高等級公路橋頭跳車的處治方法研究

杜玉良

（浦東新區(qū)重大工程項目辦公室 上海 201135）

橋頭跳車［1］作為道路交通安全的重要隱患之一，嚴(yán)重影響了高速公路的社會效益，己成為高速公路建設(shè)質(zhì)量改善和提高亟待解決的問題。因此，提出既經(jīng)濟(jì)又能有效地處治橋頭軟土路基的措施，對最大限度減少甚至消除跳車現(xiàn)象，滿足高等級公路對行車高速、安全及舒適的要求，以及延長道路的使用壽命等，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 橋頭跳車產(chǎn)生的原因及其危害

1.1 橋頭跳車產(chǎn)生的原因

橋頭跳車是指橋梁、涵洞等構(gòu)造物本身及臺背由于行車荷載和自重的作用而繼續(xù)沉降，通常構(gòu)造物沉降與臺背沉降不一致即產(chǎn)生不均勻沉降，致使臺背與構(gòu)造物連接處的路面出現(xiàn)臺階，從而導(dǎo)致高速行駛的車輛通過臺背回填處產(chǎn)生顛簸跳躍的現(xiàn)象［2］。

橋臺的沉降主要體現(xiàn)在基礎(chǔ)的沉降，而高等級公路的橋梁主要以鉆孔樁為主，即使是擴(kuò)大基礎(chǔ)，也是建在地質(zhì)條件較好的地基上，因此，高速公路的橋臺沉降往往很小。樁基橋臺的沉降與軟土地基路堤的工后沉降相比要小得多。而正是這種沉降差，經(jīng)常導(dǎo)致橋面和路面的錯臺現(xiàn)象，改變了原來的線路縱坡，最終出現(xiàn)橋頭跳車。因樁基橋臺是剛性很大的構(gòu)造物，在施工結(jié)束時沉降已基本完成，而高填土路堤的剛度小，它在車輛荷載反復(fù)作用下會產(chǎn)生較大的沉降壓縮變形。

從橋頭路堤的變形機(jī)理考慮，造成橋頭路堤差異沉降的主要因素有以下2個方面：

（1）橋頭地基的固結(jié)變形。原先無荷載的橋頭地基在較高路堤荷載作用下將發(fā)生固結(jié)沉降。由于地基固結(jié)存在時間效應(yīng)，如果地基預(yù)壓時間不足，則大部分地基沉降不能在路面施工前完成，路面竣工后的工后沉降將繼續(xù)發(fā)展，在路面頂部將形成沉降差。在軟土地段，地基的工后沉降是產(chǎn)生橋頭差異沉降的主要因素。

（2）橋頭路堤填土的壓縮變形。路堤填土的壓縮變形主要取決于填料性質(zhì)、施工條件及臺前（背）防護(hù)排水工程的設(shè)置情況等。橋頭路堤一般填土較高，橋臺附近壓實性往往不足，使填土的壓實度較差。路面完成開放交通后，壓實度不足的填土在行車荷載和路面及路基的恒載作用下產(chǎn)生壓縮變形，從而導(dǎo)致沉降差。即使橋頭壓實度滿足要求，沉降差也經(jīng)常不可避免。對于地基條件較好的橋頭地段，橋頭路堤填土的壓縮變形是導(dǎo)致差異沉降的主要因素。

1.2 橋頭跳車產(chǎn)生的危害

橋頭跳車作為普遍且復(fù)雜的問題，它涉及路堤沉降、引道填筑材料、橋臺基礎(chǔ)類型、橋臺類型、橋梁結(jié)構(gòu)類型、接縫、橋頭搭板、路面以及施工方法等眾多設(shè)計因素。橋頭跳車不僅嚴(yán)重影響了行車舒適性，降低了車輛的行駛速度和道路的通行能力，加速了橋臺臺背、橋頭伸縮縫以及接縫路面的破壞，是道路交通安全的重要隱患之一，同時也影響高等級公路建設(shè)的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益［3］。橋頭跳車的危害具體表現(xiàn)如下幾個方面：

（1）降低了行車舒適性和安全性。高速行駛的車輛跳躍時不僅對汽車的正常行駛、司乘人員的舒適產(chǎn)生不利影響，有些嚴(yán)重的跳車甚至?xí)鹬卮蟮男熊囀鹿省?/p>

（2）增加了車輛運營費用。因跳車而不得不在橋頭頻繁減速，以減輕汽車的顛簸，無論是減速行駛還是顛簸現(xiàn)象的發(fā)生，都對汽車機(jī)件造成不同程度的損壞和輪胎的磨耗；同時汽車行駛速度的不穩(wěn)定，無形中既浪費了燃料，又增加了廢氣的排放；另外，還增加了車輛的行駛時間。因此，橋頭跳車的出現(xiàn)，增加了車輛的運營成本。

（3）增加公路養(yǎng)護(hù)費用，影響使用壽命。臺階的存在使得車輛通過時產(chǎn)生跳動和沖擊，從而對橋梁和路面造成附加的沖擊荷載，加速橋頭路面及伸縮縫的破壞。為了維持良好的使用狀況，經(jīng)常需要耗費大量的人力、物力和財力，對跳車橋臺進(jìn)行及時的維修與養(yǎng)護(hù)。

2 橋頭跳車處治方法

工程建設(shè)實踐中，可以從地基處治、路基處治和路面處治3個方面來防止和減小橋頭跳車的發(fā)生［4－5］。

2.1 地基處治方法

地基處治的主要目的是提高軟弱地基的強(qiáng)度，保證地基的穩(wěn)定，降低軟弱地基的壓縮性、減小基礎(chǔ)的沉降和不均勻沉降。對橋頭地基，特別是軟土地基的處理，是控制橋頭跳車的重要手段。軟基處理的方法主要包括：換土法、自然沉降法、超載預(yù)壓法、減小附加應(yīng)力法、排水固結(jié)法、深層攪拌和高壓噴射注漿法、碎石樁法、樁承路堤法等等。結(jié)合實際情況采用行之有效的方法處理軟基，改善地基性能、提高承載力、減小沉降、盡量縮小橋臺與路堤的沉降差，可以避免形成錯臺。

目前，國內(nèi)外地基處理方法很多，每一種處理方法都有其適用范圍和局限性，因而在選擇不同的地基處理方案時需要綜合考慮的因素包括：①需加固處理土壤的類別；②處理土的加固深度；③工程結(jié)構(gòu)物的要求；④具有地基處理功能的機(jī)械設(shè)備；⑤周圍環(huán)境因素；⑥對施工工期的要求；⑦施工隊伍的技術(shù)素質(zhì)；⑧施工技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較。

2.2 路基處治方法

（1）選擇合適的填料。首先應(yīng)選擇強(qiáng)度高、壓實快、透水性好的材料，如卵礫石、碎石土、中粗砂以及強(qiáng)度較高的工業(yè)廢渣等。為了改善填土的密實性，應(yīng)設(shè)計好相應(yīng)的級配。在通常情況下，透水性填料長度（沿縱向）在基底處不少于2 m，并按1∶1設(shè)置斜坡或作成階梯狀，保證在頂面的填筑長度與搭板長度相對應(yīng)。

由于土方的內(nèi)摩擦角較小，加之壓實質(zhì)量的影響，所填路基其壓縮沉降一般較大，因此，橋臺后宜填筑摩擦角較大的透水性材料，如巖渣、碎石等。同時，選用內(nèi)摩擦角較大的填料也有利于從臺背縫隙中滲入的雨水沿盲溝或泄水管順利排到路基外。另外，采用輕質(zhì)材料作路堤也是一種有效解決橋頭跳車的方法。鋪設(shè)輕質(zhì)材料可以減輕路堤自重，有效降低地基應(yīng)力。如使用輕質(zhì)的粉煤灰填筑橋頭高路堤，其產(chǎn)生的路堤沉降往往很小。

（2）設(shè)置橫向泄水管或盲溝。在基底上填筑橫坡為3%～4%的粘土土拱，并進(jìn)行夯實，然后在土拱上設(shè)置排水地溝。地溝斷面尺寸一般可?。?0～60）c m ×（30～50）c m。

（3）土工格柵。土工合成材料加筋發(fā)揮其抗拉強(qiáng)度，可以明顯地提高土體的承受能力。通過加筋與土體之間的摩擦作用約束土體的側(cè)向變形，從而提高土體承載力和抗剪強(qiáng)度。大量室內(nèi)和室外試驗表明，將土工格柵用于處治橋頭跳車的效果很明顯。

2.3 路面處治方法

路面是道路的重要組成部分，路面層的破壞不僅會引起橋頭跳車，還可能加快路基破壞，本文所談路面處治對策是位于路橋過渡段，而且與橋頭跳車有關(guān)，主要指的是通過路面層的特殊設(shè)計來達(dá)到治理橋頭跳車的目的。

（1）設(shè)置縱向反坡。所謂的縱向反坡就是在可能產(chǎn)生沉降的范圍內(nèi)，根據(jù)沉降的經(jīng)驗值設(shè)置一定的縱向路面超高，以抵消在運營過程中的路基沉降，從而達(dá)到消除橋頭跳車的目的。

（2）采用過渡性路面。對于已經(jīng)發(fā)生而且還可能繼續(xù)發(fā)生大量沉降的臺背填土，還可以采用設(shè)置過渡性路面，過渡性路面可采用預(yù)制水泥混凝土六棱塊、條石鋪砌，半剛性過渡層或瀝青過渡層等類型。其中水泥混凝土六棱塊和條石鋪砌僅適應(yīng)于水泥混凝土路面，其最大優(yōu)點是翻修處理速度快，但不易鋪砌平整，行車仍有抖動感覺，且其砌縫應(yīng)采用防水材料，以防滲入雨水損害路基。最簡便而有效方法是采用瀝青過渡層，其優(yōu)點是當(dāng)出現(xiàn)較大沉降時，可及時鋪設(shè)一層瀝青混凝土或瀝青砂，便能確保行車暢順，有效避免跳車現(xiàn)象。

（3）HD摻膠混凝土修補(bǔ)處治。水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)與瀝青混合料路面結(jié)構(gòu)相比，有顯著不同的特點，水泥混凝土強(qiáng)度高，強(qiáng)度形成的齡期長（一般要28 d），彈性模量大等，這導(dǎo)致水泥混凝土路面橋頭跳車處治技術(shù)上的復(fù)雜性。試驗表明，采用HD摻膠混凝土快速修補(bǔ)水泥混凝土路面具有粘接強(qiáng)度和早期強(qiáng)度高、抗折強(qiáng)度及模量大、路面視覺效果好、通車時間短等優(yōu)點，在高等級公路水泥混凝土路面處治橋頭跳車施工中具有很好的應(yīng)用前景。

（4）橋頭搭板。設(shè)置橋頭搭板是目前較常采用的一種方法。橋頭搭板實際上是一種簡支梁，橋頭搭板布置見圖1。搭板長度根據(jù)路堤與橋臺預(yù)期沉降量、車輛荷載、道路等級和交通量而定，厚度一般大于30 c m。

圖1 橋頭搭板布置圖

在搭板處治病害時首先應(yīng)將已發(fā)生破壞的路基和路面清除，換以性能較好的填土經(jīng)壓實后，在一定沉降的范圍內(nèi)設(shè)置橋頭搭板，以對可能發(fā)生的不均勻沉降或路基的過大沉降在搭板范圍內(nèi)實現(xiàn)平穩(wěn)過渡，使車輛通過時跳躍現(xiàn)象大為減少。其作用機(jī)理是通過設(shè)置橋頭搭板，把集中的不均勻沉降量分散在搭板長度范圍內(nèi)，使柔性路堤產(chǎn)生的較大沉降逐漸過渡至剛性橋臺上，從而起勻順縱坡的目的。

搭板一般為混凝土（或鋼筋混凝土），其常見的設(shè)置方法為：板的一端擱置在橋臺（橋梁構(gòu)造物）上，另一端擱置在路堤上（有時也在板下設(shè)置枕梁），長度6，8，10 m不等，高等級公路行車速度高，搭板長度適當(dāng)加長，一般不小于8 m或更長一些。

3 結(jié)語

橋頭跳車是由于構(gòu)造物與臺背路堤不均勻沉降引起的，是路橋過渡段常見的病害之一。但由于其成因復(fù)雜，對橋頭跳車的治理仍是工程建設(shè)中亟待解決的難題。本文通過分析橋頭跳車產(chǎn)生的原因及其危害，探討了減小橋頭跳車的處治方法，得出了如下的主要結(jié)論：

（1）橋頭跳車產(chǎn)生的主要原因是路橋過渡段橋臺與路堤填筑材料剛度所具有的較大差異性，同時，設(shè)計和施工中的一些不合理因素也加劇了橋頭跳車的發(fā)生。

（2）由于橋頭跳車通常是多種因素引起的，應(yīng)采取相應(yīng)的綜合處治方法。工程實踐表明，可以通過地基處治、路基處治和路面處治3個方面結(jié)合起來處治橋頭跳車問題。

［1］ 俞永華.路橋過渡段差異沉降處治技術(shù)研究［D］.西安：長安大學(xué)，2004.

［2］ 陳亞莉.橋頭跳車原因及預(yù)防措施［J］.公路，1999（12）：90-94.

［3］ 馮忠居.高等級公路橋頭跳車的危害及其機(jī)理的分析［J］.長安大學(xué)學(xué)報，1999（4）：33-35.

［4］ 顏 波，張 帆.橋頭跳車的成因及處治方法研究［J］.華東公路，2013（2）：56-58.

［5］ 秦祿生.高等級公路橋頭跳車成因及處治對策［J］.國外公路，1999（2）：34-38.