基于高速公路橋頭跳車問題的研究

摘要：橋頭跳車是高速公路比較嚴(yán)重的質(zhì)量問題之一，它很大程度上影響了高速公路的行車速度、安全性等，迄今為止還沒找到完全消除的方法。筆者根據(jù)公路建設(shè)的工程實(shí)踐，針對(duì)高速公路橋頭跳車的形成原因進(jìn)行了分析，介紹橋頭跳車在工程設(shè)計(jì)中的預(yù)防措施，并對(duì)幾種較為可行的解決方案進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：橋頭跳車；原因分析；解決方案

1橋頭跳車問題的基本概述

橋頭跳車是指引道路堤與橋臺(tái)構(gòu)筑物填土銜接處產(chǎn)生較大差異沉降，使路面形成了顯著縱坡變化，從而造成高速行駛的車輛在該路段行駛時(shí)產(chǎn)生顛簸跳躍的現(xiàn)象。跳車現(xiàn)象在高速公路中危害極大，高速行駛的車輛發(fā)生跳車時(shí)，乘車的舒適度和行車的安全性都大大降低。車輛為避免跳車不得不在橋頭頻繁減速、加速，這樣對(duì)交通的流動(dòng)性以及車輛的損耗和廢氣排放都產(chǎn)生了較大的影響。此外，橋頭跳車還會(huì)對(duì)橋梁的壽命產(chǎn)生惡劣的影響，加速橋頭路面及伸縮縫的破壞。文章從分析橋頭跳車的形成原因出發(fā)，分別對(duì)幾種具有代表性的解決方案進(jìn)行了探討。

2橋頭跳車問題的原因分析

在柔性路堤與剛性橋臺(tái)結(jié)構(gòu)物連接處，由于行車荷載的反復(fù)作用，填土自身固結(jié)所產(chǎn)生的差異沉降變形是跳車現(xiàn)象發(fā)生的直接原因。影響橋頭差異沉降的主要原因有: 填筑材料的壓縮；施工方法不當(dāng)及接縫質(zhì)量差；交通負(fù)荷大；排水不暢；填筑材料選用不當(dāng)；沖刷造成填土流失等。

近河流的橋頭路基，由于河水的沖刷和排水不良，沖走了橋頭附近的土壤和臺(tái)背填料，是造成該處橋頭跳車的主要根源。就現(xiàn)場(chǎng)施工而言，橋臺(tái)臺(tái)背填筑是在構(gòu)筑物基本完工之后，由于施工場(chǎng)地狹窄，作業(yè)不便，填筑壓實(shí)比較困難，而且容易積水。如果填筑不密實(shí)，完工后橋頭與路堤填土銜接處就會(huì)出現(xiàn)沉降差，就造成跳車現(xiàn)象發(fā)生。

建筑材料在受荷以后都會(huì)產(chǎn)生變形，引道填土路堤和橋臺(tái)構(gòu)造物也不例外。填土路堤的剛度很小，易于在荷載作用下產(chǎn)生較大形變（包括塑性形變和彈性形變），而塑性形變占主導(dǎo)。據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)及研究，填土體在荷載長(zhǎng)期作用下塑性形變不斷積累。而橋臺(tái)構(gòu)筑物具有很大剛度， 可以認(rèn)為在施工結(jié)束時(shí)沉降已基本完成，在行車荷載作用下基本上無形變產(chǎn)生。這樣，橋臺(tái)臺(tái)背填土塑性形變就導(dǎo)致了橋頭部位差異沉降的產(chǎn)生。

填土自身固結(jié)形變及橋臺(tái)臺(tái)背填土塑性形變，導(dǎo)致橋頭與路堤填土銜接處產(chǎn)生差異沉降。一旦這種差異沉降超過某一限定值時(shí)，汽車經(jīng)過該路段車輪會(huì)產(chǎn)生上下振動(dòng)的現(xiàn)象。一般認(rèn)為如果這個(gè)人體就會(huì)感到明顯不適，發(fā)生橋頭跳車現(xiàn)象。汽車行駛于凹凸不平的路面時(shí)因沖擊作用將對(duì)路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大附加力[1]，而橋頭處的差異沉降“波紋”使得該部位路面承受的附加力增加， 附加應(yīng)力沿著路基遠(yuǎn)離橋臺(tái)的方向呈現(xiàn)先變大后減小的趨勢(shì)，從而加速了路面結(jié)構(gòu)層破壞，加劇了路基填土的受荷形變。此外，還可能導(dǎo)致整個(gè)路面結(jié)構(gòu)層在路堤與橋臺(tái)銜接處開裂，致使路面排水不良，使得地表水下滲到土基進(jìn)一步降低填土體的剛度，增大沉降量，使跳車問題加劇，嚴(yán)重時(shí)還可能出現(xiàn)沉陷。另外，相鄰路基的協(xié)調(diào)變形問題，即路堤縱向上的差異沉降也是導(dǎo)致跳車現(xiàn)象的原因，一般認(rèn)為如果相鄰路基的沉降差形成的坡度超過 就會(huì)出現(xiàn)跳車現(xiàn)象。

綜上所述， 柔性路堤與剛性橋臺(tái)銜接處是公路工程中的薄弱部位，如不作特殊處理，將產(chǎn)生嚴(yán)重的跳車現(xiàn)象。

3橋頭跳車問題的解決方案

3.1工程設(shè)計(jì)中預(yù)防

橋頭跳車問題，目前還沒有能夠徹底避免的好方法，但是在路橋工程設(shè)計(jì)過程中，如果把預(yù)防橋頭跳車問題產(chǎn)生作為設(shè)計(jì)目標(biāo)之一，慎重考慮并做到以下幾點(diǎn)，很大程度上能夠降低橋頭跳車問題的嚴(yán)重性，從而將該問題的危害大大減小。

由于采用變剛度路基更能夠減小路堤縱向的差異沉降，一定程度上避免橋頭跳車問題的出現(xiàn)。設(shè)計(jì)時(shí)采要用不同置換率、不同樁長(zhǎng)的攪拌樁對(duì)橋頭段路基進(jìn)行處理。

臺(tái)后路基應(yīng)選擇透水性好、內(nèi)摩擦角大的材料(如碎石)。

重視排水問題。由于好的排水設(shè)計(jì)應(yīng)能夠排除路面積水、防止沖刷。在橋臺(tái)周圍選用抗沖刷材料，并使用土工合成材料增強(qiáng)與細(xì)料的結(jié)合。

嚴(yán)格規(guī)范路堤填筑、路堤壓實(shí)、接縫以及排水的施工，尤其是橋臺(tái)背墻處的路堤要達(dá)到足夠的壓實(shí)度。

合理確定工期，并最好進(jìn)行超載預(yù)壓，在路面基層施工前應(yīng)保證有一定的自然沉降期，以提高軟基的固結(jié)度。

3.2工程實(shí)施中處理

處理好臺(tái)后地基。對(duì)臺(tái)后軟弱地基作良好處理是控制橋頭跳車重要措施。對(duì)軟弱地基處理， 目前有換填法、塑料排水板、超載預(yù)壓、粉噴樁復(fù)合地基等常用方法。工程實(shí)施時(shí)要根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，加以應(yīng)用，使地基承載能力滿足設(shè)計(jì)要求?？紤]到工程造價(jià)，一般情況可設(shè)置過渡性路面，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)補(bǔ)強(qiáng)措施，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。

臺(tái)背在一定范圍內(nèi)采用級(jí)配碎石。橋頭路基采用級(jí)配碎石回填，級(jí)配碎石具有較好的水穩(wěn)定性與壓實(shí)性能，是一種理想的回填材料，由于不能采用振動(dòng)壓路機(jī)碾壓，填料粒徑不宜過大，一般應(yīng)< 5 cm ，并且應(yīng)當(dāng)具有一定的級(jí)配。施工中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制每層的松鋪厚度≤20 cm ，利用壓路機(jī)無激振分層碾壓，靠近臺(tái)身部分使用夯實(shí)機(jī)分層夯實(shí)。

研究表明回填碎石土的壓實(shí)效果比較理想，具水穩(wěn)定性能，施工不受陰雨天氣的影響。施工中需用小型機(jī)具分層夯實(shí)，以保證其壓實(shí)性能，頂部可以鋪設(shè)一層6 %～8 %的白灰封層。從工程實(shí)施上講，用碎石填筑臺(tái)背來解決橋頭差異沉降問題，能夠達(dá)到消除橋頭跳車的目的，這一方法也切實(shí)可行，但由于工程造價(jià)偏高，目前來看還沒有被廣泛采用。

改進(jìn)臺(tái)背填筑工藝，在橋頭填土完成后再澆筑橋臺(tái)蓋梁；臺(tái)后路基填筑之前， 在處理后的地基土拱上設(shè)置泄水管或盲溝等排水設(shè)施。

設(shè)置橋頭搭板。施工過程中利用橋頭搭板，是一種比較常見的解決橋頭跳車問題的方法。橋頭搭板設(shè)計(jì)的基本思想：通過設(shè)置橋頭搭板，將路堤與橋臺(tái)銜接處因較大差異沉降引起的路面縱坡突變進(jìn)行緩和過渡，從而將路面縱坡變化控制在允許范圍內(nèi)，以便達(dá)到消除橋頭跳車的目的。路堤與橋臺(tái)銜接段出現(xiàn)兩次較大的路面縱坡變化。設(shè)置搭板則是將兩次縱坡改善為一次或兩次縱坡漸變，消除高速行車的跳躍感，通常認(rèn)為 時(shí)即可達(dá)到避免跳車目的。

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)及研究表明：工程實(shí)施中設(shè)置橋頭搭板的效果并不十分明顯，很多時(shí)候卻增加了一些新的橋頭問題: 搭板在與橋臺(tái)的銜接端拱起會(huì)破壞路面；負(fù)荷交通下的橋頭搭板折斷，將導(dǎo)致路面開裂、雨水下滲而破壞填土路基等。

強(qiáng)化施工質(zhì)量監(jiān)管[2]。由于橋涵兩端路堤所處的位置和特定條件，路基質(zhì)量的要求要高于一般地段。填土路堤與橋頭是兩種不同性質(zhì)的結(jié)構(gòu)物，具有不同的設(shè)計(jì)施工要求，為降低沉降差，應(yīng)該在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上提高該處路堤的壓實(shí)度要求。除了路基頂部土層可提高至98%或更高外，整個(gè)路堤的壓實(shí)度都應(yīng)提高。同時(shí)，為了使橋臺(tái)填方達(dá)到要求的密實(shí)度，必須完善施工工藝、方法和強(qiáng)化施工質(zhì)量管理。

參考文獻(xiàn)

[1]曠開萃.高等級(jí)公路橋頭跳車的綜合研究和分析[D].上海:同濟(jì)大學(xué)，2002.

[2]張曉峰.公路網(wǎng)規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)理論方法與應(yīng)用研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2007.

作者簡(jiǎn)介：任青巖（1967-），男，河南清豐人，工程師。