上海江南建筑设计院有限公司上海201800
摘要：随着中国综合实力的日益强盛，现代化建设发展不断提速，可用于开发的土地不断减少。为了节省土地资源，城市通道多往高架方向发展。虽然大大的改善了交通条件，同时也增加了许多特殊病害。如高架桥路基与普通段路基产生的不均匀沉降，不仅给行车带来了极大不便，同时严重地影响行车安全。本文对高架桥下路面的不均匀沉降进行分析研究，力求找到最有效的措施，缓解病害带来的安全隐患。
关键词：高架桥；路面不均匀沉降；措施
近年来，我国交通事业迅速发展，随着交通流量的日益增加，拥挤程度日益加剧。但是由于城市房屋建筑过于密集，道路街道难于拓宽，城市高架桥在此特殊的环境要求下应运而生。作为城市基础设施的重要组成部分，高架桥既承载了城市路网的沟通联系，又可以疏散交通密度，提高运输效率。与此同时，也产生了一些不利影响，出现了一系列病害问题，如不均匀沉降、裂缝、拥包、隆起、断裂等，不仅影响道路美观，更严重的直接威胁到了行车安全。
同一车道高架立柱下的路面与周边路面的不均匀沉降会导致路基整体或部分下沉，路面出现波浪起伏、纵横向裂缝等不同病害的表现形式，既降低了车辆的行驶速度，又增加了行车的安全隐患。对于高架桥下路面不均匀沉降的研究，找到有效的处理措施，具有现实意义。经过多年的学习和应用，并参考相关文献，结合工程实践，笔者对高架桥下路面不均匀沉降病害成因和处理措施浅谈一些自己的看法。
1.路面病害的成因
高架桥立柱下路面和远离立柱路面（以下简称路基路面）的不均匀沉降，导致了一系列病害问题，主要原因归纳为几下几个方面：
1）地基土质
以上海市嘉定新城马陆社区崇文西路改建工程为例，当初在现状道路调查中，道路在高架桥下呈现出波浪形的病害，靠近高架立柱的路面凸起，远离高架立柱的路面凹下。经过对崇文西路土质地基进行分析，道路沿线浅部发育的地基土层主要为：①1-1层杂填土、①1-2层素填土、②1层褐黄色粉质黏土、②2层灰黄色淤泥质粉质黏土、②3层灰色砂质粉土夹淤泥质粉质黏土、第③层灰色淤泥质黏土。土层物理力学性质参数如下：
由此可知，软土的天然含水量高、压缩性大、渗透性小，受荷载作用后，变形量较大。
2）高架桥立柱下承台附近路面与路基路面的沉降不均
由于高架桥承台的保护等级远高于地面道路，其竖向位移的控制值，即承台的沉降量有严格的规定，一般不大于1cm。而地面道路的容许沉降量，主干路及以上，与桥台相邻处为不大于10cm，一般路段为不大于25-30cm；次干路及以下，与桥台相邻处为不大于20cm，一般路段为不大于30cm。其主要原因为立柱承台下方有桩基础支撑，地基土土层压缩模量较大，从而使处于共同受力状态的附近路面沉降量相对较小；相反，远离高架桥立柱承台的路面失去了桩基承台刚度作用的影响，其土路基是由不同属性的矿物材料组成，相对比较松散，导致沉降量相对较大。随着日后条件的变化及荷载的加载作用，两者的沉降差异将日益显著，形成不均匀沉降。
3）重载车辆
当“超载”车辆长期在道路上行驶，实际轴载远大于设计轴载，超载车辆对路面的损害不是同比例增长的关系，而是成几何级数倍增。相对来说，城市高架的载重控制要求更为严格，导致路基路面的超载问题更为突出，加剧了路面的不均匀变形，从而减小了道路的使用寿命。
2.承台路基的沉降控制要求
高架保护等级为一级，高架结构保护要求：高架结构的沉降（或隆起）变化累计量和水平位移变化累计量<10mm，水平直径收敛变化量累计<10mm。
3.路基沉降分析
按照崇文西路的工况条件，路面结构层厚度为0.63m，路基填土高度1.09m，各土层物理力学参数指标按勘察报告取用，进行软土地基路堤设计分析，当1.09m回填良质土时，最终地基总沉降0.15m，现采用轻质粉煤灰路堤，计算如下：
路堤设计高度：1.720（m）
路堤设计顶宽：24.000（m）
路堤边坡坡度：1：1.500
工后沉降基准期结束时间：166（月）荷载施加级数：2
序号起始时间（月）终止时间（月）填土高度（m）是否作稳定计算
10.0006.0001.720是
210.00014.0000.000是
路堤土层数：2超载个数：0
层号层厚度（m）重度（kN/m3）内聚力（kPa）内摩擦角（度）
11.09015.00010.00028.000
20.63022.00017.00030.000
地基土层数：9地下水埋深：0.500（m）
各土层厚度、重度、饱和重度、快剪C、快剪Φ、固结快剪、竖向固结系数、水平固结系数等参数均按详勘报告取用。
1）各级加荷的沉降计算
第1级加荷，从0.0~6.0月
加载开始时，路基计算高度=0.000（m），沉降=0.000（m）
加载结束时，路基计算高度=1.755（m），沉降=0.035（m）
第2级加荷，从10.0~14.0月
加载开始时，路基计算高度=1.755（m），沉降=0.038（m）
加载结束时，路基计算高度=1.761（m），沉降=0.042（m）
2）路面竣工时及以后的沉降计算
基准期开始时刻：最后一级加载（路面施工）结束时刻
考虑沉降影响后，路堤的实际计算高度为=1.761（m）
路面竣工时，地基沉降=0.042（m）
基准期内的残余沉降=0.046（m）
基准期结束时，地基沉降=0.087（m）
最终地基总沉降=1.200*0.109=0.130（m）
由计算可知，采用传统的粉煤灰轻质路堤进行回填，普通路段的最终地基总沉降量为0.13m，远大于高架立柱的容许沉降量10mm，不均匀沉降带来的影响不可避免。
4.不均匀沉降处理措施
为了减轻高架桥下路面由不均匀沉降造成的危害，需要对路面尤其是远离高架桥立柱的路基路面进行加固处理。降低其绝对沉降量，从而减小与立柱下路面的不均匀沉降差。
地基处理的方式有很多，每一种地基处理方法都有一定的适用范围、局限性和优缺点。目前上海地区比较常用的地基处理方法主要有：换填法、预压法、深层密实法、化学加固法、沉降控制复合桩基、土工织物法等。
1）换填法
换填法适用于处理各类浅层软弱地基，将基础底面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖除，然后分层换填强度大、性能稳定、无侵蚀性材料，并压实至设计要求的密实度为止。
如上述嘉定新城崇文西路改建项目，①1-1层杂填土，结构松散，土质不均匀，不宜直接作为路基持力层，采用普通良质土进行换填后的沉降量较大，虽然在规范范围内，但与高架承台的沉降差异过大，改用传统的轻质路堤粉煤灰虽有改善，但效果不明显。经过对比论证，最终设计采用容重较小的泡沫轻质土进行回填。
泡沫轻质土是用物理方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，与必须组分水泥基胶凝材料、水及可选组分集料、掺和料、外加剂按照一定的比例混合搅拌，并经物理化学作用硬化形成的一种轻质材料。具有轻质性、容重和强度可调节性、良好的施工性、良好的环保特性等特点。
路基填料用其作为替换后，最终地基的计算总沉降量减小为0.07m，再通过延长路基的压实施工时间，可有效改善不均匀沉降差异。
2）预压法
堆载预压法是利用天然地基土层本身的透水性质，通过预先施加一定的堆载预压荷载，使地基土中的孔隙水排出，土层充分固结和压缩，使地基土在预压施工期间完成大部分沉降量，从而减少路基的工后沉降量。
在工期允许的情况下，预压土的超载高度一般按照路面设计标高以上1m确定，若工期紧迫，预压土高度可提高到路面设计标高以上2m，进一步加快地基土的固结周期。
此方法施工简单、工程造价低。但该处理方法对地层情况及施工工期都有一定要求，一般需保证1年以上的堆载预压期。
塑料排水板＋超载预压
原地面整平后，铺设50cm厚砂砾垫层、打设塑料排水板，根据振动锤的电流值，使塑料排水板穿过软土层，包括淤泥、淤泥质粘土，并避免进入透水层。塑料排水板打设完工之后进行超载预压施工，预压土至路面设计标高以上1m。
从施工的经济角度考虑，该方法易于大面积地基处理，且技术可靠、工艺简单，对地层的扰动较小，但该方法施工周期较长，预压处理的时间一般不少于8个月。
上述工程整体工期较为紧张，无法满足预压处理所需要的时间，因此预压法有一定的局限性。
5.防治技术研究
为了减小高架桥下路面的不均匀沉降差，在预算范围内，采用轻质回填材料对软土路基进行回填，在施工过程中增强回填土的压实度，控制超载车辆的行驶。相对于后期的重复翻挖维修，经济性更优。
本文对高架桥下路面出现的不均匀沉降问题的分析研究，通过实际工程和现场勘察，从病害影响因素，到通过计算研究分析，再提出病害处理措施，仅涉及冰山一角。影响路基、路面工程的因素很多，也极其复杂，应根据不同的情况，充分考虑各因素对设计的影响，针对施工、管理等各方面条件的优化，使城市道路的质量全面提高，为国家基础建设创造良好的环境。
参考文献
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[3]孟程.高架桥道路建筑荷载引发路面不均匀沉降的数值模拟分析.公路工程.2018.02