武漢市主城區(qū)橋頭跳車調(diào)查分析及處理建議

張利華，劉亞洲

（武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢 4 30023）

武漢市主城區(qū)橋頭跳車調(diào)查分析及處理建議

張利華，劉亞洲

（武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢 4 30023）

對(duì)武漢市主城區(qū)（特別是一級(jí)階地及三級(jí)階地上湖泊堆積區(qū)）橋頭跳車情況進(jìn)行較全面的調(diào)查分析，提出設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)一系列的措施及建議，以進(jìn)一步提高城市道路設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)管理質(zhì)量。對(duì)其他城市的軟土地基上的橋頭跳車處理具有借鑒意義。

武漢；橋頭跳車；調(diào)查；分析；建議

0 引 言

有著“中國橋梁之都”美譽(yù)的武漢市，主城區(qū)軟土地基分布較廣，高架橋縱橫交錯(cuò)，極大方便了市民交通出行。高架橋橋臺(tái)背后填土高度一般3～5 m，在填土荷載及行車荷載作用下，路堤會(huì)產(chǎn)生沉降；特別嚴(yán)重處的橋頭路基相對(duì)于橋臺(tái)沉降差最大達(dá)20 cm，軟土地基上的橋梁橋頭跳車現(xiàn)象嚴(yán)重（見圖1）。近年來機(jī)動(dòng)車越來越多，快速路及主干道上行車速度越來越快，橋頭跳車對(duì)行車安全影響愈加嚴(yán)重，故有必要對(duì)市主城區(qū)（特別是一級(jí)階地及三級(jí)階地上湖泊堆積區(qū)）橋頭跳車情況進(jìn)行較全面的調(diào)查分析，提出相關(guān)措施建議，以進(jìn)一步提高城市道路設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)管理質(zhì)量，保證行車安全[1-5]。

圖1 武漢主城區(qū)橋橋臺(tái)后路堤沉降現(xiàn)狀

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

因橋頭跳車現(xiàn)象的普遍存在，國內(nèi)外對(duì)公路橋頭跳車的原因分析及處治有大量研究。

《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》JTJ 017-96的5.1.2條文說明較為詳細(xì)地載明了國內(nèi)外路基的容許工后變形規(guī)定。

原聯(lián)邦德國交通部：1990年頒布的《軟弱地基上道路建設(shè)規(guī)范》要求預(yù)壓期末地基土中任一點(diǎn)處固結(jié)后達(dá)到的孔隙比所對(duì)應(yīng)的當(dāng)量應(yīng)力，不能被運(yùn)營期該點(diǎn)的有效應(yīng)力所突破。美國：對(duì)橋頭引道規(guī)定1.27～2.54 cm的容許差異沉降。法國：橋頭引道部分的容許工后沉降為3～5 cm的容許差異。日本：不考慮容許工后沉降，重點(diǎn)放在填方穩(wěn)定性分析上。

由上可見，德國對(duì)預(yù)壓要求嚴(yán)格，并通過預(yù)壓達(dá)到控制次固結(jié)目的；法國、美國對(duì)橋頭沉降的控制也很重視。日本對(duì)工后沉降的重視程度小，主要把問題放在養(yǎng)護(hù)中解決。

我國《城市道路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 194-2013）第6.2.8條規(guī)定，路基容許工后變形應(yīng)符合表1（規(guī)范表6.2.8）的規(guī)定。

表1 路基容許工后變形（規(guī)范表6.2.8）

對(duì)比來看，國內(nèi)橋頭路基控制沉降值比美國、歐洲大出許多。

國內(nèi)研究多從設(shè)計(jì)、施工、材料等方面分析引發(fā)橋頭跳車的原因，提出應(yīng)用土工格柵、新型輕質(zhì)回填材料、提高材料力學(xué)性能與改善施工方法等措施來減少工后沉降。如劉代全等提出采用過渡段設(shè)計(jì)的半剛性樁處理臺(tái)背布置設(shè)計(jì)方案（見圖2）。國內(nèi)鐵路、公路規(guī)范均建議進(jìn)行過渡段設(shè)計(jì)（見圖3）。

圖2 半剛性樁處理臺(tái)背布置

圖3 橋橋臺(tái)后過渡段設(shè)計(jì)

2 研究范圍

武漢市主城區(qū)橋臺(tái)背后路基填土高度多在3～5 m，基底荷載約60～100 kPa,總體而言荷載較小。對(duì)長江二級(jí)、三級(jí)階地上的一般黏性土及老黏性土，承載力特征值多在150～400 kPa，排除施工水平因素，地基在填土荷載作用下變形很小。長江、漢江一級(jí)階地及長江二級(jí)、三級(jí)階地上湖泊堆積區(qū)，在靜水環(huán)境下沉積了厚度大小不一的淤泥、淤泥質(zhì)黏土等軟土，或低洼處堆填了密實(shí)度較差的部分填土，軟弱土（軟土及填土）承載力特征值多在40～100 kPa,地基在填土荷載作用下變形較大，以致于出現(xiàn)較明顯的路基沉降，即表現(xiàn)為不同程度的橋頭跳車。所以本次調(diào)查研究范圍主要限于武漢三鎮(zhèn)長江、漢江一級(jí)階地，及部分二級(jí)、三級(jí)階地上湖泊堆積區(qū)。

3 橋頭跳車數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

考慮到快速路、主干道與次干道、匝道的設(shè)計(jì)時(shí)速存在差異，導(dǎo)致行車荷載對(duì)路基沉降影響也不一致，前者影響大，而后者則相對(duì)較小，故統(tǒng)計(jì)時(shí)分開統(tǒng)計(jì)，將快速路、主干道歸為一類，而次干道、匝道為一類。

3.1 沉降嚴(yán)重程度劃分標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》表6.2.8對(duì)快速路、主干路的橋臺(tái)與路堤相鄰處工后沉降不大于0.1 m，結(jié)合城市行車感受等因素綜合確定沉降嚴(yán)重程度的劃分，見表2。

表2 沉降嚴(yán)重程度量化標(biāo)準(zhǔn)

3.2 橋頭跳車總體調(diào)查情況

武漢市主城區(qū)橋臺(tái)橋臺(tái)后跳車情況調(diào)查數(shù)據(jù)，按嚴(yán)重程度列示，見表3、表4。

表3 總體情況匯總表（統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)n=139個(gè)）

表4 按道路級(jí)別不同程度所占比例（統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)n=139個(gè)）

表3補(bǔ)充說明：（1）沉降最大值及位置：主線橋的最大沉降值為20 cm；匝道橋的沉降最大值27 cm，該場地屬于后湖沉降區(qū)。（2）部分點(diǎn)位 處墻背填土沉降數(shù)據(jù)小及橋頭跳車現(xiàn)象不明顯，但并不一定表示該處無沉降，經(jīng)過多次的維修改造掩蓋了實(shí)際沉降。

3.3 數(shù)據(jù)分析

（1）研究范圍內(nèi)橋臺(tái)后路堤填土沉降及跳車明顯（包括嚴(yán)重、較嚴(yán)重）的比例為34.5%（超過總數(shù)的1/3）；考慮到部分老橋梁經(jīng)過維修改造后所測沉降偏小而與實(shí)際情況有出入，則全區(qū)填土沉降及跳車明顯的比例更高。

總體而言，軟土地區(qū)路堤沉降及橋頭跳車明顯是一個(gè)普遍存在的問題，且1/3以上路堤沉降明顯及橋頭跳車嚴(yán)重。

（2）快速路、主干路上橋臺(tái)后路堤填土不同嚴(yán)重程度沉降的比例相差較?。?0.4%～31.4%）；匝道、次干路、支路上的各種嚴(yán)重程度比例則有明顯差距（11.8%～48.2%），特別是不明顯的比例最高（48.2%）。

不分道路級(jí)別統(tǒng)計(jì)，各種嚴(yán)重程度比例自嚴(yán)重、較嚴(yán)重、輕微、不明顯則依次提高，分別為15.1%、19.4%、26.6%、38.9%。

快速路、主干路上橋臺(tái)后路堤填土沉降嚴(yán)重（包括嚴(yán)重及較嚴(yán)重）的比例為44.5%（約占總數(shù)的1/2），考慮到部分老橋梁經(jīng)過維修改造后所測沉降偏小而與實(shí)際情況有出入，則該比例極有可能突破50%；匝道、次干路、支路上橋臺(tái)后路堤填土沉降嚴(yán)重（包括嚴(yán)重及較嚴(yán)重）的比例為28.3%（不到總數(shù)的1/3），前者明顯高于后者。

分析其主要原因：快速路、主干路填土荷載大（路堤高度及寬度均較大）、應(yīng)力影響深而廣，而匝道、次干路、支路填土荷載較小（主要是路堤寬度均較?。?、應(yīng)力影響淺而窄；其次與行車荷載影響有關(guān)，快速路、主干路上行車荷載大、行車速度快故動(dòng)荷載大，而匝道、次干路、支路上行車速度慢故動(dòng)荷載相對(duì)較小。

（3）沉降嚴(yán)重程度與路堤高度關(guān)系

路堤沉降嚴(yán)重程度按路堤高度劃分見表5。

表5 路堤沉降嚴(yán)重程度按路堤高度劃分（統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)n=48個(gè)）

從表4可以看出，橋臺(tái)后填土沉降較大、跳車明顯多集中在路堤高度2.5 m以上，幾乎全部集中在路堤高度2.0 m以上。

《上海市巖土工程勘察規(guī)范》（DGJ08-37 -2012）6.3.1條文說明規(guī)定：填土高度超過2.5 m為高填土道路。上海市高填土道路2.5 m高度規(guī)定遠(yuǎn)小于《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30-2004）3.6.1條文說明中邊坡高度超過20 m的路堤為高邊坡路堤的高度規(guī)定，高度差異顯然與地質(zhì)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，也說明上海市軟土地基對(duì)路堤沉降的顯著影響。

武漢市一級(jí)階地上的地層主要是河流沖積和湖泊堆積成因，上海市地層主要是濱海沉降和湖沼沉積，地層淺部結(jié)構(gòu)與上海市有一定相似之處，即表層土質(zhì)軟弱。因此，為引起設(shè)計(jì)及施工重視，保證工程安全，參照上海市規(guī)定，武漢市可將2.5 m作為軟土路基高路堤的分界高度；但考慮到武漢市湖泊堆積區(qū)軟土工程性質(zhì)比上海差很多，則可將湖泊堆積區(qū)高路堤的分界高度降為2 m。

4 道路建設(shè)及維修建議

綜合國內(nèi)外研究成果，結(jié)合武漢地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，可以認(rèn)為武漢地區(qū)影響橋頭跳車的主要因素包括：填土荷載、地基強(qiáng)度、填土施工質(zhì)量，以及行車荷載、路堤型式、區(qū)域性沉降、周邊工程建設(shè)、維護(hù)保養(yǎng)等。在此不再贅述，只是針對(duì)性地提出建議。

按建設(shè)階段與維修保養(yǎng)階段分述減少橋頭填土沉降措施。

4.1 建設(shè)階段

4.1.1 規(guī)劃階段

降低橋臺(tái)高度，即為降低了填土荷載，可有效減少填土沉降。

由上文統(tǒng)計(jì)分析可知：嚴(yán)重的橋頭跳車及較大填土沉降多發(fā)生在橋臺(tái)高度大于2.5 m的路堤，而橋臺(tái)高度大小于2.5 m的路堤則橋頭跳車輕微得多。因此，一般情況下，軟土地區(qū)橋臺(tái)高度建議宜控制在2～2.5 m以內(nèi)。

需說明的是：若地基表層是土質(zhì)很軟的淤泥（承載力特征值30～50 kPa,壓縮模量1～2 MPa）及松散填土,即使減少路堤高度也無法滿足沉降控制要求，此時(shí)應(yīng)進(jìn)行地基處理。

4.1.2 設(shè)計(jì)階段

（1）引道填筑輕質(zhì)材料減少填土重量

武漢地區(qū)已經(jīng)在沙湖大道、珞獅南路高架橋新建工程及江漢二橋幫寬改造工程中初步應(yīng)用輕質(zhì)泡沫混凝土。剛剛通車的雄楚大街丁字橋西側(cè)上橋匝道路堤也是采用現(xiàn)場澆筑的輕質(zhì)混凝土澆筑全長引道。

（2）地基處理提高地基強(qiáng)度

較常用的地基處理方法有換填（墊層）、拋石擠淤、水泥土攪拌樁、水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）、真空——堆載聯(lián)合預(yù)壓法等，此處不再贅述。

4.1.3 施工階段

提高填土壓實(shí)施工質(zhì)量，一個(gè)是填料選擇，盡可能采用級(jí)配較好的礫類土、砂類土等粗粒土作為填料；其次是提高施工工藝水平和精細(xì)化施工質(zhì)量，減少分層填土厚度，提高壓實(shí)效果，特別是緊貼橋臺(tái)處。規(guī)范均對(duì)路堤填料最小強(qiáng)度及路基壓實(shí)度提出要求。

4.2 維修保養(yǎng)階段

日本對(duì)工后沉降的重視程度逐漸減小，主要把問題放在養(yǎng)護(hù)中解決，可減少一次性投資；但養(yǎng)護(hù)工作的質(zhì)量水平、所用機(jī)械的自動(dòng)化程度必須有一定要求，否則影響道路的運(yùn)營效率。

國內(nèi)外研究成果說明：采用地基處理后不可能消除工后沉降，工后修補(bǔ)不可避免。一定的工后沉降應(yīng)該是容許的，留待維修保養(yǎng)階段解決。

對(duì)工程建設(shè)期間未進(jìn)行處理，以致于工后沉降大、跳車嚴(yán)重的橋頭引道加強(qiáng)現(xiàn)場巡視并及時(shí)維修尤其重要。

5 結(jié)論與建議

（1）橋頭跳車現(xiàn)象在武漢市主城區(qū)軟土地基分布區(qū)的橋梁普遍存在，且主要集中在高度H≥2.5 m的橋臺(tái)后填土路堤；H≤2.0 m以下橋臺(tái)后填土路堤沉降及橋頭跳車不明顯；橋臺(tái)后路堤填土沉降值范圍5～20 cm，目前觀測到的最大值27 cm；路堤越高，沉降越大。建議可將2.5 m作為軟土地基高路堤的臨界高度分界線。

（2）武漢地區(qū)軟土地基橋頭跳車影響因素，除填土荷載、地基強(qiáng)度、填土施工質(zhì)量以及行車荷載、維護(hù)保養(yǎng)外，尚存在區(qū)域性沉降及周邊工程建設(shè)影響等。為減少路堤沉降及橋頭跳車影響，可綜合采取降低路堤高度、減輕路堤自重、地基加固處理以及加強(qiáng)后期維護(hù)等措施。

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U16.1

B

1009-7716（2017）01-0026-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.01.007

2016-11-13

武漢市城建委科技計(jì)劃項(xiàng)目成果。

張利華（1972-），女，湖北武漢人，高級(jí)工程師，從事市政道橋交通工程設(shè)計(jì)與研究工作。