高速公路橋頭跳車成因和處治技術(shù)的分析和研究

摘要：橋頭跳車在高速公路上是司空見(jiàn)慣，是指公路橋頭兩端及伸縮縫（橋頭引道）處的因作用產(chǎn)生不均勻沉降或伸縮縫破壞導(dǎo)致公路路面縱坡上出現(xiàn)搓臺(tái)而引起車輛駛過(guò)橋頭時(shí)產(chǎn)生的跳躍現(xiàn)象。造成高速公路橋頭跳車的成因很有，既有設(shè)計(jì)方面原因，也有施工、監(jiān)理方面的原因。本文通過(guò)對(duì)高速公路橋頭跳車的成因進(jìn)行系統(tǒng)的分析，并闡述橋頭跳車的處治技術(shù)，為高速公路設(shè)計(jì)、施工等方面從業(yè)人員提供了一些有意義的借鑒。

關(guān)鍵詞：高速公路 橋頭跳車 成因分析 處治技術(shù) 研究。

中圖分類號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）07（c）-0000-00

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人們對(duì)舒適生活的高要求，橋頭跳車問(wèn)題已經(jīng)成為“眾矢之的”，解決好這一頑疾是工程界和學(xué)術(shù)界一項(xiàng)重要的任務(wù)。目前，國(guó)內(nèi)外還均未徹底地解決好這難題。研究并解決好橋頭跳車難題，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展等方面的都將具有理論意義與實(shí)用價(jià)值。

1 橋頭跳車機(jī)理分析

對(duì)于高速公路來(lái)說(shuō)，造成橋頭跳車的原因有不均勻沉降、剛度突變、施工管理缺陷和車速與行駛車輛本身性能等，其中不均勻沉降是主要因素。

1.1 橋頭兩端剛?cè)峤Y(jié)構(gòu)相接處沉降不均勻

橋梁與路基、路面的組成材料 、剛度、強(qiáng)度、脹縮性等均存在差異。橋臺(tái)結(jié)構(gòu)物一般采用鋼筋混凝土整體澆注，具有較大的整體剛度，力學(xué)性質(zhì)為剛性體，變形和沉降非常小。橋頭路基路面一般具有柔性較大的特性，力學(xué)性質(zhì)為彈塑性體，變形隨意性較大。在車輛荷載、結(jié)構(gòu)自重、自然因素作用下，橋梁與道路同時(shí)發(fā)生沉降，但兩者的沉降量有很大差異，造成柔性道路與剛性結(jié)構(gòu)物之間的連接處發(fā)生不均勻沉降，產(chǎn)生搓臺(tái)，加上橋頭連接處剛度突變，受到外力沖擊時(shí)易形成集中應(yīng)力，導(dǎo)致橋頭行車時(shí)不平穩(wěn)流暢發(fā)生橋頭跳車。

1.2 在高速路橋頭施工過(guò)程中，施工、監(jiān)理等各方面監(jiān)管控制不嚴(yán)，未能嚴(yán)格按照規(guī)范要求施工或者疏于監(jiān)管，導(dǎo)致臺(tái)背填料壓實(shí)度達(dá)不到要求，為工后路堤穩(wěn)定埋下隱患。

2 高速公路橋頭產(chǎn)生不均勻沉降的類型及其分析

2.1 橋頭不均勻沉降的類型

總體來(lái)說(shuō)，高速公路橋頭不均勻沉降大致分為三類：縱向坡道（引道）沉降、橋頭道路橫向沉降以及破壞沉降。

1）縱向坡道（引道）沉降

這種類型的沉降最常見(jiàn)。主要表現(xiàn)為構(gòu)筑物與路面不連順，縱向坡面上出現(xiàn)斷點(diǎn)（線），在剛?cè)峤Y(jié)構(gòu)連接處不接順，出現(xiàn)一高一低的搓臺(tái)。這種類型的沉降有整體沉降，也有局部沉降。

2）橋頭道路橫向沉降

這種類型的沉降主要是橋頭路堤橫斷面及路拱坡度出現(xiàn)較大變化，結(jié)合處常出現(xiàn)橫向高低不平、犬牙交錯(cuò)的現(xiàn)象。主要是因?yàn)槁返讨行暮吐芳缣幱捎谕林袘?yīng)力不同而產(chǎn)生不均勻沉降， 這種情況多發(fā)生在軟土地基高路堤段。

3）破壞沉降

由于受車輛行駛外力作用以及自然雨水浸泡等因素，橋頭路堤強(qiáng)度受到破壞，接順處出現(xiàn)不規(guī)則的“坑”，在構(gòu)造物臺(tái)背的過(guò)渡段上發(fā)生局部高低差的現(xiàn)象。

2.2 橋頭不均勻沉降成因分析

造成橋頭不均勻沉降的原因主要有以下幾個(gè)方面。

1）橋臺(tái)地基的沉降

公路橋臺(tái)（包括涵洞）一般采用剛性很大的鋼筋混凝土澆筑而成，是剛性結(jié)構(gòu)?；诎踩目紤]，無(wú)論是設(shè)計(jì)還是施工方面，對(duì)橋臺(tái)構(gòu)造物下地基的沉降和穩(wěn)定性控制的都很嚴(yán)格，所以結(jié)構(gòu)工后沉降量都很小，基本上可以忽略不計(jì)。這也是造成橋頭搓臺(tái)的主要因素之一。

2）路堤下天然地基的沉降

天然地基沉降是造成橋頭發(fā)生不均勻沉降的主要原因之一。天然地基的沉降從道路開(kāi)始建造時(shí)就開(kāi)始發(fā)生，一直持續(xù)到工后很長(zhǎng)時(shí)間，甚至伴隨道路存在而存在。道路剛開(kāi)始施工時(shí)，天然地基受到擾動(dòng)，原有的平衡穩(wěn)定遭到破壞。隨著路堤的不斷填筑，天然地基承受自重以及路堤荷載作用發(fā)生沉降徐變。通車之后，天然地基又受到路堤傳導(dǎo)過(guò)來(lái)的車輛荷載作用，產(chǎn)生工后沉降變形，該變形較大且變形穩(wěn)定， 沉降往往持續(xù)數(shù)十年之久。

天然路基這種沉降變形（含自身沉降徐變）的大小受路堤填料的性質(zhì)（如容重等）及其填筑高度影響，沉降量變化不一。

3）路基填料壓縮引起的沉降

路基填料壓縮引起的沉降包括施工沉降和工后固結(jié)沉降。施工沉降是指路基填料在外力作用（壓路機(jī)碾壓等）下，填料間的空隙變小、結(jié)構(gòu)密實(shí)而產(chǎn)生的形變。施工沉降在路基填筑施工期間就隨之完成了。工后固結(jié)沉降是指路基在路堤靜載長(zhǎng)時(shí)間作用及車輛的動(dòng)荷載反復(fù)作用下，路基填料顆粒間的粘滯蠕變以及側(cè)向形變，造成路堤沉降。工后固結(jié)沉降量一般情況下很大，是引起橋頭跳車的主要因素。

造成工后固結(jié)沉降的因素也很多。通常情況下，公路橋涵臺(tái)背回填施工是在橋臺(tái)完成之后才進(jìn)行的。由于橋臺(tái)臺(tái)背施工空間比較狹小，加上保護(hù)橋臺(tái)安全的考慮和需要，碾壓臺(tái)背回填料基本上不用大型壓實(shí)機(jī)具，常用采用小型夯實(shí)機(jī)械或人工夯打。如果現(xiàn)場(chǎng)施工管理和監(jiān)理工作不到位的話，靠近臺(tái)背一定范圍內(nèi)的路基密實(shí)度就極可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)圖紙與規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求。

隨著時(shí)間的推移，通車之后在汽車荷載反復(fù)作用下，橋頭路堤一定范圍內(nèi)路堤填料的顆粒結(jié)構(gòu)會(huì)受到不均勻壓縮，其應(yīng)力向路堤兩側(cè)及橋臺(tái)底部擴(kuò)散，路堤填料逐漸被壓縮， 孔隙率降低，密實(shí)度增大，產(chǎn)生較大的塑性變形和彈性變形（主要是塑性變形）。這種不可恢復(fù)的塑性變形是內(nèi)部土顆粒間的蠕變和側(cè)向變形造成的，隨著這種塑性變形不斷積累，變形越來(lái)越大，剩余沉降逐漸完成，路堤緩慢固結(jié)，工后固結(jié)沉降基本完成。工后固結(jié)沉降就形成了橋頭剛?cè)峤Y(jié)合處的沉降差，導(dǎo)致橋頭跳車發(fā)生。

路堤填土工后固結(jié)沉降主要取決于填料性質(zhì)、路堤基礎(chǔ)、施工工藝等。

4）橋頭路堤排水不暢導(dǎo)致的滲水破壞

在橋涵和路堤的連接部位，存在縫隙， 雨水會(huì)沿縫隙滲入， 對(duì)路面結(jié)構(gòu)層和路堤產(chǎn)生浸泡、沖刷和侵蝕， 增加路面各結(jié)構(gòu)層和路堤的含水量，甚至造成各種細(xì)粒土的流失， 使填土的強(qiáng)度指標(biāo)大打折扣。 隨著路堤和各結(jié)構(gòu)層的破壞， 外部車輛荷載對(duì)路面和路基的沖擊作用下， 必然造成橋頭路堤沉陷，造成路面開(kāi)裂出現(xiàn)搓臺(tái)產(chǎn)生跳車現(xiàn)象。如養(yǎng)護(hù)維修不及時(shí)，這種惡性循環(huán)會(huì)使破壞程度呈加速發(fā)展的趨勢(shì)。

5）其他因素

如設(shè)計(jì)優(yōu)化、施工工藝（層壓厚度、施工順序等）以及現(xiàn)場(chǎng)管理等都對(duì)不均勻沉降都有較大的影響。

比如設(shè)計(jì)方面，通常情況下，設(shè)計(jì)單位比較注重對(duì)橋臺(tái)及臺(tái)背回填方面的設(shè)計(jì)，對(duì)橋臺(tái)及橋頭路堤地基也基本上都進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。但對(duì)高速公路線路地質(zhì)資料重視不夠，同時(shí)也缺乏必要的現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)資料，致使橋臺(tái)處路堤加固施工失當(dāng)，造成先天性沉降。臺(tái)背路堤及橋頭路面排水設(shè)計(jì)也往往比較粗糙，大部分橋頭路面沒(méi)有設(shè)置攔水緣石，雨水會(huì)滲入路堤引起路堤填料強(qiáng)度減弱，易形成沉降。

3 橋頭跳車的處治技術(shù)措施概述

3.1 設(shè)計(jì)方面

通過(guò)設(shè)計(jì)做好頂層規(guī)劃，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)單位提前做好線路地質(zhì)調(diào)查，取得詳實(shí)的參數(shù)資料。同時(shí)引入整體設(shè)計(jì)理念，將橋涵結(jié)構(gòu)物與公路路堤及其地基狀況綜合在一起思考、規(guī)劃。設(shè)計(jì)時(shí)，確定相對(duì)較高且合理的壓實(shí)度參數(shù)指標(biāo)，設(shè)置完善的橋頭排水規(guī)劃和排水系統(tǒng)，優(yōu)選填筑材料。

3.2 施工方面

1）精心挑選路堤填筑材料。

一方面，施工要積極與設(shè)計(jì)互動(dòng)，在橋頭路堤可能的范圍內(nèi)采取必要措施，挑選好的填筑材料，減少橋頭填料壓縮蠕動(dòng)變形。尤其是橋頭臺(tái)背回填的處理。橋頭臺(tái)背一定范圍內(nèi)盡量采用易于壓實(shí)、模量較大、透水性能較好的材料填筑，比如用砂礫石、碎石土等代替粘土填充臺(tái)背，因砂礫石等材料工程力學(xué)性能較好，不易變形。再者，近來(lái)國(guó)內(nèi)還有許多高速公路臺(tái)背回填采用泡沫混凝土、泡沫乙烯、陶粒等輕質(zhì)工程材料，同樣也是為了減少形變。這樣，通過(guò)設(shè)計(jì)與施工的互動(dòng)，選擇那些抗形變的材料回填橋頭臺(tái)背，就能在一定程度上減少路基自身的壓縮蠕動(dòng)變形量，從而很好地控制沉降。

另一方面，采取特殊的施工方案，減少橋頭路堤沉降滑移。在高速公路施工中，常用的方法是利用土工布、錨固隔柵等的抗張拉性能，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要在橋頭臺(tái)背回填中分層布設(shè)施工，碾壓成型后，路堤整體固結(jié)，這樣就在一定范圍內(nèi)減緩或阻止填料向臺(tái)背沉降的可能，同時(shí)也使填料內(nèi)部的應(yīng)力得到部分?jǐn)U散和轉(zhuǎn)移，從而提升路堤填料的抗形變能力。

2）設(shè)置橋頭預(yù)壓。

設(shè)定前置預(yù)壓的方法在橋梁工程中常常被采用，在橋頭跳車處治中也可以采用這樣方法。具體的做法是：在橋頭路堤可能產(chǎn)生沉降的范圍內(nèi)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)路堤沉降的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置一定的縱向路面超高，然后采取相對(duì)合理的橋頭預(yù)壓來(lái)減消橋頭路堤的沉降量。該方法簡(jiǎn)便實(shí)用，原理就是利用橋頭預(yù)壓傳導(dǎo)路堤荷載，對(duì)地基施加一定的附加應(yīng)力，讓橋頭地基中孔隙水壓力增加。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的預(yù)壓，孔隙水壓力趨向原始穩(wěn)定的應(yīng)力狀態(tài)，地基逐漸固結(jié)，沉降趨于穩(wěn)定，從而消除橋頭沉降差以達(dá)到避免橋頭跳車的目的。

這種前置預(yù)壓的方法有一定的局限性，需要極其豐富的施工經(jīng)驗(yàn)和較強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)沉降值預(yù)判能力，否則，容易弄巧成拙，反而會(huì)引起相反的效果。

3）采取措施減少剛度差，盡量使剛?cè)峤Y(jié)構(gòu)平穩(wěn)過(guò)渡。

橋頭橋臺(tái)構(gòu)筑物是剛性的，變形極微，而橋頭相接的路堤確實(shí)柔性結(jié)構(gòu)，形變量較大。二者之間剛度差十分明顯。為弱化二者的剛度差，在公路施工實(shí)踐中，通常采用設(shè)置橋頭搭板的方法，使剛?cè)峤Y(jié)構(gòu)緩和轉(zhuǎn)換、平穩(wěn)過(guò)渡，消除橋頭跳車。橋頭搭板一般用鋼筋混凝土制作而成的，和橋臺(tái)剛度接近，在路堤和橋頭之間銜接設(shè)置，起剛?cè)徂D(zhuǎn)換過(guò)渡作用。

也有采取柔性橋臺(tái)的，目的也是一樣：消除剛度差以達(dá)到減緩橋頭跳車。

4）從控制路堤滑移的角度考慮，在橋頭路堤某些特定范圍內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的樁，維護(hù)路堤穩(wěn)定、阻止路堤發(fā)生滑移，間接地達(dá)到減少沉降的作用。如CFG樁、水泥攪拌樁、碎石樁等。

5）其他的施工方法。如果強(qiáng)夯法、排水固結(jié)法、注漿法、換填法、置換法等，這些方法在一定程度上都能起到控制沉降的作用，只是每種方法都有其局限性，要因地制宜，合理采用。

3.3 養(yǎng)護(hù)方面

高速公路在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，加強(qiáng)線路巡查至關(guān)重要。道路巡查時(shí)如發(fā)現(xiàn)當(dāng)橋頭處開(kāi)始出現(xiàn)破壞時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行施工補(bǔ)救。否則，任由其發(fā)展會(huì)加速橋頭路面和路基的破壞。因?yàn)檐囕v行駛通過(guò)橋頭被破壞的地方時(shí)，騰空產(chǎn)生的跳動(dòng)和沖擊會(huì)造成對(duì)橋梁和道路的附加荷載，加速了橋頭搭板，支座及伸縮縫的損壞。因?yàn)橐坏蝾^開(kāi)始跳車，造成對(duì)道路和橋梁的附加荷載，汽車荷載對(duì)路面的作用力要比沒(méi)有出現(xiàn)破壞時(shí)大幾倍，破壞力很強(qiáng)。如果在公路養(yǎng)護(hù)過(guò)程中及時(shí)對(duì)橋頭破損部位進(jìn)行修補(bǔ)，則可以大大減小路面的應(yīng)力，阻止破壞進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)消除橋頭跳車也有積極意義。

3.4 加強(qiáng)相關(guān)管理

1）加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，優(yōu)化施工工藝，強(qiáng)化質(zhì)量管理，落實(shí)質(zhì)量責(zé)任，確保施工符合規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求。

2）加強(qiáng)設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等多方協(xié)調(diào)機(jī)制，必須嚴(yán)格控制現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)、嚴(yán)格的施工管理，有效地提高施工質(zhì)量，最大限度地減少路堤的工后沉降量。

3）優(yōu)選設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理單位，加強(qiáng)監(jiān)督管理，強(qiáng)化制約機(jī)制。

4）積極采用各種新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料，學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)設(shè)計(jì)、施工、管理經(jīng)驗(yàn)，大膽嘗試和借鑒，極力盡量消除或減弱公路橋頭跳車病害。

結(jié)論

高速公路橋頭跳車主要是橋頭剛?cè)嵯嘟犹幊两挡痪鶆颍霈F(xiàn)沉降高差造成搓臺(tái)，車輛行駛通過(guò)搓臺(tái)處是形成跳躍。通過(guò)對(duì)橋頭沉降原因深入地研究和分析，我們有針對(duì)性地就具體原因采取相應(yīng)的施工和管理措施，減輕甚至消除橋頭跳車現(xiàn)象，為設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等提供有益的參考。

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