高速公路橋頭跳車技術(shù)淺析

張洪濤

摘 要：簡述橋頭跳車的原因及其對行車速度的影響，并從理論與施工兩方面入手探討了解決高速公路橋頭跳車的方法，分別介紹了路基、臺背、路面三個關(guān)鍵部位的處理方法，以期指導(dǎo)實踐，避免橋頭跳車問題的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：公路；橋頭跳車；處理方法

1 概述

路面在橋頭過渡段出現(xiàn)不同程度的駝峰、錯臺、斷裂等病害，車輛通過時就會跳動，影響高速公路行車舒適性和人車安全，嚴重的會發(fā)生翻車撞車等交通事故。因此，如何解決高速公路橋頭跳車問題，對于保證公路正常的使用和經(jīng)濟具有很大的意義。從理論上和公路施工經(jīng)驗方面，對解決橋頭跳車問題進行探討，提出自己的認識與

見解。

2 橋頭跳車產(chǎn)生的原因

2.1 橋與路的剛?cè)岵煌鸬奶?/p>

剛度不同的路面在車輛行駛時產(chǎn)生的振動效果也不同。橋梁由于采用樁基礎(chǔ)或擴大基礎(chǔ)， 自身的穩(wěn)定與安全已不成問題，沉降量也很微小，屬于剛性結(jié)構(gòu)。而臺背材料一般采用透水性材料砂礫填筑，與橋臺相連的路基一樣，其剛性較小柔性較大屬于柔性結(jié)構(gòu)。由于柔性材料對能量的吸收要大于剛性材料，這兩者之間的剛度差勢必引起這兩者的塑性變形差，從而對車輛在此通過時產(chǎn)生一定的顛簸。

2.2 臺后填筑材料受壓收縮后引起路基沉降

臺背填料因含有水分存在孔隙，施工中采取任何措施也難將填料顆粒間的孔隙完全消除。所以公路在使用過程中，由于路基土體的自重，并受車輛荷載和各種自然因素的作用，土體中水分逐漸排出，孔隙率逐漸降低，土體體積收縮，豎向沉降進一步發(fā)展，便在一定的時間內(nèi)產(chǎn)生路基的沉降。所以，沉降主要取決于臺背填料的性質(zhì)和施工工藝、壓實方法及防排水工程等。

2.3 地質(zhì)狀況不良造成的地基沉降

因為橋涵等構(gòu)造物通常是修建在溝壑等地質(zhì)復(fù)雜地段，地質(zhì)狀況一般都是軟土，軟土主要由粘土粒及分粒組成，孔隙比大，其粘粒含量較高，有的可達60-70%； 軟土的天然含水量比較大，約在30-80%之間，受力后壓縮量自然較大。在路基荷載作用下，地基中的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，從而引起地基變形，出現(xiàn)沉降，所以在軟土上填筑的路基也極易產(chǎn)生沉降。

3 橋頭跳車的預(yù)防

施工設(shè)計在減輕跳車方面起著重要作用。另外，研究還向人們揭示了預(yù)防跳車現(xiàn)象產(chǎn)生的措施：橋臺及路堤建在堅實的天然土基上； 修建足夠長度及強度的橋頭搭板； 充分壓實填筑材料或使填筑材料處于穩(wěn)定狀態(tài)； 選用恰當(dāng)?shù)奶钪牧希?保持排水通暢； 修建低路堤； 土方填筑與路面鋪筑間有充分的時間間隔； 采用正確的施工方法及嚴格的檢驗； 減輕交通負荷。橋頭搭板造價雖高，但卻為解決跳車問題所廣泛采用。最有效的橋頭搭板為長度足以保持其坡度在1 /200以下且能承受全部行車荷載的搭板，典型尺寸為長8m，厚0.3m。

對橋頭跳車的防治，公路部門采取了多種方法，然而耗資巨大，卻沒有切實可行的措施。目前的最佳做法是將優(yōu)良的設(shè)計及施工方法與養(yǎng)護計劃放在同等重要的位置，若從以下幾方面考慮，雖不能把橋頭跳車徹底消除，但卻能將之減小到最低程度。

1）把橋頭跳車作為一個獨立的設(shè)計問題，并把預(yù)防其產(chǎn)生作為設(shè)計目標(biāo)之一。因為當(dāng)設(shè)計規(guī)則不精確時，工程上的失誤會偶有發(fā)生。再者，當(dāng)設(shè)計因素被完全忽視時，問題會進一步擴大。

2）每個設(shè)計部門均需指定一名技術(shù)人員負責(zé)橋梁接頭設(shè)計。因為不均勻沉降、排水、沖刷及壓實等是產(chǎn)生跳車的主要原因。

3）加強合作、開闊思路對解決跳車問題很有幫助。技術(shù)人員因勇于向現(xiàn)有的不成功的引道設(shè)計挑戰(zhàn)。因為跳車通常出現(xiàn)在路堤與橋梁的連接處， 所以， 要成為優(yōu)秀的基礎(chǔ)與路堤設(shè)計者， 首先要對現(xiàn)場及土壤做充分的調(diào)查和試驗。另外， 還要把施工與養(yǎng)護計劃放在同等重要的位置。在養(yǎng)護人員、施工工程師、結(jié)構(gòu)工程師、路面工程師以及道路工程師的通力合作下，跳車問題會更容易克服。

4）設(shè)計者對沉降量做精確計算，除非其明顯不會構(gòu)成問題，并應(yīng)分別針對路堤和橋臺建立沉降時間變化曲線，且在每次計算時都要對天然土及路堤土做適當(dāng)?shù)脑囼灒?設(shè)計出路面鋪完后將會產(chǎn)生的不均勻沉降量。由于在設(shè)計階段不知道填土的勁度，在進行引道設(shè)計時應(yīng)先設(shè)定某一勁度值并確保能在壓實施工中滿足和超出該勁度值。

5）如果不均勻沉降量太大而不能靠地基加固進行調(diào)整，設(shè)計者應(yīng)考慮采用橋頭搭板。是否采用橋頭搭板受不均勻沉降量的大小、日平均交通量及養(yǎng)護費用等因素的影響。在任何情況下， 安全但費用高的解決方法為設(shè)置橋頭搭板。效果好的橋頭搭板應(yīng)有足夠的長度以保持由路堤向橋梁的平穩(wěn)過渡，1/200的坡度被認為是搭板的容許坡度。搭板的設(shè)計應(yīng)能承受全部行車荷載。當(dāng)預(yù)測出將有大幅度沉降產(chǎn)生時，應(yīng)專門設(shè)計一種可灌入混凝土使其抬高或可維修的橋頭搭板。

6）一個好的設(shè)計應(yīng)該充分考慮構(gòu)造物與引道間伸縮量的變化。在進行橋臺背墻和搭板的設(shè)計和施工時要確保它們不會隨橋梁長度的變化而移動。

7）設(shè)計者應(yīng)重視排水問題。排水設(shè)計應(yīng)能排除路面積水并能防止造成沖刷。預(yù)防沖刷的普遍做法是在橋臺周圍選用抗沖刷材料以及使用土工合成材料使之與細料相結(jié)合。

8）設(shè)計者應(yīng)該選用正確的規(guī)范進行路堤填筑。路堤壓實。排水以及接縫的施工。橋臺背墻處的路堤要達到足夠的壓實度尤為重要。

9）施工期間，尤其在道路方面進行有效徹底的檢查有益于確保產(chǎn)品質(zhì)量。

10）在結(jié)構(gòu)物開放交通以前，監(jiān)理和設(shè)計者應(yīng)采取幾種特別措施對其進行最終檢查。對這些措施的采用處于下述的考慮：改正接縫施工中的不當(dāng)，增加水密性是避免橋頭跳車的關(guān)鍵； 道路縱斷面必須滿足規(guī)范中對橋面及引道坡度的規(guī)定； 結(jié)構(gòu)物及道路上排水通暢將有助于降低長期養(yǎng)護費用。

4 橋頭跳車的處治

4.1 壓實度控制

我國現(xiàn)行公路施工技術(shù)規(guī)范要求臺背填土的壓實度相同或略高來控制填筑質(zhì)量。分析一下壓實度控制指標(biāo)對控制橋頭差異沉降的作用。路基填土在最佳含水量下壓實達到干容重最大即是最佳壓實效果。此外，從施工角度來看，由于臺背施工空間狹窄，大型壓實機具的使用受到限制， 要達到要求的壓實度十分困難。另外，由于臺背填料的多樣性又使得單一壓實度指標(biāo)很難控制。研究表明，不同填料及時壓實度相同，在同一荷載作用下的塑性變形也不相同：強度低、剛度小的材料塑性變形較大， 也就是說使用強度低，剛度小的填襯即是達到規(guī)范要求的壓實度，在較大荷載作用下仍會產(chǎn)生較大塑性變形。綜上所述，用壓實度指標(biāo)控制臺背填筑很難有效地避免較大差異沉降產(chǎn)生，國內(nèi)外普遍存在的橋頭跳車現(xiàn)象也說明了這一點。增加臺后填土密實度，提高壓實的標(biāo)準會產(chǎn)生積極效果，尤其現(xiàn)采用新規(guī)范后，壓實度指標(biāo)進一步提高，但施工難度很大，不易實現(xiàn)。

4.2 設(shè)置橋頭搭板法

采用橋頭搭板來防止橋頭跳車是一種比較常見的處治辦法。搭板設(shè)計的基本思路是將橋臺與路堤銜接處因較大差異沉降引起的路面縱坡突變通過設(shè)置橋頭搭板進行緩和過渡，將路面縱坡變化控制在容許范圍內(nèi)，從而達到消除橋頭跳車的目的。顯然，搭板設(shè)計的關(guān)鍵是如何確定搭板長度。橋頭跳車的產(chǎn)生是由于橋頭部位路面縱坡變化造成行車跳躍，橋臺與路堤銜接段內(nèi)出現(xiàn)兩次較大的路面縱坡變化，設(shè)置搭板則是將兩次縱坡突變改善為兩次或一次縱坡漸變，消除行車跳躍感，一般認為路面縱坡變化不大于5%時即可達到目的。

橋頭設(shè)置搭板本質(zhì)上也不過是輔助性彌補差異沉降的措施。由于實際施工中搭板長度都較短，所以對于較大的差異沉降它仍舊無能為力。此外，較多的情況又增加了一些新的橋頭病害。1）盡管在路堤橋臺銜接處無明顯跳車，但在搭板枕梁處發(fā)生局部下沉造成這一部位的跳車；2）重交通作用下的搭板折斷不僅未消除跳車現(xiàn)象，而且導(dǎo)致路面開裂雨水下滲使土基受到破壞；3）搭板在與橋臺的銜接端拱起也會使路面破壞等等。

4.3 應(yīng)用土工格柵處理橋頭跳車

土工格柵的加筋處理：大量的工程實踐和研究表明，加筋可以明顯地提高土體的承載能力。到目前為止，關(guān)于土工合成材料加筋機理的認識集中于： 土工合成材料加筋發(fā)揮其抗拉強度，通過加筋與土體之間的摩擦作用約束土體的側(cè)向變形，從而達到提高土體承載力和抗剪強度的目的。大量的土工合成材料加筋工程實例表明加筋土的作用主要集中于3個方面：1）加筋土抗剪強度的提高使其受剪破壞的荷載增大，相應(yīng)的剪切變形較素土?。?2）加筋土在承受荷載時，土體的側(cè)向變形受到加筋的抑制，承載能力隨之提高， 趨近于彈性范圍內(nèi)工作；3）加筋材料使土體上的作用荷載均勻地分布在整個加筋土層上， 單位土體面積受荷減小?？梢钥闯?，應(yīng)用土工合成材料進行臺背填筑能夠有效降低土體受荷壓縮變形，減少塑性變形積累，一定程度上起到縮小橋頭差異沉降的作用。土工格柵處理橋頭跳車：應(yīng)用土工合成材料進行臺背填筑處理橋頭跳車是目前廣泛采用加筋土技術(shù)成功實踐的啟示。1）當(dāng)填土壓實度達到90%以上時，土工格柵對控制填土沉降幾乎沒有什么幫助；而在壓實度為90%以下時，加筋土填筑路堤沉降明顯減小；但填土壓實度如果低于70% ，加筋對控制沉降同樣無幫助。因此，得出控制臺背壓實度在85% 左右比較合適，而且這一壓實度施工也容易達到。2）土工格柵加筋層間距越小，則沉降越小。這同加筋的機理一致，土體側(cè)向約束越大壓縮變形越小。3）鋪網(wǎng)長度應(yīng)大于橋臺高的0.75倍，才能保證填土沉降曲線趨于平緩。以上是室內(nèi)模型試驗的結(jié)果。另外，采用土工格柵進行橋頭跳車處治，通過一年多的觀測發(fā)現(xiàn)加筋填筑橋臺一側(cè)路面沉降明顯減小，且沉降平緩均勻，達到了處理跳車的目的。而未處理的一側(cè)在通車后不久橋頭即出現(xiàn)較大的差異沉降。野外實體工程也說明應(yīng)用土工格柵處理橋頭跳車是行之有效的。

5 研究現(xiàn)狀分析

隨著高等級公路的大量建設(shè)， 雖然管理單位和工程設(shè)計人員對橋頭跳車的危害有了比較清晰的認識和足夠的重視， 在具體的工程設(shè)計中也采取了不少有效的處治措施， 取得了一些成功的經(jīng)驗。但從實際情況來看， 橋頭跳車現(xiàn)象不僅在舊的橋頭路堤存在， 在許多新建高速公路上也普遍存在。究其原因， 除了施工和運行過程中的一些不合理因素外， 主要原因有：

1）對橋頭路堤缺乏比較詳盡的地質(zhì)和水文調(diào)查， 沒有針對引起跳車的主要原因?qū)ΠY下藥。

2）只注重橋頭跳車處治方法的工程實踐， 較少進行系統(tǒng)的研究， 對處治方法的機理和適應(yīng)性研究明顯不足， 只有宏觀調(diào)查資料而缺少試驗分析。因此， 方法的推廣應(yīng)用必然受到限制。

3）路橋過渡段作為一個復(fù)雜的體系， 處治應(yīng)突出“綜合處治”。

6 結(jié)論

1）橋頭跳車是由于橋臺臺背填土在行車荷載作用下塑性變形的積累和填土自身固結(jié)沉降引起的， 而施工質(zhì)量控制不嚴格又加速了跳車的產(chǎn)生。

2）臺背填筑采用與路堤相同的壓實度指標(biāo)控制壓實起不到有效防止橋頭差異沉降產(chǎn)生的目的，臺背施工空間狹窄往往使壓實質(zhì)量難以保證。

3）橋頭搭板是一種將橋臺和路堤的差異沉降進行緩和過渡的措施， 實踐證明這一方法有待進一步完善。

4）土工格柵用于臺背填筑處理橋頭跳車有較可靠的理論依據(jù)和成功的工程實例。

5）一定范圍內(nèi)橋坡段可采用攪拌樁、碎石樁等進行加固擠密處理， 可有效防止路堤沉降。

參考文獻

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