如何減少因橋頭跳車引起的病害
2015-05-15
一、橋頭跳車對工程及運管的主要危害
所謂跳車是由于公路橋頭及伸縮縫（橋頭引道）處的差異沉降或伸縮縫破壞而使路面縱坡出現(xiàn)臺階引起車輛通過時產(chǎn)生跳躍的現(xiàn)象，其主要危害有以下幾個方面：
第一，對行車安全和舒適度的影響。由于跳車的存在使車輛不得不降低車速，使公路的使用功能和通行能力受到很大影響；另外跳車使駕駛員和乘車者感到不適，心情不快易疲勞，所載貨物易損壞；嚴(yán)重跳車會造成翻車、追尾等交通事故，威脅人、車和財物的安全，造成生命、財產(chǎn)的損失。
第二，由跳車產(chǎn)生的水平和垂直沖擊力會對路面、路基和橋梁結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生進(jìn)一步的損壞，從而增加了養(yǎng)護(hù)維修費用和管理的難度，并降低了公路使用性能。
第三，跳車時的沖擊力會對車輛產(chǎn)生不利反力，增加車輛的振動和機械磨損和輪胎的磨耗，油耗增大，縮短車輛使用年限，增加運輸成本。
第四，跳車時的振動和噪聲對駕駛員乘車者和公路兩旁的居民會產(chǎn)生噪聲污染，不利于人們身心健康，影響其正常的工作和生活。
二、產(chǎn)生橋頭跳車的成因分析
橋頭跳車臺階的產(chǎn)生和行成是多方面的，包括地基地面條件、填料、施工材料以及設(shè)計、施工等多方面的原因。
（一）橋頭及臺后填方地基的受力與沉降變形分析
我國地域遼闊，作為橋臺及臺后填方地基的地層巖性狀況也千差萬別，如基巖（巖漿巖、沉基巖、變質(zhì)巖）地基、黃土地基、軟土地基、凍土地基、鹽漬土地基、膨脹地基等等，除基巖（指次堅石以上的巖類）地基外，其他類型的地基一般情況在橋臺及臺后填方的作用下，均要發(fā)生不同程度的沉降或豎向固結(jié)變形，所以對地基必須進(jìn)行加固處理設(shè)計，如采用擴大基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)等，以保證地基的穩(wěn)定性。
橋臺及臺后填方的地基一般情況為同一性質(zhì)或同一類型的地層，但從目前情況看， 僅對橋臺地基進(jìn)行加固處理設(shè)計，而對臺后填方路段下的地基一般不進(jìn)行加固處理設(shè)計。橋臺和臺后填方是兩個性質(zhì)不同的結(jié)構(gòu)體，雖然橋臺作用在地基上的壓力大于臺后填方，但由于橋臺基礎(chǔ)一般都進(jìn)行了加固處理，所以一般不發(fā)生豎向沉降變形。而臺后填方的基礎(chǔ)一般不進(jìn)行加固其豎向沉降變形都有遠(yuǎn)大于橋臺下的地基變形，由于地基的這種差異變形，反映到上部路面，就出現(xiàn)了橋臺后填方段的差異沉降。
?。ǘ┡_后填料受水浸侵蝕及變形分析
橋臺一般由漿砌片石和鋼筋砼砌筑，在橋臺和臺后填料之間或者錐坡部位，大氣降水易沿路面錐體下滲，下滲水對橋臺一般不產(chǎn)生破壞作用，但對土體填料易產(chǎn)生侵蝕和軟化，特別對于填方體壓實度不夠，產(chǎn)生侵蝕和軟化，降低強度，從而導(dǎo)致填方體變形。對砂礫石類填料，從填方橫斷面看一般填方體中部為砂礫石，兩側(cè)為土類，這種結(jié)構(gòu)只利于水的下滲，而不利于水的橫向排泄。對不加固的地基來說，填方體中部壓力大，向兩面?zhèn)冗吰碌膲毫χ饾u減少，從而使地基產(chǎn)生凹形沉降變形，當(dāng)水沿砂礫石下滲到地基后，下滲水不易快速排泄，從而軟化地基，并加速地基的變形。
?。ㄈ┡_后填料壓實分析
靠近橋臺處填方體的壓實度很難達(dá)到設(shè)計規(guī)范要求，這也是一直困擾設(shè)計和施工的難點。目前在設(shè)計上和施工中主要采用強夯、人工夯實、填筑砂料等方法和措施。對于輕型橋臺，重型壓路機靠近橋臺進(jìn)行壓實，但振動壓路機可能破壞橋臺的結(jié)構(gòu)；而對于“U”型橋臺，重型壓路機難以靠近，從而使靠近橋臺部位的填方土體不易達(dá)到設(shè)計和壓實度要求，造成橋臺與臺后填方差異沉降。
三、橋頭跳車臺階產(chǎn)生的主要原因
通過以上分析，可得出產(chǎn)生橋頭跳車臺階的主要原因有：
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橋涵通道與路基大都是同年平行進(jìn)行施工的，橋涵是鋼性體，其地基強度一般都有較高的要求，并進(jìn)行加固處理，沉降較小或不沉降（巖石地基）。而臺后填方段地基未進(jìn)行加固處理，從而使橋臺和臺后填方產(chǎn)生差異沉降變形，以致形成臺階。
（二）設(shè)計不周
設(shè)計人員有時對施工過程如何便于碾壓考慮不周，對于填料的要求不嚴(yán)格，臺背排水考慮欠佳。橋涵結(jié)構(gòu)物兩端的路堤，由于過水、跨線或通道的要求，一般填土都較高，低的3m左右，高的可達(dá)10m或更高，除了過水的橋涵兩側(cè)路堤往往浸淹，地基條件也較差，設(shè)計上對路基斷面結(jié)構(gòu)和邊坡防護(hù)上有所考慮外，其它多數(shù)情況對高路基設(shè)計上并無特別的要求，如壓實指標(biāo)均與一般路基無異。但由于路基較高，在填筑以后受到自重和行車荷載的作用，路基土必然要產(chǎn)生豎向變形值。
（三）臺后填料不當(dāng)
施工時對橋臺臺后的回填土未能慎重考慮，施工人員用料不當(dāng)、控制不嚴(yán)，未能達(dá)到要求。但需要特別指出，施工不良比材料不良更易造成構(gòu)造物臺后填料的下沉。
（四）臺后壓實不足
施工時工期工序安排不當(dāng)，以致橋頭填土處于工期未期，被迫趕工，不能很好地控制臺背填土的壓實度，致使填料壓實度不能滿足設(shè)計和規(guī)范要求，使填方體產(chǎn)生豎向固結(jié)變形，形成較大的工后沉降，在臺背與路基連接處造成沉陷形成臺階。
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軟土地基、濕陷性黃土地基浸水等造成路基沉降。
?。蚺_伸縮縫的破損
據(jù)上述分析，形成 橋頭臺階的原因很多，結(jié)構(gòu)的差異、設(shè)計的不周和施工控制的不嚴(yán)等到綜合因素的作用導(dǎo)致了差異沉降的發(fā)生和發(fā)展。
四、橋頭跳車防治措施
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為消除橋臺和臺后填方段的差異沉降變形，需要對地基進(jìn)行加固，對一般地基可采取加固土（水泥土、石灰土等）的方法進(jìn)行加固處理，對軟土、濕陷性黃土、解凍土、河相沖積土等特殊地基，需進(jìn)行適用于各自特點的特殊地基處理方法，如換土、強夯、固結(jié)、輕質(zhì)路堤和粉噴等方法，以改善地基提高承載力減少工后沉降。
臺后填方段的地基壓力，其次臺后填方的高度一般情況下沿縱向（遠(yuǎn)離橋臺）不斷降低，即壓力不斷減小，所以在進(jìn)行地基加固處理時，首先應(yīng)了解地基的地層巖性情況，并取樣做土的含水量、密度和剪切實驗，對特殊地層如黃土和膨脹土還需做濕陷性等實驗，從而確定地基沉降變形特性（固結(jié)變形計算）；其次分段計算填方自重壓力，根據(jù)具體的地層情況設(shè)計地基加固方案，使臺后填方路段的地基沉降變形與橋臺地基沉降變形保持一致，對不同的地層采用不同方法和措施。
1.軟土地基
軟土屬高壓縮、大變形地基，對該地基首先采用插塑料板、袋裝沙井、超載預(yù)壓等方法進(jìn)行排水固結(jié)，其次根據(jù)填方路堤的壓力計算，采用噴粉樁、擠密樁等進(jìn)行加固處理。我們在在滬瑞高速公路江西境內(nèi)就采用先挖排水溝再進(jìn)行壓水泥漿固結(jié)地基效果很好。
2.流相沖洪積物地基
該地層分布廣、類型多、相變較大，地貌一般為河漫灘，或一、二級階地，該地基無論地層巖性條件，還是固結(jié)變形情況都有優(yōu)于軟土地基，但是由于該地基巖性和固結(jié)情況變化較大，在地基加固設(shè)計前，應(yīng)做好地質(zhì)勘察和土工實驗，計算固結(jié)沉降量和填方壓力，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行地基漸變加固處理。
3.濕陷性黃土地基
對橋臺路堤邊坡和錐坡坡腳外2M范圍的地基（明挖擴大基礎(chǔ)橋臺的基底）進(jìn)行強夯處理，壓實度不低于85%，另加2個百分點，同時滿足橋臺基底承載力的要求；處理后的基底標(biāo)高在橋臺、橋頭路堤范圍內(nèi)應(yīng)在同一水平面上，并用石灰土或水泥土封閉，防止地基浸水。濕陷性黃土地基還應(yīng)做好防水、排水工程，防止地表水滲入路基，造成沉陷。
?。ǘ蝾^設(shè)置過渡段
考慮橋臺與臺背路面在結(jié)構(gòu)、材料、剛?cè)?、脹縮等方面存在的差異，為了在其縱、橫向都能平順逐漸過渡，可采取以下措施：
1.設(shè)置枕梁和搭板
枕梁和搭板根據(jù)不同情況應(yīng)采取不同的布置方式：
（1）橋梁為正交時，搭板預(yù)制，板頂澆厚6CM30#鋼筋砼或鋼筋纖維砼鋪裝層，在搭板與砼路面相接處設(shè)置脹縫，在與搭板鄰近的2～3塊路面的板縫連續(xù)設(shè)置脹縫。
?。?）橋梁為斜交時除用鋼筋砼搭板和鋪裝層整體澆灌外，另設(shè)置鋼筋砼漸變板，其一端置于枕梁與搭板連接，另一端則直接置于路基相接于砼路面。
2.設(shè)置變厚式埋板
對瀝青砼路面，在橋臺連接處設(shè)置變厚式砼埋板；對砼路面，則將連接處的路面板改為變厚板。在搭板、埋板下為保證連接部位的剛?cè)釋哟蚊嫠胶痛怪狈较蚓鶟u次變化，宜采用強度和回彈模量均高于土基的路面結(jié)構(gòu)材料，以提高該部位的整體受荷和抗沖能力，利于減少錨臺幅度，調(diào)整不均勻沉降。
3.路面類型過渡
橋頭不均勻沉降原因很多，且難于根除，為此常根據(jù)橋涵的長度和接線填方長度在橋頭一定長度范圍內(nèi)鋪設(shè)過渡性路面，待路堤沉降基本完成后再改鋪設(shè)計路面。
?。ㄈ┡_背填料的選擇
設(shè)計及施工中，臺背填料應(yīng)在現(xiàn)場擇優(yōu)選用。宜采用透水性好的填料填筑橋涵兩側(cè)路堤或采用改良性土作為填料。如果條件允許可用輕質(zhì)材料填筑。
?。ㄋ模┡_背填方的碾壓方法
施工過程中盡可能擴大施工場地，以便充分發(fā)揮一般大型填方壓實機械的使用，認(rèn)真施工，給予充分壓實，在不能用大型機械壓實的情況下，要用小型振動壓路機或蛙式打夯機進(jìn)行壓實。 （五）設(shè)置完善排水設(shè)施 排水設(shè)施對填方的穩(wěn)定極為重要特別對靠近構(gòu)造物背心的填料，施工前應(yīng)做好排水使原地基排水固結(jié)必要時進(jìn)行換填或打樁排水固結(jié)。
五、防治新技術(shù)
（一）土工格柵處理橋臺涵背的填方
土工格柵是五種抗拉強度較高的材料，具有良好的水穩(wěn)性，對路基土粒間存在一定的約束作用，可以增加土基的整體回彈模量，防止土基和基層產(chǎn)生裂紋時輻射到路面面層上，還可以增加路面基層整體強度的優(yōu)點。具體情況如下：
1.挖開基坑砌筑構(gòu)造物（橋臺、通道、涵洞），將構(gòu)造物砌到一定標(biāo)高（至少高于地面線）。
2.用砂礫或者其他材料把構(gòu)造物兩端場地整平，并充分壓實。
3.分層填筑礫石至構(gòu)造物的砌筑標(biāo)高。
4.在構(gòu)造物兩端5～10mm范圍內(nèi)，鋪一層土工格柵，把30～80mm長的格柵伸入構(gòu)造物內(nèi)，然后再砌筑一層，把格柵的一端壓入構(gòu)造物中，壓入長度至下而上逐漸減少即層與層之間剪切齒縫。
砌筑時，壓入層的砂漿一定要充分，背包石壓緊格柵末端，不能留縫，以免影響層與層之間的粘結(jié)力，其余土工格柵用U型釘錨固在壓實好的路基上，格柵最好用雙向抗拉格柵，每層格柵的間距根據(jù)填土高度或按設(shè)計意圖施工。
?。ǘ┘咏钔琳w式橋臺
加筋土整體式橋臺可用來解決軟土地基路橋結(jié)合處的差異沉降，加筋土是由筋帶與填料之間的磨擦作用來實現(xiàn)的。
?。ㄈ┡_背回填采用剛?cè)徇^渡段法
結(jié)構(gòu)物臺背是用剛性很大的石塊或鋼筋砼澆筑而成，是剛性體，而路基一般是用柔性較大的土填筑而成，是強塑性體，顯然路基體與結(jié)構(gòu)物之間存在著較大的剛度差，這個剛度差的存在必然引起路基與結(jié)構(gòu)物之間產(chǎn)生較大的相對變形差和較大的剛度突變。所以臺背回填物應(yīng)使用剛度介于路基土和結(jié)構(gòu)物材料剛度之間的某種材料，并沿長度方向變化其厚度，也即臺背回填與路基接頭采用一定的傾斜角相連接，臺背回填遠(yuǎn)薄近厚，使臺背回填整體剛度沿路長度方向逐漸變化，從而實現(xiàn)臺背回填的剛?cè)徇^渡。
在材料選擇上，應(yīng)采用水穩(wěn)性好的材料：二灰土、水泥穩(wěn)定砂礫（土）或者石灰土分層壓實，厚度在10～15CM之間。
（四）改變伸縮縫的種類和位置
一種是臺背一定范圍內(nèi)的路面伸縮縫盡量采用工廠化生產(chǎn)的嵌入式塑膠條，少用瀝青填充料；另一種是橋面上盡量把橋頭處的伸縮縫位置移至與橋頭相鄰的墩上，把橋頭處改為橋面連續(xù)，這樣可以減少橋頭跳車的機會。例如我們就在國道323線的鹿鳴關(guān)大橋上就采用這種方法，效果不錯。
六、結(jié)語
橋臺跳車是目前比較難處理的工程病害，要治理橋頭跳車首先要研究其產(chǎn)生的原因，提出適當(dāng)?shù)奶幹畏椒?，并且要切實可行，便于施工，還要克服建設(shè)、設(shè)計、科研、監(jiān)督、施工相互脫節(jié)的通病，各方共同努力克服這一世界性難題。
