高速公路改擴(kuò)建工程中橋頭跳車防治措施

袁志平

(石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán))

高速公路改擴(kuò)建工程中橋頭跳車防治措施

袁志平

(石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán))

摘 要:以某高速公路橋梁項(xiàng)目為工程依托，詳細(xì)分析了修建于軟土地基上的橋梁形成橋頭跳車的原因，并提出了相應(yīng)的防治措施。

關(guān)鍵詞:高速公路;改擴(kuò)建;橋頭跳車;原因分析;防治措施

1 引言

在橋梁的病害調(diào)查中，橋頭跳車是一個(gè)普遍存在的問題。在高速公路改擴(kuò)建工程中，由于新舊橋梁的橋頭地基沉積時(shí)間不一樣，會(huì)造成地基沉降不均勻，出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象也更加普遍。橋頭跳車會(huì)給公路造成很大危害，不僅影響行車的舒適性和安全性，還會(huì)在經(jīng)濟(jì)上造成很大損失。特別是修建在軟土地基上的高速公路，由于軟土地基的特殊原因，橋頭跳車形成的原因更多，也更復(fù)雜，如路堤沉降、路基填筑材料、施工工藝等。如何能進(jìn)一步的減小橋頭跳車對(duì)行車造成的影響，成為一個(gè)重要的研究課題。

2 橋頭跳車產(chǎn)生的原因

2.1 設(shè)計(jì)考慮不全面

設(shè)計(jì)作為建設(shè)工程中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于保證工程質(zhì)量，減小工程費(fèi)用和維修費(fèi)用其中關(guān)鍵的作用，如果設(shè)計(jì)中存在考慮不周的現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致橋梁后期運(yùn)營(yíng)過程中出現(xiàn)眾多問題，設(shè)計(jì)考慮不周主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。

(1)基底設(shè)計(jì)未做必要的處理，或處理不當(dāng)留下隱患。

(2)為了節(jié)省造價(jià)，設(shè)計(jì)時(shí)過分壓縮橋孔尺寸，致使橋頭路堤過高，自由沉降加大。

(3)橋頭防護(hù)工程的設(shè)計(jì)強(qiáng)度不足，路堤填料的水平土壓力過大，導(dǎo)致防護(hù)工程產(chǎn)生水平位移，引起橋頭路基沉陷。

(4)大、中橋梁端部設(shè)計(jì)模數(shù)式伸縮裝置時(shí)，由于有一定寬度的橫縫引起車輛跳動(dòng)，加大了橋梁引道的外荷應(yīng)力。

2.2 施工質(zhì)量

施工質(zhì)量的好壞直接影響到結(jié)構(gòu)物的壽命和使用年限，但是，往往由于施工工期緊，工程量大等原因造成施工質(zhì)量很難控制，造成結(jié)構(gòu)物的使用年限縮短，施工過程中存在的問題主要包括以下方面。

(1)施工不符合要求，臺(tái)背填土速度過快，沒有充分固結(jié)，造成填土沉降加快，沉降時(shí)會(huì)對(duì)臺(tái)背擋土墻等構(gòu)造物產(chǎn)生擠壓，若臺(tái)前護(hù)坡、擋墻等結(jié)構(gòu)物砌筑不及時(shí)，則可引起土體滑移，影響壓實(shí)效果，甚至危及橋基。

(2)臺(tái)背、尤其是臺(tái)墻后側(cè)及翼墻內(nèi)側(cè)填土，因受施工作業(yè)面限制，不易使用大型壓實(shí)機(jī)械，難以達(dá)到規(guī)定壓實(shí)要求。

(3)臺(tái)背填筑材料把關(guān)不嚴(yán)，施工時(shí)沒有嚴(yán)格按分層填筑、分層碾壓、分層檢測(cè)的“三分法”施工，沒有選擇合適的氣候條件進(jìn)行施工等。

2.3 臺(tái)背填料壓縮引起路基的沉降

臺(tái)背填料一般為滲透性材料，存在著較大的孔隙，施工中的任何措施都不可能將填料顆粒間的孔隙完全消除，只能在其自重及車輛荷載不斷作用下，孔隙率逐漸降低，填料逐漸壓縮，便在一定期限內(nèi)產(chǎn)生壓縮沉降。壓縮沉降主要決定于填料性質(zhì)、施工條件及橋(涵)頭防護(hù)工程的設(shè)置情況。一般透水性好的土、級(jí)配較好的砂石料，其壓縮沉降小;施工符合程序、壓實(shí)符合要求時(shí)，壓縮沉降小。如果原地表連年干旱少雨，水位下降，則會(huì)造成地基孔隙較大，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的固結(jié)沉降過程，路基會(huì)下沉變形。臺(tái)背填料因含水，存在孔隙，施工中采取任何措施也難將填料顆粒間的孔隙完全消除。在公路自重及車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，便在一定期限內(nèi)產(chǎn)生路基沉降。

2.4 剛度差值引起的沉陷跳車

橋臺(tái)的沉降只隨地基的沉降而產(chǎn)生，沉降量很小;而橋頭路基的沉降則由路面沉降、路基沉降和地基沉降三部分組成。路面沉降可忽略不計(jì)，若等深度地基沉降視同相同，則主要區(qū)別是橋頭引道路基的變形。由于受自然因素影響和車輛自重荷載作用，引道路基將產(chǎn)生一定的壓縮變形;同時(shí)，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，可能易引起路基基底的沉降。

剛度不同的路面在跳車處所產(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。由于結(jié)構(gòu)物橋臺(tái)一般采用剛性很大的堅(jiān)石砌筑或鋼筋混凝土澆注而成，具有較大的整體剛度，屬剛性體;而與結(jié)構(gòu)物橋臺(tái)相連的道路，具有剛性較小柔性較大的特性，屬彈塑性體。顯然，道路與結(jié)構(gòu)物橋臺(tái)之間存在著較大的剛度差，這個(gè)剛度差的存在必然引起道路與結(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)橋頭跳車的振動(dòng)效果。

2.5 地基土質(zhì)不良造成的沉降

處于津?yàn)I地區(qū)的橋梁，由于地下水位較高，且多屬軟土。由于軟土一般都具有天然含水量高，孔隙比大、壓縮性強(qiáng)和抗剪強(qiáng)度低等特點(diǎn)，在軟土上填筑路基，便極易產(chǎn)生沉降。

2.6 橋頭滲水

路堤與橋涵構(gòu)筑物的連接處，往往需設(shè)置伸縮縫，在伸縮縫使用過程中，雨水和融雪容易發(fā)生滲漏;另外，夏季洪水期漲水易浸入橋頭引道，對(duì)路面結(jié)構(gòu)層和路基產(chǎn)生侵蝕，造成各種細(xì)粒料的流失，增加了各結(jié)構(gòu)層與地基土的含水量，使其強(qiáng)度下降，加劇了橋頭錯(cuò)臺(tái)的發(fā)生和發(fā)展。

2.7 其他原因

車輛通過橋梁時(shí)，往往采用先減速上橋，后加速離橋的方式。加速和減速對(duì)橋頭引道都產(chǎn)生一種復(fù)雜的外荷應(yīng)力，產(chǎn)生很大的震動(dòng)力，易導(dǎo)致橋引道下沉。

3 橋頭跳車的防治措施

3.1 合理設(shè)置橋梁

(1)設(shè)置橋時(shí)應(yīng)充分考慮橋頭填方路基的地質(zhì)情況、填方高度、路堤長(zhǎng)度、填料來源及路基沉降等問題，選擇合適的橋梁位置、跨徑及引道防護(hù)工程。

(2)減少橋梁伸縮縫，可將多跨橋面做成橋面連續(xù)。

3.2 徹底處理橋頭填筑前的基底

地質(zhì)勘察時(shí)，應(yīng)對(duì)填土較高的橋頭引道進(jìn)行詳細(xì)地質(zhì)鉆探，測(cè)算地基承載能力，這是控制橋頭跳車的重要措施。對(duì)承載能力不足的地基可采用超載預(yù)壓、換填法、水泥攪拌樁、旋噴樁等措施，提高地基的承載能力，以減小地基的工后沉降。

3.3 合理選擇橋頭路堤填料

橋梁兩端路堤與橋梁的剛?cè)岵钊Q于填筑路堤材料剛度和壓實(shí)度。壓實(shí)度僅是縮小剛?cè)岵畹囊粋€(gè)方面，填料的剛度則是避免橋頭跳車的根本。設(shè)計(jì)及施工中，優(yōu)先選用粗顆粒材料作為路基的填料，有助于改善壓實(shí)性能、提高水穩(wěn)性。設(shè)置穩(wěn)定土結(jié)構(gòu)層能夠使路基、路面的整體剛度有所提高，從而減少局部沉陷。采用輕質(zhì)材料填筑臺(tái)背可以減小對(duì)地基的豎直壓力，減少豎向沉降變形，達(dá)到抑制跳車的目的，可選擇流態(tài)粉煤灰作為橋頭填料。特別適用于場(chǎng)地窄小部位，其重量輕、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性較強(qiáng)的特點(diǎn)使橋頭跳車現(xiàn)象得到了大大改善。

3.4 提前修建橋頭引道路基

習(xí)慣作法是先修建橋梁，再修建兩端的引道，這樣由于路段較短，特別是橋臺(tái)與八字墻嚴(yán)重影響了大型壓實(shí)機(jī)械的施工，往往造成密實(shí)度不足，工后引起較大沉降。為此在橋梁施工前，最好先完成引道路基施工，以便充分發(fā)揮大型壓實(shí)機(jī)械的碾壓功能，使引道土方達(dá)到工后基本不沉降的要求，可大大降低橋頭跳車現(xiàn)象的發(fā)生。

3.5 減少伸縮縫

將橋面做成橋面連續(xù)，減少伸縮縫的數(shù)量，可減輕車輛通過伸縮縫時(shí)的跳動(dòng)對(duì)引道造成的影響。

3.6 改變支撐方式

在設(shè)計(jì)時(shí)，將橋梁的端部由活動(dòng)支座變成固定支座，能增加橋頭的堅(jiān)固性，對(duì)橋頭跳車也能起到一定的抑制作用。

3.7 增大橋頭搭板的剛度

以往的橋頭搭板用的大都是Φ12 mm的鋼筋網(wǎng)，C25水泥混凝土，當(dāng)橋頭填土略有變形時(shí)，在大型車和超載車的作用下，使搭板變形，引起橋頭跳車，為此適當(dāng)增大搭板的剛度是減少橋頭跳車現(xiàn)象的一種有效措施。加大剛度的辦法:一是將搭板的縱向鋼筋由Φ12 mm加大到Φ16 mm;二是將搭板的混凝土標(biāo)號(hào)提高到不低于C35。

4 工程實(shí)例

天津市津?yàn)I高速公路改擴(kuò)建工程中，為防止其發(fā)生橋頭跳車，采取了靜力壓樁、超載預(yù)壓和采用液態(tài)粉煤灰的措施，有效的減小了橋頭跳車現(xiàn)象的發(fā)生。

4.1 靜力壓樁

為了提高地基承載能力，在橋頭前15 m范圍內(nèi)采用靜力壓樁的方式提高地基承載力。預(yù)應(yīng)力混凝土樁長(zhǎng)10 m，樁徑為20 cm，樁距為1 m，樁呈梅花狀排布，采用一次壓入的方式壓入地下。通過靜力壓樁，使地基承載力大大提高。

4.2 超載預(yù)壓

該橋橋頭處采用了8%石灰土從原地面開始回填壓實(shí)，每層碾壓厚度不超過20 cm，采用推土機(jī)進(jìn)行壓實(shí)，直至填筑到設(shè)計(jì)標(biāo)高。橋涵修好后，利用冬季對(duì)橋梁橋頭回填，采用了比設(shè)計(jì)高程高出1.2～1.5 m的土方超載預(yù)壓方式來加速自然沉降。

4.3 液態(tài)粉煤灰回填

液態(tài)粉煤灰有較好的流動(dòng)性，粘液狀態(tài)下自然沉降即可達(dá)到密實(shí)狀態(tài)，施工工藝簡(jiǎn)單，無需振搗和碾壓，同時(shí)它又具有較高的強(qiáng)度和自重較輕的特點(diǎn)，在保證有較高承載力的同時(shí)，降低了臺(tái)背地基的壓縮降，工期短、成本低。因此在該工程中得到了應(yīng)用。

5 結(jié)論

通過對(duì)橋頭跳車現(xiàn)象發(fā)生的原因分析，并結(jié)合河北省某高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目的工程實(shí)例，可以得出如下結(jié)論:提高橋頭處地基承載力、合理選擇橋頭填料、提高設(shè)計(jì)水平、注意提高施工質(zhì)量等可以有效的減小橋頭跳車現(xiàn)象的發(fā)生。

:

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中圖分類號(hào):U416.1

C

1008-3383(2011)06-0089-02

收稿日期:2011-03-11

作者簡(jiǎn)介:袁志平(1974-)，女，工程師。