公路桥头跳车原因分析及处治措施浅淡

公路桥头跳车原因分析及处治措施浅淡1刖言桥头跳车问题是高速公路建设中的一大难题，已成为高速公路的三大质量通病之一。目前，已投入使用的高等级公路（包括高速公路）中，普遍存在一个问题：路面在台背回填处出现不同程度的沉降断裂（沉降值一般为10〜30cm,有的甚至超过60cm），使车辆通过时产生跳跃和冲击，造成对桥涵和路面附加的冲击荷载，使司机和乘客感到颠簸不适，甚至造成车辆大幅度减速，严重的可导致交通事故（特别是车辆机械事故）。为了消除结构物与路堤的差异沉降，高速公路养护部门每年都要花巨资进行维修和养护，造成巨大的经济损失，且产生不良的社会影响。如何解决高等级公路桥头跳车问题，本文根据施工经验提出了一些理论与施工上的认识与见解。2桥头跳车产生的原因形成桥头跳车的原因是多方面的。理论上讲均与桥台台背回填质量与施工处理方案有直接关系，一般的台后处理如图1所示。在图1台背处理中，桥涵等结构物与路堤本身结构刚度的差异、设计措施的不当以及施工质量欠佳和工序安排的不合理均会造成桥头跳车。具体地说，桥头跳车的原因主要体现在以下几个个方面：2.1.1地基土承载力不足桥涵常位于沟壑地段，地下水位较高，多属软土。天然含水量高、孔隙比大、压缩性强和抗剪强度低等特点使软土地基具有很低的承载力。在软土上填筑路基，便极易产生沉降（包括瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降）。而桥头路基填筑高度较其它地段大，产生基底应力相对较大，更易引起相对构造物的地基沉降，特别是工后沉降。2.1.2台背填料压缩引起路基的沉降尽管台背采用了砂粒及石灰土等材料进行回填，但因含水份仍存在孔隙，施工中采取任何措施也难将填料颗粒间的孔隙完全消除。回填土自重、车辆的垂直荷载与振动荷载作用下，孔隙率逐渐降低，填料逐渐压缩，密实度逐渐增大，便在一定期限内产生路基沉降。长期车辆反复作用下，回填土易发生蠕变，桥头跳车现象也随着公路运营年限增加而加剧。所以说缩沉降主要取决于填料性质、施工条件及台前台背的防护排水工程的设置等情况。根据有关资料调查研究：当土堤压实度为95%时，每米填土工后的沉降约为1cm。2.1.3刚柔突变引起的沉陷跳车桥涵等结构物与路堤刚度的差异是造成桥头跳车的本质原因。由于桥涵等结构物具有较大的整体刚度，而与之相连接的路基和路面属于柔性结构物，两者有明显的刚度差别。刚度不同的路面在跳车处所产生的振动效果不同，柔性材料对能量的吸收要比刚性材料大。显然，道路与结构物桥台之间存在的较大刚度差，必然引起道路与结构物桥台之间产生较大的塑性变形相对差和较大的刚度突变，势必增强桥头跳车的振动。2.1.4施工工序不当引起的沉降施工工序不合理及施工质量未达到要求也是产生桥头跳车的重要原因。桥涵施工工序，一般是在完成桥涵结构物以后再进行两端路堤本体的填筑。这样往往造成路堤填筑作业面狭窄，又由于靠近桥梁结构物的填土形状不规则，大型压实机械很难展开作业。因此，压路机的工作面受到制约，无法对紧靠结构物部分的填土很好地进行碾压，而用人工夯实，很容易造成该处的压实度达不到设计要求，而使路堤的工后沉降偏大，造成桥涵等结构物与路堤的沉降差。3解决桥头跳车的措施3.1地基处理处理好桥头软弱地基，是控制跳车的关键。目前对桥头软弱地基处理，国内已有加固土桩法、料粒桩法、竖向排水体预压法、堆载预压法和浅层处治法等措施，下面介绍几种行之有效的常用方法。3.1.1采用深层搅拌法加固桥头软基加固土桩类型主要适应于软弱粘性土。深层搅拌法一般借助于压缩空气，采用专门深层搅拌机械设备，从不断回转的中心轴端向四周被搅松的土中喷出浆体或粉体固化剂（如水泥等），经叶片搅拌，并吸收周围水份，在加固的深层软土中进行一系列物理--化学反应，使软土硬结成具有整体性和一定强度的优质复合地基，从而提高桥头软土地基承载力，减少沉降量（特别是工后沉降），缩短固结期。其最大优点是工后沉降小，缺点是造价较高。3.1.2采用砂桩加固桥头软基料粒桩类型适用于松砂地基、杂填土或软土，对地基土起置换、竖向排水和挤密作用。一般采用砂、砂砾、砾卵石、碎石或建筑垃圾等作为桩体的主要材料，采用专用机械将材料灌入地基，形成桩土复合地基来提高地基承载力和减少沉降。因具有施工工期短、速度快、质量容易控制及噪音小等优点，该方法适应能力强，可用于软弱地基、液化土地基和湿陷性黄土地基等多种复杂地质条件。3.1.3塑料排水板堆载预压法。该法属竖向排水体预压类型，主要适用于透水性低的软弱粘性土。塑料排水板是由芯体和滤套组成的复合体，或是由单一材料制成的多孔管道板带。为加速排水固结，减少后期沉降，一般都配合堆载预压或超压施工，使地基土的有效应力增大、抗剪强度和承载力及稳定性都得以提高。其特点是施工简便快捷，造价较低，但效果比上述两种类型略差，仍存在少量工后沉降。3.2路基处理3.2.1正确采用回填材料为了防止桥头区产生蠕变沉降，回填应采用粗粒的砂砾、碎石土或石灰土材料材料进行填筑。铺设轻质材料可以减轻路堤自重，有效降低地基应力，减少沉降并增大稳定安全系数，故若有粉煤灰供应也采用粉煤灰作为轻质材料。除此之外，有些地方开始试验推广一种新型超轻质材料-泡沫聚苯乙烯块对减轻路堤的重量，遏止桥涵连接路堤的过渡沉陷有一定的显著效果。3.2.2台背回填处理方式当桥台后选用摩擦角大、强度高、压实快、透水性好的填料如岩渣、砾石、砂砾等时，有利于从台背缝隙中渗入的雨水沿盲沟或泄水管顺利排到路基外，从而减缓雨水的危害，而且也有利于改善压实性能，使路基容易达到设计要求的密实度。填料的铺筑一般在基底处沿路堤纵向长度距桥台背不小于2m、且与路基相接处按不大于1：1设置斜坡或台阶，回填高度视路堤高度而定，一般取2〜4m。桥头回填处理的另一方式是在路基上部（约50cm范围内）设置水泥稳定料改善层次，使路堤体的刚度有所提高。一般稳定层结构是沿路堤纵向距桥台背约10m长，用一定剂量（如4%〜6%）的水泥进行稳定，并且远桥台端与路基相衔接处，采用1：1设置斜坡。上述两种处理方式均能达到减少竖向变形和刚柔突变的成效。如两种方式同时考虑，则效果更佳。3.2.3台背回填处的压实为减少桥涵两端路堤的工后沉降，从而使桥涵两端路堤与桥台结构物的相对沉降尽量小一些，一般可选填筑路堤预压，让路基排水固结，待路堤沉降基本完成以后再开挖涵洞或桥台位置土方，然后再施工桥涵。台背填筑前，宜在处理后的基底顶面上设置横向泄水管或盲沟。台背回填宜在完成台前防护工程及桥涵上部结构吊装之后进行，同时注意结构物两端对称填筑施工。台背回填的压实质量是影响台背回填沉降的一个主要因素。由于台背回填位于路基与桥台相衔接这个特殊位置，成为碾压的一个薄弱环节，压路机难以碾压到位，且大吨位机械振动力太大时，对桥台有影响。因此，台背回填近桥台处的压实机械宜选用小型压实机具，且严格控制每层填筑厚度（宜取10〜15cm内）碾压遍数，并对每层填筑质量实施检测，力求压实度达到96%以上；对于机械夯实碾压不到之处，应及时采用人工补充夯实。3.3路面处理3.3.1设置桥台搭板搭板设置可以使在柔性路堤产生的较大沉降逐渐过渡至刚性桥台上，使车辆通过时跳跃现象大为减少。桥头搭板长度设计应根据路基的容许工后沉降值计算确定，常取3~15m（当超8m时，宜设计成两段式或三段式搭板）。搭板的近台端一般搁置在桥台前墙顶面或其牛腿上。当桥头引道为刚性路面时，搭板的纵坡可采用与路面设计纵坡平行方式（称平置式搭板）；而当引道为柔性路面时，则搭板的远台端常置于路面面层与基层之间（称斜置式搭板）。为预防搭板下沉，也可在搭板上先铺设一层沥青面层，通车后搭板若下沉时，则在其上加铺沥青混凝土或沥青砂。3.3.2设置变厚式埋板为避免二次跳车，常在搭板的尾端加设一段浅埋的变厚式埋板，其长度一般取3〜5m，对于水泥混凝土路面，也可将与搭板连接处的路面板改为变厚式板。在搭板、埋板或变厚式板的下层，为保证与桥台连接部位的刚柔层次在水平和垂直方向均能渐次变化，建议采用强度及回弹模量均高于其它路段相对应的路面结构层材料，以提高该部位的整体受荷和抗冲能力，有利于减少错台幅度，调整不均匀沉陷，改善桥头跳车或二次跳车现象。3.3.3采用过滤性路面根据桥涵的长度和路基的容许工后沉降值计算等情况，在桥头一定长度范围内铺设过渡性路面，待路堤沉降基本完成（一般为3〜5年）后，再改铺原设计永久性路面。常用的过渡性路面类型有预制水泥混凝土六棱块（边长34.6cm、厚20cm）、条石铺砌（25cmx25cmx40cm）、半刚性过渡层或沥青表处过渡层等。其中水泥混凝土六棱块和条石铺砌仅适应于水泥混凝土路面，最大优点是翻修处理速度快；但不易铺砌平整，行车仍有抖动感觉，且其砌缝应采用防水材料，以防渗入雨水损害路基。值得推广的简便有效方法是沥青表