長(zhǎng)三角軟土地區(qū)橋頭跳車問題研究

成鳳杰

昆山市交通科技研究中心有限公司 江蘇 昆山 215300

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路建設(shè)等級(jí)及線型標(biāo)準(zhǔn)都相應(yīng)提高，公路橋梁比也隨之提高，橋頭跳車問題也愈顯突出，影響車輛通行安全。特別是在我國長(zhǎng)三角區(qū)域軟土路基較多，處理不當(dāng)容易出現(xiàn)橋頭跳車病害。根據(jù)調(diào)查資料，在昆山地區(qū)橋梁健康檢測(cè)巡查中50%以上橋梁均存在輕微或中度以上橋頭跳車問題。因此，以昆山地區(qū)為例研究長(zhǎng)三角軟土地區(qū)橋頭跳車問題具有重要研究?jī)r(jià)值及意義。

1 病害概況

元豐大道是昆山市南部地區(qū)東西向主干路，道路技術(shù)等級(jí)為一級(jí)，雙向六車道。在道路巡查中發(fā)現(xiàn)元豐大道K24+560處橋頭跳車病害嚴(yán)重，路面縱斷曲線在橋臺(tái)位置呈折線狀?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量K24+550-K24+570高程，每2m測(cè)量一次，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)得出高程表。由表1可知，在K24+560處以后路面高程呈折線式下降，與橋梁縱坡銜接不順?，F(xiàn)場(chǎng)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)分析，K24+550-K24+560橋梁部分縱坡為2%，K24+560-K24+570路基部分縱坡為3.8%，其中K24+560-K24+562處縱坡達(dá)到5%。因坡度變化明顯，導(dǎo)致行車過程中出現(xiàn)嚴(yán)重跳車現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)調(diào)研5名小客車司機(jī)及3名貨車司機(jī)，調(diào)研對(duì)象均表示K24+560處橋頭行車舒適度極差，有“飛車”失重感，嚴(yán)重影響通行車輛的使用壽命。

表1 元豐大道K24+550-K24+570處橋頭跳車病害處高程表 單位：m

2 成因分析

橋頭跳車病害成因復(fù)雜，筆者認(rèn)真分析其產(chǎn)生的原因，主要有橋臺(tái)與路基之間的沉降差、結(jié)構(gòu)剛度差異引起的變形差、施工質(zhì)量把控不嚴(yán)、設(shè)計(jì)方案不周全等。

2.1 橋臺(tái)與路基之間的沉降差

橋梁的橋臺(tái)主體結(jié)構(gòu)剛度較強(qiáng)，長(zhǎng)三角軟土地區(qū)橋臺(tái)基礎(chǔ)大部分為樁基礎(chǔ)，導(dǎo)致橋臺(tái)結(jié)構(gòu)在建設(shè)完畢后幾乎不發(fā)生沉降。但橋臺(tái)臺(tái)背回填部分大部分為石灰土，為半剛性材料，隨著時(shí)間推移回填材料在自重及車輛荷載作用下會(huì)發(fā)生二次固結(jié)，導(dǎo)致發(fā)生沉降。另外，長(zhǎng)三角地區(qū)橋臺(tái)臺(tái)背地基大部分為淤泥質(zhì)土，會(huì)采用水泥攪拌樁等措施進(jìn)行處置，但其在上部荷載作用下會(huì)發(fā)生沉降變形，對(duì)于地基加固效果不理想的橋臺(tái)臺(tái)背，其沉降將更顯著。特別是對(duì)于高填方臺(tái)背回填更易發(fā)生地基嚴(yán)重沉降，導(dǎo)致出現(xiàn)明顯沉降差[1-2]。

2.2 結(jié)構(gòu)剛度差異引起的變形差

橋臺(tái)位置為路、橋連接的位置，從路面結(jié)構(gòu)而言，橋梁段與路基段剛度差異較大，橋臺(tái)側(cè)為伸縮縫等組成的剛性結(jié)構(gòu)，路基側(cè)為瀝青、水泥穩(wěn)定碎石、灰土等組成的多層路面體系，兩者面對(duì)重載交通時(shí)變形量不同。在重載交通的持續(xù)作用下，橋臺(tái)發(fā)生的基本為彈性變形，卸荷后結(jié)構(gòu)恢復(fù)初始狀態(tài)，但路基段由于對(duì)重載交通較為敏感，在重載交通作用下易發(fā)生塑性變形，路面形成明顯車轍，導(dǎo)致出現(xiàn)橋臺(tái)跳車問題。

2.3 施工質(zhì)量把控不嚴(yán)

臺(tái)背回填具有空間小、壓實(shí)難、檢測(cè)少等特點(diǎn)，大型壓實(shí)施工機(jī)械無法正常施工，只能采用小型夯機(jī)進(jìn)行局部壓實(shí)，導(dǎo)致越靠近臺(tái)背位置，壓實(shí)效果越難以保證，臺(tái)背位置經(jīng)常出現(xiàn)壓實(shí)度不滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求的現(xiàn)象。在路基施工質(zhì)量抽檢中，很少對(duì)靠近橋臺(tái)部位路基進(jìn)行抽檢，路基抽檢數(shù)據(jù)無法反映橋臺(tái)臺(tái)背處路基施工質(zhì)量的真實(shí)水平。部分臺(tái)背路基要求采用堆載預(yù)壓6個(gè)月，但在有限的施工工期下，大部分臺(tái)背路基未按要求時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行堆載預(yù)壓，甚至取消堆載預(yù)壓直接施工上層結(jié)構(gòu)[3-5]。

2.4 設(shè)計(jì)方案不周全

橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮橋梁部位的地質(zhì)、水文、交通狀況等條件，基于各類條件給出橋梁設(shè)計(jì)的最優(yōu)解。筆者在部分橋梁施工中了解到，部分橋梁地質(zhì)勘察并未按勘察規(guī)范要求的分布密度進(jìn)行，導(dǎo)致局部路段路基地質(zhì)勘察結(jié)果不準(zhǔn)確，淤泥質(zhì)土等軟土未被發(fā)現(xiàn)，相應(yīng)的地基加固措施未跟進(jìn)，導(dǎo)致后續(xù)存在發(fā)生橋臺(tái)跳車風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，目前還沒有成熟的道路橋梁沉降差計(jì)算公式，設(shè)計(jì)人員無法在設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算施工完成時(shí)發(fā)生的沉降量與總沉降量的比例關(guān)系，無法對(duì)存在的沉降差進(jìn)行超填方處理。

3 預(yù)防性措施

3.1 合理設(shè)置橋臺(tái)位置

橋梁線位選擇時(shí)應(yīng)充分考慮地質(zhì)條件、經(jīng)濟(jì)性等因素，特別是橋臺(tái)應(yīng)盡量選擇在地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有良好持力層的位置。橋臺(tái)位置均處于不良地質(zhì)區(qū)域時(shí)，應(yīng)盡量控制橋臺(tái)高度，在保證橋下凈空的條件下避免出現(xiàn)橋臺(tái)臺(tái)背高填方，在經(jīng)濟(jì)性可保證的情況下盡量采用以橋代路的方式。

3.2 橋臺(tái)臺(tái)背基底處理

在橋臺(tái)臺(tái)背回填施工時(shí)，必須清除路基范圍內(nèi)的表層腐殖土等雜土。對(duì)于淺層淤泥質(zhì)土可采取挖除回填方式處理，挖除部分與路基過渡段采用臺(tái)階方式銜接，臺(tái)階高度一般采用高1m，寬3m，在臺(tái)階位置設(shè)置土工格柵?；靥顣r(shí)應(yīng)采用5%灰土分層回填、分層壓實(shí)的方式進(jìn)行，確保挖除回填處理效果。對(duì)于軟土地基較深的情況，可采用PTC管樁、水泥攪拌樁等進(jìn)行處理，排列方式采用梅花式排列。在PTC管樁、水泥攪拌樁等施工前，必須進(jìn)行試樁，確認(rèn)單樁承載力滿足設(shè)計(jì)要求后方可進(jìn)行大規(guī)模施工。

3.3 嚴(yán)控施工工藝與材料

長(zhǎng)三角區(qū)域橋臺(tái)回填大部分采用石灰土填筑，施工中石灰土壓實(shí)度不得低于96%，采取分層碾壓方式進(jìn)行施工，在石灰土形成固結(jié)后，雨水將不能滲透，且其工后沉降量很小，能很好的避免橋頭跳車。

在橋臺(tái)臺(tái)背回填過程中，必須嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行施工，控制好每層填筑的厚度和壓實(shí)度等參數(shù)，確保每一層灰土的施工質(zhì)量都合格。對(duì)石灰土施工質(zhì)量影響重大因素有：含水率、壓實(shí)度、機(jī)具組合，因此在碾壓時(shí)不能采用厚填多壓的方式，根據(jù)長(zhǎng)三角地區(qū)經(jīng)驗(yàn)分為20cm每層進(jìn)行碾壓才能取得較好的碾壓效果。同時(shí)施工人員要對(duì)灰土的含水率要勤測(cè)多檢，灰土含水率在最佳含水率±2%區(qū)間內(nèi)時(shí)，碾壓后的灰土才能達(dá)到最大干密度。在施工過程中，對(duì)于臺(tái)背邊角等大型設(shè)備無法充分碾壓的部位，采用小型壓路機(jī)+夯機(jī)組合進(jìn)行逐層碾壓，保證壓實(shí)度與其他部位一致。

3.4 新材料新技術(shù)應(yīng)用

在相關(guān)文獻(xiàn)中，根據(jù)有限元軟件計(jì)算分析，適當(dāng)增長(zhǎng)搭板長(zhǎng)度、增加搭板厚度能有效降低橋頭跳車問題發(fā)生的概率，對(duì)于橋臺(tái)路基受力有極大的改善。在搭板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建議厚度采用35-40cm，長(zhǎng)度不小于8m。搭板形式采用橋臺(tái)側(cè)薄、路基側(cè)厚的水平橫置“牛腿式”結(jié)構(gòu)，防止在車輛沖擊荷載作用下搭板出現(xiàn)滑移等病害，優(yōu)化結(jié)構(gòu)受力。

臺(tái)背回填材料應(yīng)滿足密度小、強(qiáng)度高、防水性好等特性，輕質(zhì)泡沫土能有效滿足要求，在高填方橋臺(tái)位置可采用輕質(zhì)泡沫土來減少橋頭跳車。輕質(zhì)泡沫土澆筑前，應(yīng)對(duì)基底檢查，確保無雜物、無積水。同一層輕質(zhì)泡沫土澆筑中要確保在初凝前澆筑完畢，澆筑應(yīng)從一端向另外一端澆筑，不得隨意施工。澆筑輕質(zhì)泡沫土頂層時(shí)，應(yīng)設(shè)置防裂金屬網(wǎng)，防止后期開裂，頂部還需設(shè)置防滲土工膜，進(jìn)一步提高輕質(zhì)泡沫土的防水性。

4 病害處置方案

4.1 病害銑刨

嚴(yán)重橋頭跳車病害路段基本上都會(huì)伴生其他路面病害，需要對(duì)原有路面結(jié)構(gòu)層進(jìn)行銑刨清除，具體清除深度需要根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及具體病害深度來確定。銑刨設(shè)備宜選用大型銑刨機(jī)，銑刨結(jié)束后用鋼絲刷將強(qiáng)度不足部分清除，結(jié)束后用強(qiáng)力吹風(fēng)機(jī)將表面清除干凈。銑刨范圍為病害部位往外延伸1m，確保病害能徹底清除。清除路面結(jié)構(gòu)后，如果發(fā)現(xiàn)搭板、路基出現(xiàn)病害，應(yīng)將搭板破損部位鑿除，路基病害部位挖除。路基病害部分采用混凝土進(jìn)行回填，表面敷設(shè)土工格柵，確保受力均勻。搭板破損部位重新綁扎鋼筋，澆筑高強(qiáng)混凝土，確保搭板不發(fā)生二次損壞。

4.2 修補(bǔ)材料要求

SBS改性瀝青混凝土混合料在施工前應(yīng)進(jìn)行配合比驗(yàn)證，確定混合料、礦料的級(jí)配范圍，基質(zhì)瀝青采用為70號(hào)A級(jí)道路石油瀝青。瀝青上面層碎石應(yīng)采用玄武巖，瀝青集料的各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)應(yīng)滿足規(guī)范要求，使用前要保證集料干燥清潔，搭棚分倉存放，不得混倉。瀝青混合料必須進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)，驗(yàn)證瀝青混合料的水穩(wěn)性，瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)殘留穩(wěn)定度必須不小于85%，凍融劈裂試驗(yàn)殘留強(qiáng)度比不小于80%。

4.3 瀝青攤鋪

瀝青混凝土攤鋪前要撒布封層粘層油，撒布前采用人工清掃的方式將修補(bǔ)區(qū)域清理干凈，用吹風(fēng)機(jī)清除浮塵，確保路面表面干燥潔凈。撒布SBS改性瀝青封層粘層油后，及時(shí)均勻撒布碎石，碎石撒布 5～6kg/m2。在修補(bǔ)區(qū)域的原路面?zhèn)冗厬?yīng)涂刷1.5kg/m2的熱 SBS改性瀝青，確保修補(bǔ)區(qū)域?yàn)r青混凝土路面與原路面可良好連接，消除滲水隱患。攤鋪前應(yīng)確定適合的松鋪系數(shù)，攤鋪過程應(yīng)按照規(guī)范要求頻次檢查攤鋪厚度、橫坡、平整度等指標(biāo)，確保行車舒適度。碾壓施工可采用鋼輪壓路機(jī)和膠輪壓路機(jī)結(jié)合的方式，壓路機(jī)碾壓速度不宜過快，啟動(dòng)、停車要慢，防止瀝青混合料發(fā)生推移。

4.4 接縫處理

橋頭跳車修補(bǔ)區(qū)域要特別注意與原路面及橋臺(tái)接縫處理，要保證連接處密實(shí)平順，要保證接縫邊緣區(qū)域的壓實(shí)度、平整度都符合規(guī)范要求。為保證接縫部位質(zhì)量長(zhǎng)久可靠，連接處原路面銑刨時(shí)要切成垂直面，并在攤鋪前在原路面、結(jié)構(gòu)物側(cè)邊涂刷1.5kg/m2的熱 SBS改性瀝青，確保修補(bǔ)區(qū)域?yàn)r青混凝土路面與原路面良好連接，消除滲水隱患。

5 后評(píng)估

5.1 橋頭跳車修復(fù)評(píng)估

為驗(yàn)證橋臺(tái)跳車病害修復(fù)方案可行性，筆者選取文中元豐大道K24+560工點(diǎn)開展病害修復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn)。首先對(duì)病害區(qū)域?yàn)r青混凝土路面進(jìn)行銑刨，發(fā)現(xiàn)搭板已發(fā)生嚴(yán)重沉降。與設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位共同制定病害修復(fù)方案為鑿除搭板，采用混凝土回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高，在表層設(shè)置金屬防裂網(wǎng)，澆筑時(shí)在混凝土預(yù)埋設(shè)置部分剪力釘鋼筋，增強(qiáng)橋臺(tái)搭板在重車荷載作用下的抗滑移性能。待混凝土硬化強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后，綁扎橋臺(tái)搭板鋼筋，澆筑完成搭板。瀝青混凝土路面攤鋪前涂刷熱 SBS改性瀝青，確保修補(bǔ)區(qū)域?yàn)r青混凝土路面與原路面可良好連接。

在修復(fù)結(jié)束后，筆者對(duì)修復(fù)效果進(jìn)行評(píng)估，采用3m直尺測(cè)定固定位置的路面平整度，進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，測(cè)評(píng)修復(fù)效果，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。

根據(jù)表2可知2022年3月在病害修補(bǔ)后，用3m直尺測(cè)量橋臺(tái)與路面間平整度，最大間隙為1.8mm。隨著行車增加，在重型車輛荷載持續(xù)作用下，2022年4月最大間隙增長(zhǎng)至3.0mm。在2022年5月-2022月12月之間，最大間隙值未發(fā)生劇烈變化，由3.2mm增長(zhǎng)至3.8mm。因最大間隙數(shù)值變化基本穩(wěn)定，筆者降低監(jiān)測(cè)頻率，每3月監(jiān)測(cè)一次，2022年12月-2023年8月，最大間隙值穩(wěn)定在4.0mm。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，橋頭跳車病害處置方案合理，未發(fā)生明顯沉降變形。

5.2 輕質(zhì)泡沫土回填效果評(píng)估

為驗(yàn)證臺(tái)背回填采用輕質(zhì)泡沫土防治橋頭跳車的效果，筆者在新建橋梁項(xiàng)目昆山市青陽港朝陽路橋東側(cè)橋臺(tái)跟蹤橋頭跳車實(shí)施效果。

（1）朝陽路橋輕質(zhì)泡沫土所選用材料應(yīng)符合國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，進(jìn)場(chǎng)前做好材料抽檢工作，檢查出廠合格證等，確保材料滿足技術(shù)要求。（2）輕質(zhì)泡沫土水泥采用42.5強(qiáng)度等級(jí)的普通硅酸鹽水泥，嚴(yán)禁不同品牌、強(qiáng)度等級(jí)的水泥混合使用。（3）發(fā)泡劑采用高分子復(fù)合表面活性類發(fā)泡劑，標(biāo)準(zhǔn)氣泡群密度為30-50kg/m3，稀釋倍數(shù)40-60，發(fā)泡倍率800-1200。發(fā)泡劑產(chǎn)生泡沫大小均勻且細(xì)密，直徑應(yīng)小于1.0mm。標(biāo)準(zhǔn)氣泡柱靜置1h的沉降距不應(yīng)大于3mm，標(biāo)準(zhǔn)氣泡柱靜置1h的泌水量不應(yīng)大于30ml。

朝陽路橋于2021年10月開放交通，筆者開放交通后開始對(duì)東側(cè)橋臺(tái)位置監(jiān)測(cè)平整度，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 青陽港朝陽路橋橋頭位置最大間隙值監(jiān)測(cè)表 單位：mm

根據(jù)表3可知2021年10月橋梁修建完畢后，用3m直尺測(cè)量橋臺(tái)與路面間平整度，最大間隙為1.8mm。隨著行車增加，在車輛荷載持續(xù)作用下，2022年3月最大間隙增長(zhǎng)至3.0mm，在2022年6月后穩(wěn)定至3.2mm，未發(fā)生變化。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，輕質(zhì)泡沫土防治橋頭跳車效果明顯，可靠性、耐久性均達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

6 結(jié)論

1、橋頭跳車病害成因復(fù)雜，主要有橋臺(tái)與路基之間的沉降差、結(jié)構(gòu)剛度差異引起的變形差、施工質(zhì)量把控不嚴(yán)、設(shè)計(jì)方案不周全等。2、針對(duì)橋頭跳車病害，可采取預(yù)防性措施來防止病害發(fā)生，避免病害發(fā)生造成社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失。預(yù)防性措施有合理設(shè)置橋臺(tái)位置、橋臺(tái)臺(tái)背基底處理、嚴(yán)控施工工藝與材料、應(yīng)用新材料新技術(shù)等。特別是輕質(zhì)泡沫土材料的應(yīng)用可以有效避免運(yùn)營(yíng)期間出現(xiàn)橋頭跳車病害，在青陽港朝陽路橋東側(cè)橋臺(tái)應(yīng)用后取得良好效果，可廣泛推廣應(yīng)用。3、橋頭跳車病害發(fā)生后應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)，按照銑刨路面、病害修復(fù)、涂刷瀝青、攤鋪路面流程進(jìn)行處理，可消除病害。元豐大道K24+560工點(diǎn)后續(xù)觀測(cè)結(jié)果證明病害修復(fù)方案成熟、可靠、有效。