解析公路桥头跳车的病害

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解析公路桥头跳车的病害

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解析公路桥头跳车的病害

　　一、前言

　　公路投入营运后，常会出现桥头跳车现象。桥头及桥梁伸缩缝处出现破坏，接缝处下沉，路面损坏，形成错台。这些台阶，轻的使车辆通过时产生跳动和冲击，从而对桥梁和路面造成附加的冲击荷载，造成行车不适或使通过的车辆大幅度减速，重的有的甚至造成行车事故，从而影响公路的正常营运。这种现象在一些软土地基的地方更为严重，给养护部门带来了很大困难。因此，本文对桥头跳车形成原因及处理措施提出了一点认识与见解，以共分析和探讨。

　　二、桥头跳车原因分析

　　(一)桥头路堤地基沉陷

　　桥头路堤及锥坡范围内不良地基处理不彻底，是桥头跳车的主要原因。桥涵通常位于沟壑地方，地下水位较高，在南方地带多有软土，此类土压缩性高，抗剪强度低，一旦受到扰动，天然结构易受破坏，强度便显著降低。桥头路堤及锥坡范围内地基如果在填土前处理不彻底或处理方法不当，在路堤土的重力作力及车辆荷载作用下，会造成工后沉降较大。且桥头路基填筑高度一般较大，产生基底应力相对较大，在车辆荷载反复作用下，如基底处理不当更容易引起地基沉陷，称为次固结沉降，这种沉降由变形至稳定往往历时很多年。而桥梁构造物的基础都经过严格的处理，其沉降量很小，因此常会产生路沉而桥不沉的现象。

　　(二)路基填料的影响

　　路堤填料在汽车荷载反复作用下，产生包括塑性和弹性的变形，其中主要是塑性变形。这种不可恢复的塑性变形是内部土颗粒间的蠕变和侧向变形造成的，相同作用不同填料的塑性变形量不同，且这种塑性变形在车辆荷载反复作用下会不断积累，填料塑性变形大的，形成桥头的沉降差就大，也就导致了桥头跳车。因台后填土较高，随着时间推移，都产生不可避免沉降。有时台后填土荷载对基底产生附加压力，严重时会使桥台向后倾斜，发生不均匀下沉，危及行车安全。

　　(三)桥头路堤人为施工因素及压实度的影响

　　首先，一些施工队没有严格按施工规程作业，台背填土速度过快，施工时没有按分层填筑、分层碾压、分层检测“三分法”施工，排水措施没有做好，压实度达不到标准。这些人为因素使高填土引道不稳定，工后沉降大，且不均匀，是造成跳车现象主要原因之一。

　　其次，台后填料一般为渗透性材料，存在着多孔隙，在车辆荷载和自身重力作用下，填料经压缩后孔隙率降低，在短时间内产生压缩沉降。

　　再有，从施工上来看，桥台背后施工空间狭窄，工作面小，大型压实机具的使用受到限制。为保证桥台不受损坏，大型压实机具不宜靠近和接触台背，台背填土很难达到要求的压实度，通车后，这部分路堤的变形较大，导致桥头跳车。

　　此外，路基填土在最佳含水量下压实能达到最佳压实效果，即干容重最大。下图是填土干容量-含水量关系(曲线1)和填土压缩模量-含水量关系(曲线2)的叠合图。从以下图可以看出，两条曲线并不重合，在最佳含水量(ω0)下压实的填土尽管干容重最大，但相应的压缩模量相对要小，也就是受荷载作用后变形就比较大。这种较大的变形也对桥台与路堤衔接处产生不利影响。

　　(四)结构突变桥台路面与台背路面在结构上存在着差异

　　铺设在桥台台背路堤上的路面结构为多层路面体系，铺设在桥台顶的路面结构为路面面层与刚性桥台组成双层路面体系。在车辆荷载作用下，铺设在桥台台背路堤上的路面垫层、基层密实度迅速增加，结构层压缩;而铺设在桥台顶的路面因路面下层由桥台组成，而桥台为巨大建筑作用，加上基础处理严格，相对于路基而言，沉降可视为零。这样，不同路面结构层两侧抗变形能力不同，相对沉降就不可避免出现，使路面结构破坏，造成跳车。

　　(五)桥头路堤渗水破坏

　　桥头的差异沉降容易造成路面开裂，路面水渗入路基，受浸泡的路基强度指标下降，基土软化，造成引道路基下沉，导致跳车。同时还易发生唧泥、喷浆等破坏，而跳车又加大了车辆荷载对路面和路基的冲击力。如养护维修不及时，这种恶性循环会使破坏程度加剧发展。桥头路基两侧排水不畅、防水工程不完善也极易引起路基土的流失，引起桥头引道的沉降和跳车。

　　(六)设计不周

　　有些设计没有充分考虑桥台台背回填沉降的长期性、不良地基处理方案不适宜、桥或接缝损坏而造成跳车。梁与引道路面接缝设计处理不当等，造成通车后两侧引道沉降大。

　　三、桥头跳车病害防治措施探讨

　　(一)处理好台后地基

　　处理好台后地基是控制桥头跳车重要措施。应根据实际情况选择对应的地基处理方案，将工后沉降控制在允许围内，根据沉降的实际完成情况来确定开始铺筑路面的时间。

　　《公路软土地基设计规范》中对桥梁、通道、涵洞等构筑物与路堤相接处的工后沉降规定见下表:

　　1.一般地基。挖除桥头路堤边坡及锥坡(护坡)坡脚外2m范围内的腐植土、耕植土、淤泥等非适用土，对基底进行压实，至达规定压实度。

　　2.软弱地基。对软弱地基处理，现在国内有换填法、超载预压、塑料排水板、粉喷桩复合地基等常用方法。桥头路堤地基要针对软土层的厚度和软弱程度采用不同的处治方法。当浅层软土厚度小于2m时宜全部挖除，再进行基底压实，换填颗粒较粗的透水性填料，压实度要求同一般地基。当软土层较厚，全部挖除有困难时，则可采用其它方法。

　　超载预压法施工工期较长，剩余沉降量也大。但真空预压法在杭宁高速德清段建设中尝试成功，它的原理是将地基部分形成真空，利用气压的作用迅速排出土壤中的水分。它与传统的超载预压法相比，具有排水固结快、成本低、工期短、路基填筑快速、稳定、安全等特点。

　　对于饱和软粘土类地基应尽量考虑采用塑料排水板或砂井等排水固结法处理，这类方法造价比较低，加固效果好，施工也简单，且经验较为成熟;水泥粉喷桩复合地基加固软土效果明显，施工工期短，但费用高。

　　地基挖除或处理后，视情况设置砂砾垫层，在垫层顶面铺设土工布，坡脚处设排水盲沟及时将路基水排除。对于湿陷性黄土地基，除了进行强夯处理压实度、承载力达要求外，处理后的基底标高在桥台、桥头路堤范围内还应在同一水平面上，并用石灰土或水泥土封闭，防止地基浸水。同时做好防水、排水工程，防止地表水渗入路基，造成沉陷。

　　(二)正确的选择桥头路堤的填料

　　对桥头路堤，特别是软土地段，填料应选择内摩擦角大、透水性良好、易压实、沉降完成快、后期变形小的填料，且其细料含量不宜过大。或用物理力学性能比较高的流态粉煤灰水泥混合料作为桥台回填料。不能采用高塑性粘土填筑桥头路段。若透水性材料来源困难，可采用细粒土填筑，并执行有关规定，土质不好、含水量高的必要时可掺小剂量石灰、水泥或土壤离子稳定剂等进行处理。且在桥头路堤任一高度的平面内不应采用不同填料填筑。在桥高头路堤中使用土工合成材料(如设土工格栅加筋层)，利用其抗拉强度，通过加筋与土体之间的摩擦作用约束土体的侧向变形，从而达到提高土体承载力和抗剪强度的目的。经试验，证明土工格栅加筋层间距越小，则路堤沉降越小。

　　(三)减少人为因素的不利影响控制好压实度

　　填筑施工严格按规范进行，遵循“早开工，工期长一点”原则，按“三分法”施工，分层填筑、分层碾压、分层检测，控制好压实度和含水量，此外还要按规范要求控制好填土速率，做好相应排水措施。桥头路堤及锥坡应用小型振动式压路机或用强夯机分层碾压夯实，每层碾压厚度为15cm。由试验得出桥头路堤的工后沉降量，以此来确定以后工序所应采取的措施(如自然沉降、预留变位值等)。

　　(四)对接头处路面进行处理

　　为使两个对接性质不同路面体系在抗垂直形变上能平顺过渡，对连接沥青路面，则在桥台处增设增变厚式水泥混凝土埋板，对连接水泥混凝上路面，则将连接处路面板改为变厚式。

　　采用钢筋混凝土搭板是一种比较常见的处治办法。搭板一端放在桥台上，并加设防滑锚固钢筋，如为斜交桥，则应设置钢筋混凝土渐变板。其原理是将桥台与路堤衔接处因较大差异沉降引起的路面纵坡突变，通过设置桥头搭板进行缓和过渡，将路面纵坡变化控制在容许范围内。搭板长度的确定是设计的关键。

　　当路面纵坡的变化不大于5/1000时，认为可基本消除行车的跳跃感。则有:

　　5/1000≥x/L(搭板长度———L;桥头差异沉降量———x;)

　　可推出L≥200×x

　　但根据公式，若x=10cm，可得L≥20m。

　　在实际应用中，搭板一般长度为8米左右，厚约30cm。搭板连接了桥台和路堤难以压实的部分，越过了非压密区，对桥台背后填料难以压实造成的问题起到了一定有效的作用。

　　广西水任至南宁高速公路就采用8米长、0.3米厚的搭板形式处理桥台处路面，搭板一端放在桥台上，并加设防滑锚固钢筋，另一端则搭在枕梁上，枕梁的尺寸宽为20cm，高度为30cm。通车14个月，现状良好，目前没有出现桥头跳车现象。

　　另外解决桥头跳车的办法是待沉降后再改铺原设计路面，常用过渡性路面有预制水泥砼块、沥青过渡层等。

　　(五)对于路堤渗水破坏的防治

　　防治路堤渗水首先做好前面的四点，减少因桥台台背填土不均匀沉降所引起的路面裂缝，对接缝处进行加强处理，做好路面及路基排水系统。因桥头跳车时路面所受应力至少是平时的2倍以上，当桥头处开始出现破坏时，应及时进行修补，以免路面渗水和桥台跳车形成恶性循环，对路堤造成更大的损坏。

　　(六)加强设计

　　设计可采用一些新的工艺和方法，达到解决或减少桥头跳车的目的。如由湖南大学土木工程学院陈昌富教授领衔的课题组，与湖南长常高速公路建设公司、潭邵高速公路建设公司联合组成研究组研制的“半刚性挤密桩复合地基”实现桥台台背刚柔过渡技术，这种处理方法是：一种由搭板、半刚性挤密桩复合地基和盖板组成的加固桥台台背的结构体系，这种结构能较好的解决了桥台强背由刚度相对较大的桥台过渡到刚度相对较低的路堤的问题。此项技术应用于长常高速公路和潭邵高速公路等工程上明显减少了桥头跳车现象，提高了车辆行驶的舒适性和安全性。

　　四、结语

　　桥头跳车形成的原因较复杂，随着高速公路的发展，人们对行车舒适和安全的要求越来越高，这就要求各部门的工程人员(设计、施工和养护等部门)尽力协调，针对不同原因，提出合理方案，有效地避免桥头跳车病害的产生。

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