与饱和土在性质和工程性状上存在着根本的差异。

通常定义非饱和土具有三相，即：固相（指土颗粒），液相（主要指水），气相（指空气）。

更确切地说，非饱和土中还有第四相存在，亦即水与气的分界面或所谓的收缩膜。

例如，堤坝等工程在建造过程中孔隙压力的消散过程不能用经典土力学理论来说明。

堤坝的变形由于孔隙气体的存在而发生变化，若仍由饱和土力学理论来指导施工，势必影响填筑质量或施工进度。

堤坝运行后，水位变动会使孔隙水、气的比例发生变化，从而使土体的固结、强度和渗流等情况都与饱和土力学理论所阐明的不同。