1 前言

桥涵台背回填一直是公路路基填筑问题中的一个难点，其主要原因是由钢筋混凝土浇筑而成的台墙结构与由碎石、粘土等材料回填碾压而成的路基结构之间存在着较大的刚度差，从而使两者在相同的荷载条件作用下，产生了较大的塑性变形差，造成了车辆在行驶至桥涵台处某些位置时，产生了所谓的“跳车”现象。“跳车”不但直接影响了车辆行驶的平顺性和安全舒适性，而且还对车辆和桥梁的使用寿命造成了严重伤害。因此，如何有效地控制台墙结构与路基结构之间的沉降差，是解决台背回填问题的关键。

目前解决台背回填问题的方法主要是：提高台背地基的固结度和承载力；提高台背回填材料的刚度。现在较为先进的处理方法是采取一定长度的刚—柔性过渡结构段，实现桥涵台和路堤刚度之间塑性变形的平顺过渡。

2 刚—柔过渡结构的设计思想及基本类型

2.1 刚—柔过渡结构的设计思想

刚—柔过渡结构的设计思路是使刚度差在路基和结构物之间的一定范围内渐变，使得塑性变形相对差异也在这一范围内渐变，使之回填体与桥涵台以及回填体内部任何一点、甚至是回填体与路基之间刚度差不致于引起跳车，从而保证桥台与路堤之间的平稳过渡[1]。

通过整体考虑桥台、路基和回填体三者的刚度差异，使回填体过渡段刚度有从桥台刚度渐变至路堤结构刚度的趋势，将台阶式沉降转换成较小的坡度差，控制沉降差，防止“跳车”现象的发生[2]。见图1。

图1 刚度渐变图

2.2 刚—柔过渡结构的基本类型

a. 填料+土工格栅分层加筋结构

土工格栅是高速公路上一种比较常见的材料，利用土工网对土体颗粒的约束作用，增强土体颗粒与土工格栅接触面之间的咬合力，从而充分发挥土工格栅的加筋作用，有效提高土体的承载能力和抗变形能力[3]。

填料+土工格栅分层加筋结构是指在分层回填级配碎石土的同时，自基坑底部开始分层铺设长度逐渐增加的土工格栅，逐层压实，使其与级配填料紧密结合。另外，土工格栅的一端还需锚固在台背结构上，进一步增强薄弱处的土体强度。见图2。

图2 填料+土工格栅设计示意图

b．填料+过渡台阶结构

桥涵台背与回填体接触部位是结构刚度变化最大的部位，也是机械比较难以到达夯实的部位，因此在回填区域采用由碎石、片石、水泥砂浆等原材料砌成浆砌片石台阶，逐步向路堤方向过渡。通过一层一层下降的台阶级数，使刚度能有一个逐渐过渡的趋势，平顺由刚度差异所造成的不均匀沉降。

过渡台阶根据不同的桥涵台台高，设计相应的台阶级数及每级台阶的高度与宽度。另外，浆砌片石原料取材方便、价格低廉、易于施工，其强度也较高，因此是较好的过渡性材料选择。图3为填料+过渡台阶设计示意图。

图3 填料+过渡台阶设计示意图

c．填料+搭板结构

台背后紧靠的路堤段由于刚度突变大，压实质量不易控制，往往沉降量比较大。在结构物与路堤间设置搭板，增强过渡段路堤刚度，减小沉降，以保证台后路堤一定长度范围内的沉降差不超出控制值。同时，搭板结构能够有效减缓车辆驶下桥面时对路堤面层的冲击力，使得原本刚度较小的柔性路堤结构受到一定的保护。图4为填料+搭板结构设计示意图。

图4 填料+搭板结构设计示意图

3 刚—柔过渡结构的数值模拟及分析

本文结合温州某高速公路台背回填的工程实况，采用ANSYS有限元分析软件，对设计的填料+过渡台阶+搭板的结构形式进行模拟，分析过渡结构对于控制沉降差所起的作用，同时研究过渡结构的优化设计问题。参照工程点的勘察报告以及规范要求，数值模拟参数选取见表1。

表1 工程点数值模拟参数取值

3.1 数值模型的建立