論治理橋頭跳車病害的復(fù)合水硬性材料運(yùn)用

徐朝煜

（黔西南公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)有限公司,貴州 興義 562400）

0 引言

橋頭跳車主要是指因橋梁縱坡發(fā)生突變導(dǎo)致車輛運(yùn)行狀態(tài)異常變化的現(xiàn)象，即車輛運(yùn)行至路橋結(jié)合處因差異性沉降遭受沖擊作用而出現(xiàn)跳起。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)路橋結(jié)合處高差超過15 mm 時(shí)將產(chǎn)生橋頭跳車病害，且傳統(tǒng)處治方式效果較差、成本較高。橋頭跳車是公路最常見的質(zhì)量病害，尤其是近年來，隨著交通壓力的不斷增大，此病害愈加突出，嚴(yán)重威脅行車安全，給人們的交通出行帶來諸多不利影響，加強(qiáng)橋頭跳車病害的防治刻不容緩[1-3]。該文全方位分析了橋頭跳車病害成因，提出了復(fù)合水硬性材料處治技術(shù)，并闡述了復(fù)合水硬性材料治理橋頭跳車的優(yōu)勢。

1 橋頭跳車病害成因

1.1 地基強(qiáng)度差異

橋涵、路基施工內(nèi)容較多，主要包含地基基礎(chǔ)、路面結(jié)構(gòu)層及填土路基等，橋涵、通道等設(shè)施因剛度大，對地基承載能力要求較高[4]。但天然地基自身承載性能不足，為降低工后沉降，需對其實(shí)施加固補(bǔ)強(qiáng)處理。因?qū)嶋H施工時(shí)工期緊、任務(wù)重，不可控因素較多，導(dǎo)致部分臺背路堤加固處理不到位，承載性能不足，造成橋臺與臺背路堤工后沉降不一致，產(chǎn)生橋頭跳車現(xiàn)象。

1.1.1 地基沉降

路堤差異性沉降是導(dǎo)致橋頭跳車的關(guān)鍵因素。尤其對于軟土地區(qū)，因其天然含水量較大、有機(jī)質(zhì)含量高、土體壓縮性、滲透性較大，在外部因素影響下極易產(chǎn)生土體變形，造成其承載性能顯著下降。此外，高填方路基區(qū)域，由于土體填筑厚度較大，路基重力作用顯著增大，地基附加應(yīng)力增加，加之工程機(jī)械及運(yùn)輸車等外部荷載作用，使軟土地基產(chǎn)生壓縮變形，導(dǎo)致橋頭跳車。

1.1.2 路面結(jié)構(gòu)層壓縮沉降

通常情況下，道路等級越高，其路面結(jié)構(gòu)層厚度越大。我國道路工程施工中，常用的路堤填料為石屑、砂性土等，具有透水性好、孔隙率大的特點(diǎn)。路橋施工中，橋梁是決定項(xiàng)目整體工期的關(guān)鍵，為最大限度滿足施工工期要求，通常在橋臺施工完成后，立即對臺背進(jìn)行回填作業(yè)。受施工空間限制，無法采用大型壓式設(shè)備對臺背進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)，而小型壓實(shí)設(shè)備功率較低，造成壓實(shí)度等技術(shù)指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，最終導(dǎo)致臺背填料孔隙率較大，增大工后沉降風(fēng)險(xiǎn)。

道路運(yùn)營過程中，在路堤重力作用及行車荷載共同影響下，臺背填料孔隙率逐漸縮小，密實(shí)度逐漸增加，臺背填料產(chǎn)生大規(guī)模沉降變形，使橋梁與道路結(jié)合部位產(chǎn)生明顯高差，引發(fā)橋頭跳車現(xiàn)象。

1.1.3 路橋結(jié)構(gòu)剛度差異

橋梁屬于剛性結(jié)構(gòu)，具有剛度大、承載力強(qiáng)的特點(diǎn)，其橋臺或基礎(chǔ)下部設(shè)有可靠的支撐結(jié)構(gòu)，通常為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，承載性能較高，在自身重力及行車荷載作用下，基本不會產(chǎn)生沉降變形。

臺背路基屬柔性、半剛性結(jié)構(gòu)，在土體重力及行車荷載共同作用下，路堤填料密實(shí)度逐漸增加，造成臺背位置產(chǎn)生差異性沉降。但因橋臺兩側(cè)結(jié)構(gòu)抗變形能力存在顯著差異，橋梁結(jié)構(gòu)基本無沉降變形，而臺背結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的沉降變形較大，從而導(dǎo)致路橋結(jié)合部位產(chǎn)生破壞，形成橋頭跳車現(xiàn)象。

1.2 排水不暢及填土流失

橋臺與路堤結(jié)合處留有變形縫，若道路排水系統(tǒng)不完善或路面防水層不合格，導(dǎo)致雨水大量匯集，勢必會使雨水沿變形縫深入路基，造成道路各結(jié)構(gòu)層遭受雨水侵蝕，降低路基承載力，使橋臺處路基產(chǎn)生大幅度沉降，進(jìn)而引發(fā)橋頭跳車問題[5]。

1.3 施工質(zhì)量方面

施工階段是工程建設(shè)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，直接決定工程的施工質(zhì)量和使用性能，因此，必須加強(qiáng)施工過程質(zhì)量控制。橋頭跳車病害的產(chǎn)生與施工階段的質(zhì)量控制不到位密切相關(guān)，其具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

（1）公路工程施工工期緊，任務(wù)重，實(shí)際施工時(shí)，施工方一味追求施工進(jìn)度，導(dǎo)致施工質(zhì)量得不到保證。臺背填筑速度過快，未采用分層夯填，且填筑完成后未留出足夠的自然沉降時(shí)間，增大橋頭跳車發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

（2）路基填筑施工中，未合理控制松鋪厚度，受施工空間限制，導(dǎo)致施工中無法使用大型壓實(shí)設(shè)備，造成壓實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，增大工后沉降和橋頭跳車風(fēng)險(xiǎn)[6]。

（3）路基填料不符合要求，含水率、粒徑等指標(biāo)較大，導(dǎo)致密實(shí)度較差。

1.4 設(shè)計(jì)方面

設(shè)計(jì)缺陷也會在一定程度上加劇橋頭跳車病害的產(chǎn)生。道路勘察設(shè)計(jì)階段，受資金、人員、技術(shù)等方面的限制，導(dǎo)致對施工區(qū)域內(nèi)地質(zhì)狀況了解不全面，進(jìn)而在設(shè)計(jì)階段對軟土路基處理不當(dāng)，增大不均勻沉降的發(fā)生率；同時(shí)，橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式及填料不同，也會造成差異性沉降[7-8]。

此外，除設(shè)計(jì)、施工、外部環(huán)境等因素外，引發(fā)道路橋頭跳車的因素還有很多，如凍融、超速、超載、橋頭搭板設(shè)置不合理等。

2 復(fù)合水硬性材料處治橋頭跳車的技術(shù)

復(fù)合水硬性材料處治橋頭跳車是建立在微表處技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)施的。其施工工藝是根據(jù)微表處原理，分層填充，接近設(shè)計(jì)高程時(shí)對路面整體進(jìn)行微表處罩面施工。即先對原始道路進(jìn)行高程測量，根據(jù)測得的實(shí)際數(shù)據(jù)確定路橋結(jié)合處發(fā)生差異性沉降的范圍及沉降高差，并通過微表處處治技術(shù)對沉降區(qū)域?qū)嵤┓謱犹畛?，直至填充至設(shè)計(jì)高程，然后對沉陷區(qū)域及橋頭實(shí)施整體罩面處理。與傳統(tǒng)銑刨重鋪施工方式相比，該技術(shù)不僅具有操作簡便、施工速度快、交通影響小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，而且對環(huán)境污染少，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

2.1 復(fù)合水硬性材料治理橋頭跳車的原材料要求

2.1.1 集料

采用復(fù)合水硬性材料處治橋頭跳車，其集料選擇應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。粗集料選用遵循粒徑適中、級配連續(xù)的原則，以玄武巖或花崗巖為最佳，集料質(zhì)地堅(jiān)硬，干燥度、清潔度、粗糙度滿足要求，粒徑為3～6 mm、5～10 mm、10～15 mm；細(xì)集料則選用質(zhì)地堅(jiān)硬，清潔度、干燥度、無風(fēng)化的機(jī)制砂，級配合適，材質(zhì)以石灰?guī)r為最佳，粒徑為0～3 mm，各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)滿足《公路瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTG/T5142—01—2021）的相關(guān)規(guī)定。

2.1.2 改性乳化瀝青

復(fù)合水硬性材料中有機(jī)黏結(jié)料選用SBR 改性乳化瀝青。其貯存方式較為特殊，通常貯存在持續(xù)轉(zhuǎn)動的密封罐體內(nèi)，且有效期不超過14 d。

2.1.3 水泥

復(fù)合水硬性材料中水泥一般采用普通硅酸鹽水泥，其摻量根據(jù)配合比試驗(yàn)確定，相關(guān)性能指標(biāo)滿足《公路瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTG/T5142—01—2021）相關(guān)規(guī)定，嚴(yán)禁使用速凝水泥和早強(qiáng)水泥。

2.1.4 水和添加劑

施工用水要求較高，通常采用直飲水或純凈天然水。添加劑主要采用無機(jī)類添加劑和有機(jī)類添加劑兩種類型，添加劑摻量應(yīng)滿足要求，其性能不得對混合料性能產(chǎn)生副作用，性能不明的添加劑嚴(yán)禁應(yīng)用于工程施工中。

2.2 復(fù)合有機(jī)水硬性材料處治高速公路橋頭跳車施工工藝

2.2.1 施工工藝流程

采用復(fù)合水硬性材料進(jìn)行高速公路橋頭跳車病害處治的基本流程如圖1 所示。

圖1 施工工藝流程

2.2.2 施工過程質(zhì)量控制

調(diào)平層施工中各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 調(diào)平層施工過程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

微表處罩面處理時(shí)，通過抽樣檢測對混合料質(zhì)量進(jìn)行控制，其質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)如表2 所示。

表2 微表處罩面施工過程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

2.2.3 質(zhì)量檢查與驗(yàn)收

竣工驗(yàn)收階段質(zhì)量檢查與驗(yàn)收：橋頭跳車路段處治完成后，應(yīng)對各關(guān)鍵部位進(jìn)行質(zhì)量檢查和驗(yàn)收，確保施工質(zhì)量滿足要求。其檢查項(xiàng)目及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)如表3 所示。

表3 沉陷處理工后檢查與驗(yàn)收質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

3 復(fù)合水硬性材料治理橋頭跳車的優(yōu)勢

3.1 施工工藝

復(fù)合水硬性材料治理橋頭跳車主要包含以下幾個(gè)階段：施工設(shè)計(jì)、施工準(zhǔn)備、施工階段、養(yǎng)護(hù)階段、開放交通等[9]。

復(fù)合水硬性材料治理橋頭跳車，其施工過程較為簡單，混合料拌和對溫度要求較低，可在常溫下完成，無需拌和站參與，因此施工具有較強(qiáng)的靈活性[10]。

3.2 裝備能耗與成本效益

復(fù)合水硬性材料治理橋頭跳車，其施工過程主要涉及原材料運(yùn)輸、拌和、攤鋪等。與傳統(tǒng)銑刨重鋪施工方式相比，可減少混合料運(yùn)輸車、拌和站等大型機(jī)械的裝備能耗，有效降低工程成本。

3.3 環(huán)保效益

當(dāng)前我國的環(huán)保形勢異常嚴(yán)峻，對各行業(yè)節(jié)能降耗提出了較高的要求，公路工程行業(yè)也不例外。相關(guān)專業(yè)人士對傳統(tǒng)瀝青路面和復(fù)合水硬性材料施工能耗、污染物排放等進(jìn)行了對比計(jì)算，得出相同條件及檢測范圍內(nèi)（能耗值為280～380 MJ/t，碳排放量為21～31 kg/t），復(fù)合水硬性材料瀝青路面施工比傳統(tǒng)熱拌瀝青路面施工能耗及碳排放量均顯著下降，其降幅高達(dá)71.20%。而且復(fù)合水硬性材料對環(huán)境要求較低，可在常溫下完成施工，整個(gè)施工過程基本不會產(chǎn)生有害氣體。通常狀況下，在上料及拌和過程中會產(chǎn)生懸浮物，通過實(shí)際檢測其顆粒物最大排放量為0.47 mg/m3，未超過二級標(biāo)準(zhǔn)值3.5 mg/m3，環(huán)保效益顯著。

4 結(jié)論

綜上所述，路橋結(jié)合處路基、路堤不均勻沉降是造成橋頭跳車病害的關(guān)鍵原因，如何采取科學(xué)有效的加固措施防治該部位沉降病害的產(chǎn)生，保證路面與橋面的穩(wěn)定過渡，是有效處理橋頭跳車的關(guān)鍵所在。綜合各方面因素，提出如下建議：

（1）預(yù)防高速公路橋頭跳車，應(yīng)綜合路基、路堤、路面等多方面因素，對橋頭跳車成因進(jìn)行全方位分析，以采取針對性處治措施，從根本上杜絕橋頭跳車病害產(chǎn)生。

（2）復(fù)合有機(jī)水硬性材料性能優(yōu)良，具有較強(qiáng)的高溫穩(wěn)定性和抗水損性能，能顯著增強(qiáng)路用性能，延長使用壽命；其次，該技術(shù)具有施工簡便、速度快、效率高、成本低、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

（3）利用復(fù)合水硬性材料處治橋頭跳車，可顯著提升高速公路運(yùn)營及服務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)公路建設(shè)與節(jié)能環(huán)保的發(fā)展。