公路橋頭跳車(chē)設(shè)計(jì)原因分析及防治措施

周保儒

（江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司，江蘇 南京 210017）

1 橋頭跳車(chē)產(chǎn)生的原因

1.1 臺(tái)后路基的沉降

地質(zhì)不良造成的地基沉降是橋頭跳車(chē)的主要原因，而橋位通常處于地下水位較高，多有軟土，天然含水量大于液限，天然孔隙比大，常含有機(jī)質(zhì)，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。而橋頭路基填筑高度較一般地段高，產(chǎn)生基底應(yīng)力相對(duì)較大，更易引起相對(duì)構(gòu)造物的地基沉降(包括瞬時(shí)沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降)，特別是工后沉降。在路堤自重和車(chē)輛荷載作用下，更容易引起地基沉陷，且變形穩(wěn)定往往歷時(shí)數(shù)年乃至數(shù)十年。就是在一些穩(wěn)定地基，在外荷作用下，也無(wú)可避免出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題。

1.2 路基填料的壓縮沉降

臺(tái)背填料一般采用石灰土進(jìn)行回填，因材料本身仍存在孔隙，施工中采取任何措施也難將填料間的孔隙完全消除；一般情況下，臺(tái)背的施工是在橋涵與路基施工之后進(jìn)行的，由于結(jié)構(gòu)物的存在所導(dǎo)致的施工作業(yè)面狹小，同時(shí)也是為了保證結(jié)構(gòu)物本身的安全，使得大型壓實(shí)機(jī)具難以啟用，而小型設(shè)備又很難達(dá)到較好的壓實(shí)效果，這就不可避免地造成此段壓實(shí)度不足，甚至存在壓實(shí)盲區(qū)，不能將填料間孔隙完全消除；回填土自重、車(chē)輛的垂直荷載與振動(dòng)荷載作用下，孔隙率逐漸降低，填料逐漸壓縮，密實(shí)度逐漸增大，便在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生壓縮沉降，造成跳車(chē)。車(chē)輛長(zhǎng)期反復(fù)作用下，回填土易發(fā)生蠕變，橋頭跳車(chē)現(xiàn)象也隨著公路運(yùn)營(yíng)年限增加而加劇。

1.3 剛?cè)峤Y(jié)構(gòu)突變產(chǎn)生的相對(duì)沉降

橋臺(tái)為剛性結(jié)構(gòu)，自身壓縮變形近似為零，且回彈模量一般較大，而與之相連的臺(tái)背填料為彈塑性體，在壓實(shí)度達(dá)到95%時(shí)回彈模量?jī)H為30～80Mpa，兩者之間的回彈模量相差40倍左右，這種結(jié)構(gòu)的差異變形是造成橋頭跳車(chē)的本質(zhì)原因。一般而言，橋臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)置在較好的持力層上，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)，沉降幾乎為零；而橋頭路基都屬于柔性的，在車(chē)輛的交變荷載作用下，不但會(huì)產(chǎn)生彈性變形，而且會(huì)產(chǎn)生較大的不可恢復(fù)的塑性變形，此種塑性變形隨著時(shí)間的不斷積累，往往會(huì)大大超過(guò)橋臺(tái)的沉降而產(chǎn)生二者的差異沉降。剛度不同的路面所產(chǎn)生的振動(dòng)效果不同，柔性材料對(duì)能量的吸收要比剛性材料大，顯然道路與結(jié)構(gòu)物橋臺(tái)之間存在的較大剛度差，必然引起道路與結(jié)構(gòu)物橋臺(tái)之間產(chǎn)生較大的塑性變形相對(duì)差和較大的剛度突變，勢(shì)必增強(qiáng)橋頭跳車(chē)的振動(dòng)。

1.4 施工工序不當(dāng)引起的沉降

施工工序不合理及施工質(zhì)量未達(dá)到要求也是產(chǎn)生橋頭跳車(chē)的重要原因。部分施工單位對(duì)橋頭沉陷病害缺少足夠的重視，未按規(guī)范要求進(jìn)行施工；受工期限制，實(shí)際施工過(guò)程中先搶修橋涵，后填筑路基，這種工序安排的不合理，使臺(tái)背回填受工作面的限制，造成填料壓實(shí)度難以達(dá)到規(guī)范要求，無(wú)形中為臺(tái)背填料沉陷埋下了隱患；施工人員素質(zhì)較差，對(duì)施工中存在的缺陷（如彈簧、起皮、松散等）未做及時(shí)處理；機(jī)械配置不合理，使填料壓實(shí)度難以達(dá)到規(guī)范要求而使路堤的工后沉降偏大，造成橋涵等結(jié)構(gòu)物與路堤的沉降差。

1.5 排水不暢及填土流失

在橋涵與路堤的連接部化,由于存在縫隙,雨水會(huì)沿縫隙滲透,下滲水對(duì)橋臺(tái)一般不產(chǎn)生破壞作用,但對(duì)土類(lèi)填料易產(chǎn)生浸蝕和軟化,特別對(duì)填方體壓實(shí)不夠,易產(chǎn)牛侵蝕和軟化,降低強(qiáng)度,導(dǎo)致填方體變形.在外部車(chē)輛荷載沖擊作用下,必然造成橋頭路基沉陷。

2 設(shè)計(jì)方面原因

根據(jù)分析，橋頭跳車(chē)產(chǎn)生的原因是多方面的，包括設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、運(yùn)營(yíng)管理、養(yǎng)護(hù)等方面，具體表現(xiàn)在設(shè)計(jì)方面的有：a.對(duì)橋頭沉陷病害缺少足夠的重視，未按規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)；b.勘察資料不完善或不準(zhǔn)確，使得在設(shè)計(jì)過(guò)程中忽視了對(duì)不良地基（如軟土、黃土、鹽漬土地基等）進(jìn)行特殊處理的要求；c.設(shè)計(jì)單位缺乏軟基處理經(jīng)驗(yàn)，基底設(shè)計(jì)不當(dāng)或設(shè)計(jì)不合理；d.設(shè)計(jì)單位對(duì)施工過(guò)程如何便于碾壓考慮不周，對(duì)臺(tái)背填料未作嚴(yán)格的要求，臺(tái)背排水和防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不完善。

3 設(shè)計(jì)常用處治對(duì)策

3.1 設(shè)計(jì)前期

加強(qiáng)沿線地質(zhì)調(diào)查、勘探，分析地質(zhì)情況；根據(jù)地質(zhì)情況，合理選用經(jīng)濟(jì)、合理的路基處理方案；綜合考慮各方面的因素，合理布孔，充分領(lǐng)悟“安全、經(jīng)濟(jì)、美觀、耐久”的設(shè)計(jì)理念，注重橋臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與利于臺(tái)背回填機(jī)械化施工的有機(jī)結(jié)合。

3.2 設(shè)計(jì)階段

3.2.1 加強(qiáng)地基處理

處理好橋頭軟弱地基，是控制跳車(chē)的關(guān)鍵。當(dāng)軟弱層較薄時(shí)，可用天然砂礫、碎礫石、砂等強(qiáng)度高、滲水性好的材料進(jìn)行換填；若軟弱層較厚時(shí)，可采用砂井、超載預(yù)壓、砂樁、碎石樁、粉噴樁、塑料排水板等措施，降低土體的含水量，加速軟土地的固結(jié)，提高地基的承載能力。地基處理有多種方法，如換土法、強(qiáng)夯法，粉噴樁、旋噴樁、碎石樁、砂樁、塑料排水板、堆載預(yù)壓等，通常采用的是粉噴樁、砂樁、堆載預(yù)壓。

粉噴樁一般借助于壓縮空氣，采用專(zhuān)門(mén)深層攪拌機(jī)械設(shè)備，從不斷回轉(zhuǎn)的中心軸端向四周被攪松的土中噴出漿體或粉體固化劑 (如水泥等)，經(jīng)葉片攪拌，并吸收周?chē)?，在加固的深層軟土中進(jìn)行一系列物理——化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)復(fù)合地基，從而提高橋頭軟土地基承載力，減少沉降量(特別是工后沉降)，縮短固結(jié)期。其最大優(yōu)點(diǎn)是工后沉降小，缺點(diǎn)是造價(jià)較高。

砂樁適用于松砂地基、雜填土或軟土，對(duì)地基土起置換、豎向排水和擠密作用。一般采用砂、砂礫、礫卵石、碎石或建筑垃圾等作為樁體的主要材料，采用專(zhuān)用機(jī)械將材料灌入地基，形成樁土復(fù)合地基來(lái)提高地基承載力和減少沉降。因具有施工工期短、速度快、質(zhì)量容易控制及噪音小等優(yōu)點(diǎn)，該方法適應(yīng)能力強(qiáng)，可用于軟弱地基、液化土地基和濕陷性黃土地基等多種復(fù)雜地質(zhì)條件。

堆載預(yù)壓法該適用于透水性低的軟弱粘性土，為加速排水固結(jié)，減少后期沉降，一般采用堆載預(yù)壓或超壓施工，使地基土的有效應(yīng)力增大、抗剪強(qiáng)度和承載力及穩(wěn)定性都得以提高。其特點(diǎn)是施工簡(jiǎn)便快捷，造價(jià)較低，但效果比上述兩種類(lèi)型略差，仍存在少量工后沉降。

地基處理的方法是有效的，但其不能根本消除軟基沉降現(xiàn)象，其工后沉降值一般情況下都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于樁基橋臺(tái)的沉降量。

3.2.2 選用恰當(dāng)?shù)奶钪牧?/p>

由于土的內(nèi)摩擦角較小，加之壓實(shí)質(zhì)量的影響，路基的沉降一般較大。為了防止橋頭路基產(chǎn)生蠕變沉降，回填應(yīng)選用摩擦角大，強(qiáng)度高,，透水性好的填料，如采用粗粒的砂礫、碎石土或石灰土等，且壓實(shí)速度快，加載后能在短期內(nèi)完成變形；臺(tái)后填土多采用輕質(zhì)填料，常用的材料為粉煤灰，其目的就是減少填方容重，減輕填方土體對(duì)地基的壓力，從而達(dá)到減少地表以下土層排水同結(jié)產(chǎn)生的沉降，遏止橋涵連接路堤的過(guò)渡沉陷有一定的顯著效果。

3.2.3 選用合適的排水方式、防護(hù)形式

在地基頂面可采用水泥砂漿封層，并且在處理后的基底頂面應(yīng)合理設(shè)置橫向泄水管或盲溝。設(shè)置完善的排水系統(tǒng)并做好防水措施，在路面結(jié)構(gòu)層下設(shè)置防滲層，在基底設(shè)置反濾層，特別是粘性土或石灰穩(wěn)定土填筑的臺(tái)背，要防止雨水浸入對(duì)橋頭造成病害。

3.2.4 修建足夠長(zhǎng)度及強(qiáng)度的橋頭搭板

搭板設(shè)置可以使在柔性路堤產(chǎn)生的較大沉降逐漸過(guò)渡至剛性橋臺(tái)上，使車(chē)輛通過(guò)時(shí)跳躍現(xiàn)象大為減少。橋頭搭板長(zhǎng)度設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)路基的容許工后沉降值計(jì)算確定，搭板的近臺(tái)端一般擱置在橋臺(tái)前墻頂面或其牛腿上。對(duì)于不設(shè)搭板的，應(yīng)設(shè)置過(guò)渡路面，也可以有效地消除二次跳車(chē)。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了減少公路運(yùn)營(yíng)中橋頭跳車(chē)的現(xiàn)象，應(yīng)對(duì)臺(tái)后回填從設(shè)計(jì)、施工等方面進(jìn)行控制。在設(shè)計(jì)方法上應(yīng)根據(jù)具體的地質(zhì)條件、工程工序與銜接情況上采用適應(yīng)的臺(tái)后回填設(shè)計(jì)方案、填筑材料和施工組織設(shè)計(jì)。在施工方面，強(qiáng)化工程質(zhì)量意識(shí)、提高施工工藝和加強(qiáng)施工管理和監(jiān)理作用。建設(shè)管理單位應(yīng)從全局出發(fā)，協(xié)調(diào)好監(jiān)理、設(shè)計(jì)、施工等參建單位，合理確定工期，為工程的實(shí)施創(chuàng)造一個(gè)良好的環(huán)境。

[1]牛秀義.在設(shè)計(jì)和施工中對(duì)橋頭跳車(chē)的防治方法.遼寧交通科技.2004-04-30