基于路基沉降控制的公路臺背跳車預(yù)防措施與處治技術(shù)優(yōu)化

摘 要：由于路基沉降與橋梁結(jié)構(gòu)在剛度、變形性能等方面存在顯著差異，易在橋頭處形成不均勻沉降現(xiàn)象，進(jìn)而引發(fā)跳車問題，此類病害一旦出現(xiàn)，可能引發(fā)車輛損傷甚至交通事故，特別是在交通流量大、重載車比例高的高速公路路段，跳車現(xiàn)象表現(xiàn)更為突出，亟須系統(tǒng)性的處治技術(shù)進(jìn)行預(yù)防，因此圍繞臺背跳車問題的成因進(jìn)行深入剖析，并從沉降控制角度出發(fā)構(gòu)建全鏈條技術(shù)應(yīng)對體系，已成為公路工程質(zhì)量提升的重要研究方向。

關(guān)鍵詞：路基沉降 公路臺背跳車 預(yù)防措施 處治技術(shù)

從設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營維護(hù)的全生命周期視角出發(fā)，通過加強(qiáng)臺背結(jié)構(gòu)合理性設(shè)計(jì)、改進(jìn)材料工藝與沉降控制手段，有助于減少病害發(fā)生頻率，延長結(jié)構(gòu)服役年限，降低后期維護(hù)成本。因此系統(tǒng)總結(jié)并推廣成熟的預(yù)防與處治策略，對于規(guī)范行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)具有重要的工程實(shí)踐價(jià)值與理論研究意義，從而為今后類似工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)管理提供科學(xué)借鑒。

1 公路臺背跳車的成因分析

1.1 路基沉降機(jī)制與不均勻沉降的表現(xiàn)

路基沉降是引發(fā)臺背跳車問題的主要原因，其本質(zhì)在于地基與填筑體在長期荷載下發(fā)生的結(jié)構(gòu)性變化。在公路橋臺與路基銜接區(qū)域，由于橋梁臺身一般采用樁基礎(chǔ)形式，具有較強(qiáng)的剛性和沉降控制能力，而與之相鄰的路基則多依賴天然地基或加固地基承載，土體壓縮性、滲透性與固結(jié)時(shí)間的不一致，使得沉降速度與幅度存在明顯差異。特別是在軟土地基條件下，因地基中孔隙水排出緩慢，初期沉降控制難度大，形成顯著的“剛?cè)徇^渡區(qū)”，極易出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象。不同工點(diǎn)之間的施工期不同、填料種類不一，壓實(shí)度控制不均，也會導(dǎo)致土體沉降表現(xiàn)出空間上的差異性。隨著時(shí)間推移，非均勻沉降在橋臺背部集中顯現(xiàn)，形成“階梯式”沉降帶，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力異常，最終造成車輛駛?cè)霕蚺_時(shí)產(chǎn)生跳躍感，引發(fā)跳車現(xiàn)象的發(fā)生。

1.2 臺背結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工因素

在實(shí)際工程中，臺背結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工工藝的合理性對臺背沉降控制具有直接影響，如果忽視結(jié)構(gòu)過渡與材料性能匹配，則極易誘發(fā)早期跳車病害。設(shè)計(jì)層面，部分項(xiàng)目未充分考慮橋臺剛性與路基柔性之間的過渡，未設(shè)置合理的過渡結(jié)構(gòu)層或緩沖材料，導(dǎo)致載荷在結(jié)構(gòu)交界處突變，致使應(yīng)力集中和沉降加劇。同時(shí)，設(shè)計(jì)單位在選取臺背填筑材料時(shí)未因地制宜，采用壓縮性較大的細(xì)粒土或劣質(zhì)雜填土，缺乏分級壓實(shí)設(shè)計(jì)，難以形成穩(wěn)固的支承系統(tǒng)。而在施工過程中，由于工期壓力大或質(zhì)量管控不嚴(yán)，常出現(xiàn)壓實(shí)厚度過大、壓實(shí)機(jī)械選型不當(dāng)、碾壓遍數(shù)不足等問題，導(dǎo)致臺背回填密實(shí)度偏低，空隙率大，運(yùn)行期沉降潛力釋放迅速。此外，施工中未充分考慮排水設(shè)計(jì)，地下水位升高造成填料含水量增加，強(qiáng)度下降，加劇了結(jié)構(gòu)弱化。且橋臺背部施工常受橋梁結(jié)構(gòu)限制，施工空間狹小，設(shè)備進(jìn)出受阻，導(dǎo)致施工難度顯著上升，使得施工質(zhì)量進(jìn)一步難以保障，從而為后期臺背跳車埋下隱患。

1.3 運(yùn)營期交通荷載作用

公路投入使用后，長期的交通荷載尤其是重型車輛頻繁通行，對橋臺背部結(jié)構(gòu)形成重復(fù)疊加的動荷載作用，使其原有沉降形態(tài)進(jìn)一步復(fù)雜化，誘發(fā)臺背結(jié)構(gòu)持續(xù)沉降和變形擴(kuò)展。重載車輛通過橋梁與路基接縫處時(shí)，其車輪集中壓力在橋臺后方形成沖擊載荷，直接加速該區(qū)域的填料壓密與地基固結(jié)，尤其是在壓實(shí)度本就不足的臺背區(qū)域，這種附加載荷成為沉降累積的重要推力。與此同時(shí)，交通荷載作用下的橋臺產(chǎn)生輕微的豎向振動，與鄰近的路基形成位移差，從而在結(jié)構(gòu)邊界處產(chǎn)生剪應(yīng)力集中，進(jìn)一步削弱結(jié)構(gòu)完整性。此外，季節(jié)性氣溫變化和日照輻射引起的材料熱脹冷縮也疊加在交通荷載影響之上，促使結(jié)構(gòu)界面產(chǎn)生裂縫、縫隙擴(kuò)張和表層松散，從而使雨水更容易滲入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，形成侵蝕與軟化作用，進(jìn)一步降低填料強(qiáng)度，促進(jìn)沉降持續(xù)發(fā)生。長此以往，車輛在臺背區(qū)域駛?cè)霕蛎鏁r(shí)，輪胎會因結(jié)構(gòu)高差突然變化而出現(xiàn)跳躍，加之車速較高、橋面與路基段彈性不同，便極易出現(xiàn)車輛跳車現(xiàn)象，不僅影響行駛舒適性，還對橋梁結(jié)構(gòu)安全與道路交通安全構(gòu)成威脅。

2 沉降控制視角下的跳車預(yù)防技術(shù)措施

2.1 優(yōu)化地基處理方式

在跳車頻發(fā)區(qū)域，往往伴隨著地基承載力不足、壓縮性強(qiáng)及排水條件差等基礎(chǔ)性問題，因此需因地制宜選用適宜的地基加固方式予以改善。在軟土地區(qū)，可采用強(qiáng)夯置換、預(yù)壓聯(lián)合真空預(yù)壓、粉噴樁、CFG樁或高壓旋噴樁等加固措施，以提升地基整體剛度并加速固結(jié)，進(jìn)而降低不均勻沉降風(fēng)險(xiǎn)。其中，粉噴樁與CFG樁具有施工便捷、加固深度可控等優(yōu)勢，能有效改善土體抗剪強(qiáng)度和壓縮性能，在橋臺后緣設(shè)置密集樁布范圍，有助于形成“沉降攔截帶”。對于填石類或碎石類地基區(qū)域，則應(yīng)強(qiáng)化基礎(chǔ)找平和分層夯實(shí)，避免局部松散導(dǎo)致沉降集中。此外，還可配合設(shè)置透水盲溝或豎向排水體，增強(qiáng)地基的排水能力，縮短固結(jié)周期，使沉降趨勢更早釋放，減少后期運(yùn)營期沉降帶來的突發(fā)性跳車風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 合理設(shè)計(jì)橋臺與路基過渡段

在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，橋臺背部與路基之間往往缺乏足夠的結(jié)構(gòu)緩沖或剛?cè)釁f(xié)調(diào)裝置，導(dǎo)致力學(xué)性能不匹配，沉降不均加劇。為解決這一問題，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段引入柔性過渡理念，推動剛?cè)徇^渡段與橋臺同步設(shè)計(jì)、協(xié)同施工。具體而言，可設(shè)置過渡段加密區(qū)，通過調(diào)整填料類型與層厚控制，在靠近橋臺一側(cè)布設(shè)高強(qiáng)度材料區(qū)域，并逐步過渡至普通路基材料，形成結(jié)構(gòu)性能上的梯度變化。此外，還可設(shè)計(jì)臺后反壓墻或剛性臺背結(jié)構(gòu)，使其分擔(dān)部分上部結(jié)構(gòu)傳遞來的豎向荷載，從而減輕臺后沉降壓力。針對臺后回填空間狹小、壓實(shí)困難的特點(diǎn)，也可考慮設(shè)置“預(yù)留沉降區(qū)”或“回填平臺”，為后期補(bǔ)強(qiáng)與沉降釋放預(yù)留施工余地。在設(shè)計(jì)時(shí)強(qiáng)調(diào)沉降協(xié)調(diào)性的同時(shí)，應(yīng)同步考慮排水設(shè)計(jì)、施工便捷性及材料匹配性，提升整個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的沉降適應(yīng)能力。

2.3 改進(jìn)填筑材料與壓實(shí)工藝

如果選用材料不當(dāng)或壓實(shí)工藝不合規(guī)，極易在運(yùn)營期內(nèi)發(fā)生快速沉降，進(jìn)而引發(fā)橋臺背部跳車問題。為保障填筑質(zhì)量，應(yīng)優(yōu)先選用壓縮模量高、強(qiáng)度穩(wěn)定、透水性好的粒狀材料，如碎石類、級配良好的砂礫土等，以確保材料在長期荷載下的穩(wěn)定性。對于有條件的工程段，可引入粒料穩(wěn)定技術(shù)，如水泥穩(wěn)定碎石、石灰土等改良材料，提高結(jié)構(gòu)整體剛度與抗變形能力。在施工環(huán)節(jié)，應(yīng)嚴(yán)格控制填筑厚度、分層高度及含水率，確保各層均達(dá)到設(shè)計(jì)壓實(shí)度，避免虛填、漏壓現(xiàn)象的發(fā)生。在臺后狹小區(qū)域，可采用小型振動夯、手扶壓實(shí)機(jī)等專用設(shè)備進(jìn)行細(xì)部壓實(shí)作業(yè)，確保壓實(shí)質(zhì)量不因施工條件受限而下降。此外，還應(yīng)在施工過程中配合使用沉降觀測裝置與沉降預(yù)警機(jī)制，對回填區(qū)域進(jìn)行分階段監(jiān)測，掌握沉降變化趨勢，提前采取補(bǔ)救措施。

2.4 設(shè)置彈性過渡或拋物線過渡結(jié)構(gòu)

為進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)過渡區(qū)的適應(yīng)性與舒適性，可在橋臺與路基接縫區(qū)域設(shè)置彈性過渡或拋物線過渡結(jié)構(gòu)，彈性過渡結(jié)構(gòu)主要通過設(shè)置具有一定變形能力的填充材料，如泡沫混凝土、橡膠砂墊層、輕質(zhì)泡沫土等，吸收結(jié)構(gòu)沉降產(chǎn)生的位移差，減緩剛性突變帶來的沖擊感。這類材料具備一定的彈性模量，在受荷情況下可緩慢壓縮，并隨著載荷的釋放逐步恢復(fù)形狀，從而有效緩釋車輛駛?cè)霕蛎鏁r(shí)的跳躍沖擊。另一類技術(shù)路徑則是設(shè)置拋物線形狀的結(jié)構(gòu)過渡帶，通常在橋臺后設(shè)置坡度漸變的緩沖結(jié)構(gòu)層，使沉降變化在縱向上呈現(xiàn)出平滑過渡狀態(tài)，避免局部沉降突變形成錯(cuò)臺。該結(jié)構(gòu)形式可結(jié)合地基承載特性與填料壓縮特性進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，確保過渡帶沉降梯度符合車輛行駛安全與舒適性要求。在具體實(shí)施中，可將彈性結(jié)構(gòu)層與剛性基礎(chǔ)結(jié)合布置，通過“軟-硬結(jié)合”的方式提升結(jié)構(gòu)界面柔順性與載荷傳遞穩(wěn)定性。

3 跳車問題的處治技術(shù)優(yōu)化策略

3.1 病害檢測與評估技術(shù)

跳車問題的有效處治必須建立在系統(tǒng)的病害檢測與評估基礎(chǔ)之上，針對橋臺背部跳車現(xiàn)象，需開展包括地表沉降監(jiān)測、結(jié)構(gòu)變形分析、地基承載力檢測及填筑體密實(shí)度評估在內(nèi)的多項(xiàng)技術(shù)手段組合，全面掌握病害發(fā)展機(jī)理與空間分布特征。在實(shí)際應(yīng)用中，可通過高精度GPS位移監(jiān)測、三維激光掃描和地質(zhì)雷達(dá)等非接觸式探測手段，對橋臺背部及過渡段進(jìn)行多期形變監(jiān)控，追蹤沉降速率與不均勻沉降區(qū)間，分析跳車風(fēng)險(xiǎn)演化趨勢。同時(shí)，地基及填料層的力學(xué)性能變化可借助靜力觸探、取樣試驗(yàn)及壓力計(jì)量測試進(jìn)行評估，進(jìn)而判斷承載體系穩(wěn)定性和材料劣化程度。橋臺結(jié)構(gòu)本體的應(yīng)力狀態(tài)和裂縫分布也需通過應(yīng)變計(jì)布設(shè)、紅外熱成像或聲波檢測等技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)排查，識別結(jié)構(gòu)是否存在受力異?；騼?nèi)部空洞。為提高評估結(jié)果的可靠性，應(yīng)構(gòu)建多源信息融合的數(shù)字化模型，對檢測結(jié)果進(jìn)行綜合分析，實(shí)現(xiàn)病害識別從“現(xiàn)象判斷”向“機(jī)制反演”的轉(zhuǎn)變。

3.2 臺背注漿加固技術(shù)

臺背注漿加固作為應(yīng)對橋頭跳車病害的高效修復(fù)技術(shù)之一，具有填充空隙、提高承載、阻止沉降繼續(xù)發(fā)展的綜合作用，尤其適用于存在回填壓實(shí)不足、結(jié)構(gòu)下陷或空洞集中分布的典型病害段。在實(shí)施過程中，應(yīng)根據(jù)檢測結(jié)果選取適宜的注漿材料和工藝參數(shù)，確保漿液能夠在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)充分?jǐn)U散并形成有效支撐體。常用的注漿材料包括水泥基漿液、聚氨酯漿材及膨脹型化學(xué)漿液等，其中水泥漿料適用于大范圍承載加固，聚氨酯類材料則適合快速封堵與微裂縫注漿。在注漿方法上，可采取袖閥管注漿、壓密注漿或化學(xué)注漿方式，視臺背結(jié)構(gòu)形式與地基土性質(zhì)靈活調(diào)整。在操作中應(yīng)充分考慮注漿壓力與速率的控制，防止?jié){液上竄或沖破結(jié)構(gòu)，造成次生病害。同時(shí)，結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)或注漿過程中的漿液擴(kuò)散檢測，可動態(tài)調(diào)整注漿布點(diǎn)及劑量，實(shí)現(xiàn)定向加固與體積控制的統(tǒng)一。為提升注漿后的整體效果，可配合使用高分子密封材料對橋臺背部邊緣進(jìn)行界面過渡處理，避免水土侵蝕再次誘發(fā)沉降。

3.3 更換或補(bǔ)強(qiáng)填料層

對于因填料劣化、壓縮性能差或含水率過高引起的臺背沉降型跳車問題，更換或補(bǔ)強(qiáng)填料層是一種直接有效的處治策略，該方法適用于臺背填料長期運(yùn)行后出現(xiàn)結(jié)構(gòu)松散、壓實(shí)不足、強(qiáng)度衰減等問題，通過開挖回填方式將原有病害土層替換為性能更優(yōu)的工程材料，從源頭改善力學(xué)特性。更換過程中，應(yīng)選用壓縮模量高、粒徑分布合理、透水性能優(yōu)良的材料，如級配碎石、穩(wěn)定類砂礫土、輕質(zhì)混凝土等，確保填料在荷載作用下表現(xiàn)出良好的抗沉降與抗剪性能。針對臺后施工空間有限的問題，可采用機(jī)械與人工相結(jié)合的施工方式分區(qū)推進(jìn)，減少對橋臺結(jié)構(gòu)的擾動風(fēng)險(xiǎn)。若不具備全面更換條件，可選擇就地改良方式，通過添加水泥、石灰或粉煤灰等固化劑對現(xiàn)有填料進(jìn)行物理或化學(xué)改性，提高其整體密實(shí)性與承載能力。同時(shí)，在補(bǔ)強(qiáng)作業(yè)中應(yīng)強(qiáng)化分層夯實(shí)與含水率控制，確保每層填料均滿足規(guī)范壓實(shí)度要求，避免后期因壓實(shí)度不均造成新的沉降差異。在結(jié)構(gòu)邊緣部位，還可輔以纖維增強(qiáng)材料或土工格柵加固，增強(qiáng)整體穩(wěn)定性與抗側(cè)移能力。系統(tǒng)性地更換與補(bǔ)強(qiáng)填料層可以有效解決由材料劣化引發(fā)的沉降錯(cuò)臺現(xiàn)象，構(gòu)建更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)過渡系統(tǒng)。

3.4 加設(shè)結(jié)構(gòu)過渡板或橋頭跳板

在跳車問題已經(jīng)造成嚴(yán)重行車沖擊、影響行車安全與舒適性的情況下，增設(shè)結(jié)構(gòu)過渡板或橋頭跳板作為物理補(bǔ)償裝置，可立即緩解橋頭段的高差問題，也能對結(jié)構(gòu)荷載進(jìn)行重新分配，減緩沉降發(fā)展速率。無論是永久性結(jié)構(gòu)過渡板，還是臨時(shí)性橋頭跳板，其本質(zhì)作用在于構(gòu)建橋臺與路基之間的次級過渡系統(tǒng)，緩解因沉降差異引發(fā)的幾何突變。其中結(jié)構(gòu)過渡板通常采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，設(shè)置于橋臺與路基之間，起到剛性承托與過渡緩沖的雙重作用。其布設(shè)形式可為單跨梁式、空心板式或鋼構(gòu)裝配式，具體選擇依據(jù)橋臺結(jié)構(gòu)、施工條件及沉降差量設(shè)定。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分考慮過渡板與原橋臺結(jié)構(gòu)的連接剛度、荷載轉(zhuǎn)移路徑及熱脹冷縮變形影響，確保結(jié)構(gòu)整體的協(xié)調(diào)性與耐久性。跳板結(jié)構(gòu)則多采用輕質(zhì)高強(qiáng)材料制造，如高分子復(fù)合材料、橡膠與鋼板組合體等，其安裝便捷、可拆卸、維護(hù)周期短，適用于臨時(shí)性或應(yīng)急跳車處治需求。為提升使用壽命及減振效果，可在結(jié)構(gòu)板底部設(shè)置橡膠墊層或彈性支撐裝置，增強(qiáng)對車輛沖擊的吸收能力。在部分地區(qū)的實(shí)踐中，橋頭跳板結(jié)合路面加鋪改造同步實(shí)施，取得了良好減緩跳躍感與恢復(fù)行車平順性的實(shí)際效果。

4 結(jié)語

跳車問題是橋臺與路基銜接處長期存在的工程頑疾，其形成機(jī)制復(fù)雜、影響因素多樣，涉及地基穩(wěn)定性、材料性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工工藝等多個(gè)層面。跳車現(xiàn)象的頻發(fā)會影響道路行車安全和使用舒適性，也反映了基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)機(jī)制與工程全生命周期管理理念有待進(jìn)一步深化的現(xiàn)實(shí)?？傊覀儜?yīng)以系統(tǒng)性思維為引導(dǎo)，推動跳車問題處治策略從“應(yīng)急修補(bǔ)”向“前置預(yù)防”轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)工程質(zhì)量與運(yùn)行安全的雙重提升。

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