解析公路橋頭跳車的病害

　　導(dǎo)語：注冊(cè)公路造價(jià)師考試對(duì)專業(yè)知識(shí)的要求分為掌握、熟悉、了解三個(gè)層次，其含義分別為：了解，即要求考生應(yīng)具有與工程造價(jià)有關(guān)的廣泛知識(shí)面;熟悉，即要求考生對(duì)有關(guān)工程造價(jià)的知識(shí)應(yīng)具有深刻的理解;掌握，即考生能運(yùn)用所要求的知識(shí)解決實(shí)際工作問題。

　　一、前言

　　公路投入營(yíng)運(yùn)后，常會(huì)出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象。橋頭及橋梁伸縮縫處出現(xiàn)破壞，接縫處下沉，路面損壞，形成錯(cuò)臺(tái)。這些臺(tái)階，輕的使車輛通過時(shí)產(chǎn)生跳動(dòng)和沖擊，從而對(duì)橋梁和路面造成附加的沖擊荷載，造成行車不適或使通過的車輛大幅度減速，重的有的甚至造成行車事故，從而影響公路的正常營(yíng)運(yùn)。這種現(xiàn)象在一些軟土地基的地方更為嚴(yán)重，給養(yǎng)護(hù)部門帶來了很大困難。因此，本文對(duì)橋頭跳車形成原因及處理措施提出了一點(diǎn)認(rèn)識(shí)與見解，以共分析和探討。

　　二、橋頭跳車原因分析

　　(一)橋頭路堤地基沉陷

　　橋頭路堤及錐坡范圍內(nèi)不良地基處理不徹底，是橋頭跳車的主要原因。橋涵通常位于溝壑地方，地下水位較高，在南方地帶多有軟土，此類土壓縮性高，抗剪強(qiáng)度低，一旦受到擾動(dòng)，天然結(jié)構(gòu)易受破壞，強(qiáng)度便顯著降低。橋頭路堤及錐坡范圍內(nèi)地基如果在填土前處理不徹底或處理方法不當(dāng)，在路堤土的重力作力及車輛荷載作用下，會(huì)造成工后沉降較大。且橋頭路基填筑高度一般較大，產(chǎn)生基底應(yīng)力相對(duì)較大，在車輛荷載反復(fù)作用下，如基底處理不當(dāng)更容易引起地基沉陷，稱為次固結(jié)沉降，這種沉降由變形至穩(wěn)定往往歷時(shí)很多年。而橋梁構(gòu)造物的基礎(chǔ)都經(jīng)過嚴(yán)格的處理，其沉降量很小，因此常會(huì)產(chǎn)生路沉而橋不沉的現(xiàn)象。

　　(二)路基填料的影響

　　路堤填料在汽車荷載反復(fù)作用下，產(chǎn)生包括塑性和彈性的變形，其中主要是塑性變形。這種不可恢復(fù)的塑性變形是內(nèi)部土顆粒間的蠕變和側(cè)向變形造成的，相同作用不同填料的塑性變形量不同，且這種塑性變形在車輛荷載反復(fù)作用下會(huì)不斷積累，填料塑性變形大的，形成橋頭的沉降差就大，也就導(dǎo)致了橋頭跳車。因臺(tái)后填土較高，隨著時(shí)間推移，都產(chǎn)生不可避免沉降。有時(shí)臺(tái)后填土荷載對(duì)基底產(chǎn)生附加壓力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使橋臺(tái)向后傾斜，發(fā)生不均勻下沉，危及行車安全。

　　(三)橋頭路堤人為施工因素及壓實(shí)度的影響

　　首先，一些施工隊(duì)沒有嚴(yán)格按施工規(guī)程作業(yè)，臺(tái)背填土速度過快，施工時(shí)沒有按分層填筑、分層碾壓、分層檢測(cè)“三分法”施工，排水措施沒有做好，壓實(shí)度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。這些人為因素使高填土引道不穩(wěn)定，工后沉降大，且不均勻，是造成跳車現(xiàn)象主要原因之一。

　　其次，臺(tái)后填料一般為滲透性材料，存在著多孔隙，在車輛荷載和自身重力作用下，填料經(jīng)壓縮后孔隙率降低，在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生壓縮沉降。

　　再有，從施工上來看，橋臺(tái)背后施工空間狹窄，工作面小，大型壓實(shí)機(jī)具的使用受到限制。為保證橋臺(tái)不受損壞，大型壓實(shí)機(jī)具不宜靠近和接觸臺(tái)背，臺(tái)背填土很難達(dá)到要求的壓實(shí)度，通車后，這部分路堤的變形較大，導(dǎo)致橋頭跳車。

　　此外，路基填土在最佳含水量下壓實(shí)能達(dá)到最佳壓實(shí)效果，即干容重最大。下圖是填土干容量-含水量關(guān)系(曲線1)和填土壓縮模量-含水量關(guān)系(曲線2)的疊合圖。從以下圖可以看出，兩條曲線并不重合，在最佳含水量(ω0)下壓實(shí)的填土盡管干容重最大，但相應(yīng)的壓縮模量相對(duì)要小，也就是受荷載作用后變形就比較大。這種較大的變形也對(duì)橋臺(tái)與路堤銜接處產(chǎn)生不利影響。

　　(四)結(jié)構(gòu)突變橋臺(tái)路面與臺(tái)背路面在結(jié)構(gòu)上存在著差異

　　鋪設(shè)在橋臺(tái)臺(tái)背路堤上的路面結(jié)構(gòu)為多層路面體系，鋪設(shè)在橋臺(tái)頂?shù)穆访娼Y(jié)構(gòu)為路面面層與剛性橋臺(tái)組成雙層路面體系。在車輛荷載作用下，鋪設(shè)在橋臺(tái)臺(tái)背路堤上的路面墊層、基層密實(shí)度迅速增加，結(jié)構(gòu)層壓縮;而鋪設(shè)在橋臺(tái)頂?shù)穆访嬉蚵访嫦聦佑蓸蚺_(tái)組成，而橋臺(tái)為巨大建筑作用，加上基礎(chǔ)處理嚴(yán)格，相對(duì)于路基而言，沉降可視為零。這樣，不同路面結(jié)構(gòu)層兩側(cè)抗變形能力不同，相對(duì)沉降就不可避免出現(xiàn)，使路面結(jié)構(gòu)破壞，造成跳車。

　　(五)橋頭路堤滲水破壞

　　橋頭的差異沉降容易造成路面開裂，路面水滲入路基，受浸泡的路基強(qiáng)度指標(biāo)下降，基土軟化，造成引道路基下沉，導(dǎo)致跳車。同時(shí)還易發(fā)生唧泥、噴漿等破壞，而跳車又加大了車輛荷載對(duì)路面和路基的沖擊力。如養(yǎng)護(hù)維修不及時(shí)，這種惡性循環(huán)會(huì)使破壞程度加劇發(fā)展。橋頭路基兩側(cè)排水不暢、防水工程不完善也極易引起路基土的流失，引起橋頭引道的沉降和跳車。

　　(六)設(shè)計(jì)不周

　　有些設(shè)計(jì)沒有充分考慮橋臺(tái)臺(tái)背回填沉降的長(zhǎng)期性、不良地基處理方案不適宜、橋或接縫損壞而造成跳車。梁與引道路面接縫設(shè)計(jì)處理不當(dāng)?shù)龋�造成通車后兩�?cè)引道沉降大。

　　三、橋頭跳車病害防治措施探討

　　(一)處理好臺(tái)后地基

　　處理好臺(tái)后地基是控制橋頭跳車重要措施。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇對(duì)應(yīng)的地基處理方案，將工后沉降控制在允許圍內(nèi)，根據(jù)沉降的實(shí)際完成情況來確定開始鋪筑路面的時(shí)間。

　　《公路軟土地基設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)橋梁、通道、涵洞等構(gòu)筑物與路堤相接處的工后沉降規(guī)定見下表:

　　1.一般地基。挖除橋頭路堤邊坡及錐坡(護(hù)坡)坡腳外2m范圍內(nèi)的腐植土、耕植土、淤泥等非適用土，對(duì)基底進(jìn)行壓實(shí)，至達(dá)規(guī)定壓實(shí)度。

　　2.軟弱地基。對(duì)軟弱地基處理，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)有換填法、超載預(yù)壓、塑料排水板、粉噴樁復(fù)合地基等常用方法。橋頭路堤地基要針對(duì)軟土層的厚度和軟弱程度采用不同的處治方法。當(dāng)淺層軟土厚度小于2m時(shí)宜全部挖除，再進(jìn)行基底壓實(shí)，換填顆粒較粗的透水性填料，壓實(shí)度要求同一般地基。當(dāng)軟土層較厚，全部挖除有困難時(shí)，則可采用其它方法。

　　超載預(yù)壓法施工工期較長(zhǎng)，剩余沉降量也大。但真空預(yù)壓法在杭寧高速德清段建設(shè)中嘗試成功，它的原理是將地基部分形成真空，利用氣壓的作用迅速排出土壤中的水分。它與傳統(tǒng)的超載預(yù)壓法相比，具有排水固結(jié)快、成本低、工期短、路基填筑快速、穩(wěn)定、安全等特點(diǎn)。

　　對(duì)于飽和軟粘土類地基應(yīng)盡量考慮采用塑料排水板或砂井等排水固結(jié)法處理，這類方法造價(jià)比較低，加固效果好，施工也簡(jiǎn)單，且經(jīng)驗(yàn)較為成熟;水泥粉噴樁復(fù)合地基加固軟土效果明顯，施工工期短，但費(fèi)用高。

　　地基挖除或處理后，視情況設(shè)置砂礫墊層，在墊層頂面鋪設(shè)土工布，坡腳處設(shè)排水盲溝及時(shí)將路基水排除。對(duì)于濕陷性黃土地基，除了進(jìn)行強(qiáng)夯處理壓實(shí)度、承載力達(dá)要求外，處理后的基底標(biāo)高在橋臺(tái)、橋頭路堤范圍內(nèi)還應(yīng)在同一水平面上，并用石灰土或水泥土封閉，防止地基浸水。同時(shí)做好防水、排水工程，防止地表水滲入路基，造成沉陷。

　　(二)正確的選擇橋頭路堤的填料

　　對(duì)橋頭路堤，特別是軟土地段，填料應(yīng)選擇內(nèi)摩擦角大、透水性良好、易壓實(shí)、沉降完成快、后期變形小的填料，且其細(xì)料含量不宜過大�；蛴梦锢砹�學(xué)性能比較高的流態(tài)粉煤灰水泥混合料作為橋臺(tái)回填料。不能采用高塑性粘土填筑橋頭路段。若透水性材料來源困難，可采用細(xì)粒土填筑，并執(zhí)行有關(guān)規(guī)定，土質(zhì)不好、含水量高的必要時(shí)可摻小劑量石灰、水泥或土壤離子穩(wěn)定劑等進(jìn)行處理。且在橋頭路堤任一高度的平面內(nèi)不應(yīng)采用不同填料填筑。在橋高頭路堤中使用土工合成材料(如設(shè)土工格柵加筋層)，利用其抗拉強(qiáng)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(dá)到提高土體承載力和抗剪強(qiáng)度的目的。經(jīng)試驗(yàn)，證明土工格柵加筋層間距越小，則路堤沉降越小。

　　(三)減少人為因素的不利影響控制好壓實(shí)度

　　填筑施工嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行，遵循“早開工，工期長(zhǎng)一點(diǎn)”原則，按“三分法”施工，分層填筑、分層碾壓、分層檢測(cè)，控制好壓實(shí)度和含水量，此外還要按規(guī)范要求控制好填土速率，做好相應(yīng)排水措施。橋頭路堤及錐坡應(yīng)用小型振動(dòng)式壓路機(jī)或用強(qiáng)夯機(jī)分層碾壓夯實(shí)，每層碾壓厚度為15cm。由試驗(yàn)得出橋頭路堤的工后沉降量，以此來確定以后工序所應(yīng)采取的措施(如自然沉降、預(yù)留變位值等)。

　　(四)對(duì)接頭處路面進(jìn)行處理

　　為使兩個(gè)對(duì)接性質(zhì)不同路面體系在抗垂直形變上能平順過渡，對(duì)連接瀝青路面，則在橋臺(tái)處增設(shè)增變厚式水泥混凝土埋板，對(duì)連接水泥混凝上路面，則將連接處路面板改為變厚式。

　　采用鋼筋混凝土搭板是一種比較常見的處治辦法。搭板一端放在橋臺(tái)上，并加設(shè)防滑錨固鋼筋，如為斜交橋，則應(yīng)設(shè)置鋼筋混凝土漸變板。其原理是將橋臺(tái)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(jìn)行緩和過渡，將路面縱坡變化控制在容許范圍內(nèi)。搭板長(zhǎng)度的確定是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

　　當(dāng)路面縱坡的變化不大于5/1000時(shí)，認(rèn)為可基本消除行車的跳躍感。則有:

　　5/1000≥x/L(搭板長(zhǎng)度———L;橋頭差異沉降量———x;)

　　可推出L≥200×x

　　但根據(jù)公式，若x=10cm，可得L≥20m。

　　在實(shí)際應(yīng)用中，搭板一般長(zhǎng)度為8米左右，厚約30cm。搭板連接了橋臺(tái)和路堤難以壓實(shí)的部分，越過了非壓密區(qū)，對(duì)橋臺(tái)背后填料難以壓實(shí)造成的問題起到了一定有效的作用。

　　廣西水任至南寧高速公路就采用8米長(zhǎng)、0.3米厚的搭板形式處理橋臺(tái)處路面，搭板一端放在橋臺(tái)上，并加設(shè)防滑錨固鋼筋，另一端則搭在枕梁上，枕梁的尺寸寬為20cm，高度為30cm。通車14個(gè)月，現(xiàn)狀良好，目前沒有出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象。

　　另外解決橋頭跳車的辦法是待沉降后再改鋪原設(shè)計(jì)路面，常用過渡性路面有預(yù)制水泥砼塊、瀝青過渡層等。

　　(五)對(duì)于路堤滲水破壞的防治

　　防治路堤滲水首先做好前面的四點(diǎn)，減少因橋臺(tái)臺(tái)背填土不均勻沉降所引起的路面裂縫，對(duì)接縫處進(jìn)行加強(qiáng)處理，做好路面及路基排水系統(tǒng)。因橋頭跳車時(shí)路面所受應(yīng)力至少是平時(shí)的2倍以上，當(dāng)橋頭處開始出現(xiàn)破壞時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)，以免路面滲水和橋臺(tái)跳車形成惡性循環(huán)，對(duì)路堤造成更大的損壞。

　　(六)加強(qiáng)設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)可采用一些新的工藝和方法，達(dá)到解決或減少橋頭跳車的目的。如由湖南大學(xué)土木工程學(xué)院陳昌富教授領(lǐng)銜的課題組，與湖南長(zhǎng)常高速公路建設(shè)公司、潭邵高速公路建設(shè)公司聯(lián)合組成研究組研制的“半剛性擠密樁復(fù)合地基”實(shí)現(xiàn)橋臺(tái)臺(tái)背剛?cè)徇^渡技術(shù)，這種處理方法是：一種由搭板、半剛性擠密樁復(fù)合地基和蓋板組成的加固橋臺(tái)臺(tái)背的結(jié)構(gòu)體系，這種結(jié)構(gòu)能較好的解決了橋臺(tái)強(qiáng)背由剛度相對(duì)較大的橋臺(tái)過渡到剛度相對(duì)較低的路堤的問題。此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于長(zhǎng)常高速公路和潭邵高速公路等工程上明顯減少了橋頭跳車現(xiàn)象，提高了車輛行駛的舒適性和安全性。

　　四、結(jié)語

　　橋頭跳車形成的原因較復(fù)雜，隨著高速公路的發(fā)展，人們對(duì)行車舒適和安全的要求越來越高，這就要求各部門的工程人員(設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)等部門)盡力協(xié)調(diào)，針對(duì)不同原因，提出合理方案，有效地避免橋頭跳車病害的產(chǎn)生。

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