淺談公路橋涵臺(tái)背跳車的原因及處理措施

宋安紅

橋涵臺(tái)背跳車是公路橋涵與臺(tái)背回填處由于差異沉降而使路面出現(xiàn)顯著的縱坡變化(統(tǒng)稱臺(tái)階),從而導(dǎo)致車輛通過時(shí)產(chǎn)生跳躍的現(xiàn)象。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展,我國(guó)公路建設(shè)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,但從使用情況上看,出現(xiàn)了橋涵臺(tái)背跳車這個(gè)較為普遍的問題,尤其在一些軟土地基地段更為嚴(yán)重,這不僅給公路養(yǎng)護(hù)部門帶來了很大困難,降低路面和橋涵的使用壽命,增加后期養(yǎng)護(hù)難度和費(fèi)用,而且制約道路的通行能力和服務(wù)水平,嚴(yán)重危及生命財(cái)產(chǎn)安全。

1 橋涵臺(tái)背跳車原因分析

橋涵臺(tái)背跳車產(chǎn)生的根本原因是構(gòu)造物與接線路堤的沉降差。沉降差的產(chǎn)生及形成是多方面的,包括地基地面條件、填料、施工材料以及設(shè)計(jì)、施工等諸多方面的原因。

1)地基沉陷。由于橋涵通常位于溝壑地段,地下水位較高,且多屬于軟弱基礎(chǔ),在路基營(yíng)運(yùn)荷載的作用下,使地基產(chǎn)生壓縮變形,形成地基沉陷。特別是由于軟弱地基一般都具有天然含水率高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、滲透系數(shù)小的特點(diǎn),地基沉降更為嚴(yán)重,并且需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能趨于穩(wěn)定。同時(shí),由于高等級(jí)公路多為全封閉、全立交,為了滿足被交公路、航道等凈空的要求,橋臺(tái)后的路基高度一般都較高。因此,產(chǎn)生的地基應(yīng)力相對(duì)較大,更容易引起地基沉降,從而導(dǎo)致橋臺(tái)后的路基隨地基在一定時(shí)間內(nèi)逐漸下沉。2)臺(tái)背填料壓縮沉降。臺(tái)背填料一般為砂類土或透水性材料,這些材料孔隙率大,所含的水分多,加上施工時(shí)受施工作業(yè)方面影響,壓實(shí)機(jī)具不能過分靠近接觸臺(tái)背,不能將填料顆粒間孔隙完全消除,在車輛荷載和自身重力作用下,孔隙率逐漸降低,臺(tái)后填料在一定期限內(nèi)產(chǎn)生壓縮變形、壓縮沉降,造成跳車。在工程實(shí)踐中,就是施工時(shí)工序符合要求,壓實(shí)度達(dá)到要求,但臺(tái)背填土較高,隨著時(shí)間推移,也會(huì)產(chǎn)生不可避免的沉降。3)施工不合理。個(gè)別承包商對(duì)橋頭填筑的重要性認(rèn)識(shí)不夠,在工期及經(jīng)濟(jì)利益的促使下,沒有嚴(yán)格按施工規(guī)程作業(yè),施工方法不當(dāng),臺(tái)背填土速度過快,對(duì)地基造成擾動(dòng)和破壞,沒有充分的時(shí)間固結(jié),用料沒有把好質(zhì)量關(guān),排水措施沒有做好,壓實(shí)度沒有達(dá)到要求。這些人為因素使臺(tái)背回填不穩(wěn)定,工后沉降大,且不均勻,是造成跳車現(xiàn)象的主要原因之一。4)剛性與柔性的突變。橋涵臺(tái)與臺(tái)背路面在結(jié)構(gòu)上存在著差異。從路面結(jié)構(gòu)組合可以看出,它們是兩個(gè)不同性質(zhì)路面體系,一側(cè)是鋪設(shè)在橋涵臺(tái)背墻頂面柔性面層與剛性橋臺(tái)組成雙層路面體系,另一側(cè)為柔性或半剛性多層路面體系,在車輛荷載作用下,墊層、基層密實(shí)度迅速增加,結(jié)構(gòu)層壓縮,而橋涵臺(tái)由于巨大建筑作用,加上基礎(chǔ)處理較好,一般認(rèn)為沉降已經(jīng)完成,相對(duì)于路基而言,沉降可視為零,而鋪裝層壓縮也不大。這樣,兩側(cè)抗變形能力不同,相對(duì)沉降就不可避免的出現(xiàn),使路面結(jié)構(gòu)破壞,造成跳車。5)設(shè)計(jì)不周。設(shè)計(jì)人員有時(shí)對(duì)施工過程如何便于碾壓考慮不周,對(duì)于填料的要求不嚴(yán)格,臺(tái)背排水考慮欠佳。橋涵結(jié)構(gòu)物兩端的路堤由于過水、跨線或通道的要求,一般填土都較高,低的3 m左右,高的可達(dá)10 m或更高,除了過水的橋涵兩側(cè)路堤往往受水浸淹,地基條件也較差,設(shè)計(jì)上對(duì)路基斷面結(jié)構(gòu)和邊坡防護(hù)上有所考慮外,其他多數(shù)情況對(duì)高路基設(shè)計(jì)上并無特別的要求,如壓實(shí)度等指標(biāo)與一般路堤無異。但由于路堤較高,在填筑以后受到自重和行車荷載的作用,路堤填土必然要產(chǎn)生豎向變形值。

2 橋涵臺(tái)背跳車病害防治措施

橋涵臺(tái)背跳車產(chǎn)生的原因是構(gòu)造物與兩端接線路堤的沉降差。目前要完全消除沉降差難以做到,因此應(yīng)從設(shè)計(jì)、施工、管養(yǎng)等多方面采取綜合治理措施減少其沉降差。

1)橋涵臺(tái)背地基加固處理。為消除橋臺(tái)和臺(tái)后填方段的差異沉降變形,需對(duì)地基進(jìn)行加固,對(duì)一般地基可采用加固土(水泥土、石灰土等)的方法進(jìn)行加固;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。就目前情況看,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;超載預(yù)壓一般可利用施工荷載作為軟基預(yù)壓荷載,但施工工期較長(zhǎng),剩余沉降量也大;塑料排水板法加固效果好,工期較短,施工簡(jiǎn)單,經(jīng)驗(yàn)較為成熟,是目前處理軟基較為常用的方法。我們要根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況,采用適用于各自特點(diǎn)的特殊地基處理方法,以改善地基、提高承載力、減少工后沉降。

2)對(duì)接頭處路面進(jìn)行處理?？紤]橋臺(tái)與臺(tái)背路面在結(jié)構(gòu)、材料、剛?cè)?、脹縮等方面存在的差異,因此,如何消除和減少結(jié)構(gòu)突變影響,使其在縱、橫向都能平順逐漸過渡,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,是解決問題的關(guān)鍵。對(duì)連接瀝青路面,則在橋涵臺(tái)處增設(shè)變厚式水泥混凝土埋板,對(duì)連接水泥混凝土路面,則將連接處路面板改為變厚式。在搭板、埋板或變厚式板下,為保證連接部位的剛?cè)釋哟卧谒胶痛怪狈较蚓鶟u次變化,宜采用強(qiáng)度及回彈模量均高于土基的路面材料,以提高該部位的整體受荷和抗沖能力,利于減少錨臺(tái)幅度,調(diào)整不均勻沉降。

3)臺(tái)背填料的選擇。設(shè)計(jì)及施工中,臺(tái)背填料應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)擇優(yōu)選用。采用粗顆粒材料填筑橋涵兩端路堤,不僅改善了壓實(shí)性能,使其易達(dá)到要求的壓實(shí)度,而且對(duì)北方地區(qū)特別有利于減緩凍融的危害。國(guó)外臺(tái)后填方采用輕質(zhì)填料,其目的也是減輕填方土體對(duì)地基的壓力,提高地基的承載力和抗變形能力。在挖方地段的臺(tái)背回填部位,因場(chǎng)地窄小,應(yīng)選用當(dāng)?shù)氐氖?、砂礫等優(yōu)質(zhì)填料(在濕陷性黃土地區(qū)宜用水泥、白灰穩(wěn)定土),填料的施工厚度,以壓實(shí)后小于20 cm為宜。

4)妥善處理好接縫。參考柔性路面與剛性路面接縫處理方法,合理地使體系逐漸過渡,避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)突變點(diǎn)。橋梁與水泥混凝土路面間接縫,如處理不好,容易造成錯(cuò)臺(tái)。橋梁與瀝青路面間接縫,往往由于該處瀝青路面難以碾壓密實(shí)而沉陷和出現(xiàn)壅包。

5)嚴(yán)格控制施工方法及工藝。合理安排好施工計(jì)劃,施工時(shí)符合規(guī)定,是有效減少橋涵臺(tái)背跳車的關(guān)鍵,施工過程中盡可能擴(kuò)大施工場(chǎng)地,以便充分發(fā)揮一般大型填方壓實(shí)機(jī)械的使用,認(rèn)真施工,給予充分壓實(shí)。當(dāng)場(chǎng)地受限制時(shí),可采用橫向碾壓法,不能靠近臺(tái)背時(shí),可采用小型壓路機(jī)配合人工夯實(shí)進(jìn)行碾壓,控制好填料質(zhì)量,盡量采用輕型材料,滲水性好的填料。厚度控制在15 cm～20 cm之間,控制好碾壓遍數(shù),并對(duì)每層填筑質(zhì)量實(shí)施檢測(cè),特別是控制好壓實(shí)度,最終使壓實(shí)滿足設(shè)計(jì)要求。

6)設(shè)置完善排水設(shè)施。排水設(shè)施對(duì)填方的穩(wěn)定極為重要,特別是靠近結(jié)構(gòu)背后的填料,在施工中及施工后易積水下沉,因此設(shè)計(jì)及施工時(shí),應(yīng)保證施工中的排水坡度,設(shè)置必要的地下排水設(shè)施。另外也可以在橋臺(tái)與填方段結(jié)合處及過渡段的路面下設(shè)置墊層,防止路面下滲水進(jìn)入填方體。對(duì)中間為砂礫石填料、兩側(cè)為土類填料的填方體與加固地基的連接處,做30 m～50 m縱向集水管和每5 m～10 m的橫向排水管,以排泄填方體與加固地基之間的下滲水。

3 結(jié)語

橋涵臺(tái)背跳車問題討論已有很多見解,雖然不能從根本上解決問題,但個(gè)人認(rèn)為應(yīng)從設(shè)計(jì)、施工和管護(hù)等方面,針對(duì)不同原因,提出方案,采取綜合有效的治理措施,這樣才能有效地減免橋涵臺(tái)背跳車病害產(chǎn)生,有效地改善行車條件,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

[1]方福森.路面工程[M].北京：人民交通出版社,1990.

[2]王 玉.公路工程質(zhì)量通病防治指南[M].北京：人民交通出版社,2007.