橋頭跳車病害的防治技術(shù)探討
2015-06-30
一、橋頭跳車現(xiàn)象與產(chǎn)生原因分析
橋頭跳車成為公路建設(shè)與運(yùn)營中普遍且復(fù)雜的問題，它涉及路堤沉降，引道填筑材料，橋臺及其基礎(chǔ)類型，橋梁的結(jié)構(gòu)型式，橋梁與路基工程接縫段的處理，橋頭搭板，路面以及施工方法等諸多因素的影響。在我國，每年修筑的橋梁成千上萬座，而經(jīng)調(diào)查，處于運(yùn)營中的橋梁臺后普通存在著搭板斷裂和不均勻沉降，最終導(dǎo)致橋頭跳車現(xiàn)象的產(chǎn)生，交通部門每年為解決橋頭跳車的耗費(fèi)相當(dāng)驚人。橋頭跳車產(chǎn)生的直接原因是剛性橋臺結(jié)構(gòu)物與柔性路堤連接處所產(chǎn)生的剛度差，以及在橋臺臺尾連接地段(過渡段)因行車荷載的反復(fù)作用，填土在固結(jié)沉降過程中產(chǎn)生了較大的差異沉降。過渡段區(qū)域所存在的剛度差及沉降差問題是導(dǎo)致橋頭跳車的根本原因。1、剛度差的產(chǎn)生。橋臺與臺后填土連接剛度不同。由于橋涵結(jié)構(gòu)物具有較大的剛性，而臺后路基和路面組成的道路屬于剛性或柔性結(jié)構(gòu);公路建成后，隨著時間的推移，臺后填土產(chǎn)生較大的固結(jié)變形，與其相比，橋臺基礎(chǔ)產(chǎn)生的沉降變形相對小得多。當(dāng)二者的相對沉降差達(dá)到一定程度時，搭板出現(xiàn)沉降或斷裂，在臺后便出現(xiàn)跳車現(xiàn)象。2、沉降差的產(chǎn)生。由于路基與橋涵在施工及運(yùn)營過程中的不均勻沉降，致使路面不平順。在車輛經(jīng)過時，橋頭產(chǎn)生“跳車”現(xiàn)象，影響行車的安全舒適性，嚴(yán)重時將限制運(yùn)行速度，危及行車安全。在松軟及軟土路基地段的路橋(涵)過渡段，因較大沉降差使過渡段的問題更為突出。
二、橋頭跳車病害的防治技術(shù)
要解決橋頭跳車問題，關(guān)鍵在于消除不均勻沉降。在長期的工程實(shí)踐中，我們已經(jīng)采用了各種可能的措施來加以應(yīng)對。
1、加強(qiáng)路堤處理
由于所處的位置特殊，臺背路堤通常較高，且一般都在橋臺等構(gòu)造物施工完畢才一開始回填臺背部分填土，因此，受構(gòu)造物的影響，大型的壓實(shí)機(jī)械由于工作面較小難以展開壓實(shí)工作;即使有足夠的工作面可供大型壓路機(jī)開展工作，在壓實(shí)過程中大噸位機(jī)械振動力太大，出于對橋臺的安全考慮，一般也不允許在橋臺背部位使用大型的壓實(shí)機(jī)械進(jìn)行壓實(shí)。因此，臺背部位回填土的壓實(shí)質(zhì)量難以保證，加之該部位路堤施工又晚于其他正常路段路堤施工時間，相比較，沒有足夠的時間完成固結(jié)沉降，因而在自重的作用下路堤的壓縮沉降一般也就比較大，這是引起路橋過渡段不均勻沉降的主要原因之一。由此可知，減少路橋過渡段不均勻沉降，臺背路堤處治可從以下幾方面入手:(l)合理安排施工工序和時間，設(shè)法盡早對路橋過渡段路堤進(jìn)行施工，保證有足夠的時間完成沉降;(2)設(shè)法提高臺背回填區(qū)路堤的壓實(shí)度，減少因填料自重和車輛荷載作用下壓實(shí)度增加而產(chǎn)生的沉降;(3)在考慮經(jīng)濟(jì)性的前提下，合理選擇填料，設(shè)法減少路橋過渡段路堤的自重作用，避免因自重過大而產(chǎn)生過大的壓縮沉降;(4)設(shè)法提高臺背路堤自身承載能力，譬如利用土工格柵予以加筋等，增加路堤填土的整體性，減少不均勻沉降的梯度。
2、強(qiáng)夯處理
強(qiáng)夯法是將重型夯錘從一定高度自由落下，對土體產(chǎn)生巨大的沖擊能，沖擊能一方面有效地提高土體的密實(shí)度，另一方面使路基附近的橋臺等構(gòu)造物受到振動沖擊力的作用。因此，強(qiáng)夯加固橋臺背路堤，一方面要研究強(qiáng)夯動力作用下對路基土的夯實(shí)效果;另一方面也要研究附近結(jié)構(gòu)對強(qiáng)夯振動沖擊波的承受能力，以及由于構(gòu)造物的存在，對路堤強(qiáng)夯效果的影響。在工程應(yīng)用中，為確保橋臺的安全，施中應(yīng)嚴(yán)格遵循以下注意事項(xiàng):①對臺背路堤的強(qiáng)夯處治宜在橋面鋪裝之前進(jìn)行:將橋面板吊裝后，在每塊板與橋臺間的伸縮縫中插入不少于兩個預(yù)制的鋼楔或木楔，從而使通道兩側(cè)橋臺共同受力。待強(qiáng)夯處治完成后，取出鋼楔或木楔，以恢復(fù)設(shè)計留有的伸縮縫。②采用強(qiáng)夯時，最好預(yù)先加工一個便于移動和固定的簡易位移架，固定于橋臺前中部位置處;沿臺高安設(shè)三個百分表，用于觀測橋臺水平位移，以控制橋臺頂位移小于5.Omm。也可在橋兩側(cè)臺帽與橋面板間安裝百分表進(jìn)行觀測。③強(qiáng)夯施工期間要注意觀測臺身混凝土是否產(chǎn)生裂縫。若出現(xiàn)裂縫，則應(yīng)停止強(qiáng)夯施工。
3、土工格柵處治
土工格柵處治橋頭跳車的原理是，在填土中沿路線方向分層平鋪土工格柵，格柵層的一端固定于橋臺，另一端與臺背連接，利用土工格柵變形的連續(xù)性及其高強(qiáng)度、高彈性、大變形特性，將車輛荷載及上部土體的自重荷載部分地傳遞到橋臺，在臺背局部范圍內(nèi)，分層阻止填料沿臺背沉降;與此同時，通過格柵與土體的相互作用，改善局部荷載作用下土體內(nèi)部的受力狀態(tài)，將荷載擴(kuò)散到一個較大的范圍內(nèi)，從而達(dá)到減少外部荷載對土體的壓縮沉降，延長沉降特征長度，使臺背與填土交界部位的階梯狀沉降變?yōu)檫B續(xù)漸變沉降。注意事項(xiàng)有：①先砌好橋臺臺背和翼墻，砌筑時，臺背和翼墻內(nèi)側(cè)表面應(yīng)保證平整、規(guī)則，以便于膨脹螺釘?shù)陌惭b和土工格柵的錨固，待塢工砌體達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度后再進(jìn)行臺背填筑。②臺背填筑禁止在雨天進(jìn)行，臺背填筑時，底層土工格柵下的級配碎石應(yīng)分層攤鋪并用振動式壓路機(jī)振動壓實(shí)。當(dāng)土工格柵攤鋪在碎石層上時，應(yīng)先在碎石層上撒鋪5cm厚的粗砂，以免格柵直接與碎石接觸而被壓斷。③土工格柵應(yīng)儲存在不被陽光直接照射和被雨水淋泡處，根據(jù)工程進(jìn)度和日用量按日取用。④運(yùn)料車應(yīng)設(shè)法避免在己攤鋪并張緊定位好的土工格柵上直接行走，以免對格柵產(chǎn)生推移作用。
4、設(shè)置橋頭搭板
為了避免不均勻沉降對行車造成的不良影響，目前在我國高等級公路建設(shè)中常用的方法是在橋臺上設(shè)置橋頭搭板]。橋頭搭板一端支撐于橋臺，另一端通過枕梁或直接與路基相連。橋頭搭板設(shè)置把集中的不均勻沉降量分散在搭板長度范圍內(nèi)，使柔性路堤產(chǎn)生的較大沉降逐漸過渡至剛性橋臺上，從而起勻順縱坡的目的，使車輛通過時跳躍現(xiàn)象大為減少。合理設(shè)置的橋頭搭板可有效地解決前述的局部沉陷和橫坡變化的狀況，但不能解決縱坡變化情況，因?yàn)楫?dāng)橋臺和過渡段土體之間發(fā)生不均勻沉降后，搭板兩端分別隨兩者下沉，即橋頭搭板繞簡支端轉(zhuǎn)動，縱坡變化仍然存在。由于汽車荷載對路基的影響深度大約為路基頂部0—80cm范圍內(nèi)，因此，可在路基頂部以下設(shè)置二層水泥穩(wěn)定碎石層，每層厚度20cm左右，長4m左右，使作用在枕梁上的汽車荷載通過水泥穩(wěn)定碎石層以更大范圍擴(kuò)散到路基中，從而減少枕梁下的應(yīng)力集中問題，避免搭板和路堤銜接部位出現(xiàn)局部沉降而影響搭板的處治效果。為了減少板底部彎拉應(yīng)力，可以采取在板底設(shè)置一層或二層水泥穩(wěn)定碎石層。水泥穩(wěn)定碎石層改善了板底的局部沉降，為搭板提供了均勻支承、使搭板的受力更加均勻一致;同時，水泥穩(wěn)定碎石層也改善了枕梁處應(yīng)力集中的現(xiàn)象，進(jìn)一步避免搭板和路堤銜接處出現(xiàn)局部沉陷，從而消除了因設(shè)置搭板而引起的二次跳車。
5、采用過渡性路面
根據(jù)橋涵的長度和路基的容許工后沉降值等，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，再改鋪原設(shè)計永久性路面。過渡性路面可采用預(yù)制水泥混凝土六棱塊、條石鋪砌、半剛性過渡層或?yàn)r青表處過渡層等類型。其中水泥混凝土六棱塊和條石鋪砌僅適應(yīng)于水泥混凝土路面，最大優(yōu)點(diǎn)是翻修處理速度快;但不易鋪砌平整，行車仍有抖動感覺，且其砌縫應(yīng)采用防水材料，以防滲入雨水損害路基。值得推廣的簡便有效方法是瀝青表處過渡層類型，其優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)出現(xiàn)較大沉降時，可及時補(bǔ)充鋪設(shè)一層瀝青混凝土或?yàn)r青砂，便能確保行車暢順，有效避免跳車現(xiàn)象。
三、結(jié)語
總之，由于各種因素綜合作用，對于橋頭跳車采用單一處治的作用與效果總是有局限性的。因此，為了解決橋頭跳車病害或使防治作用更為有效，需要綜合考慮，同時采用多種措施進(jìn)行綜合防治。
