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臺階引起車輛通過時產生跳躍的現象，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、財產的損失。
第二，由跳車產生的水平和垂直沖擊力會對路面、路基和橋梁結構物產生進一步的損壞，從而增加了養(yǎng)護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、產生橋頭跳車的成因分析
橋頭跳車臺階的產生和行成是多方面的，包括地基地面條件、填料、施工材料以及設計、施工等多方面的原因。
?。ㄒ唬蝾^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變形，所以對地基必須進行加固處理設計，如采用擴大基礎或樁基礎等，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或同一類型的地層，但從目前情況看， 僅對橋臺地基進行加固處理設計，而對臺后填方路段下的地基一般不進行加固處理設計。橋臺和臺后填方是兩個性質不同的結構體，雖然橋臺作用在地基上的壓力大于臺后填方，但由于橋臺基礎一般都進行了加固處理，所以一般不發(fā)生豎向沉降變形。而臺后填方的基礎一般不進行加固其豎向沉降變形都有遠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生破壞作用，但對土體填料易產生侵蝕和軟化，特別對于填方體壓實度不夠，產生侵蝕和軟化，降低強度，從而導致填方體變形。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，兩側為土類，這種結構只利于水的下滲，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，從而使地基產生凹形沉降變形，當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。
（三）臺后填料壓實分析
靠近橋臺處填方體的壓實度很難達到設計規(guī)范要求，這也是一直困擾設計和施工的難點。目前在設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行壓實，但振動壓路機可能破壞橋臺的結構；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到設計和壓實度要求，造成橋臺與臺后填方差異沉降。
三、橋頭跳車臺階產生的主要原因
通過以上分析，可得出產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行加固處理，從而使橋臺和臺后填方產生差異沉降變形，以致形成臺階。
（二）設計不周
設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格，臺背排水考慮欠佳。橋涵結構物兩端的路堤，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10m或更高，除了過水的橋涵兩側路堤往往浸淹，地基條件也較差，設計上對路基斷面結構和邊坡防護上有所考慮外，其它多數情況對高路基設計上并無特別的要求，如壓實指標均與一般路基無異。但由于路基較高，在填筑以后受到自重和行車荷載的作用，路基土必然要產生豎向變形值。
?。ㄈ┡_后填料不當
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、控制不嚴，未能達到要求。但需要特別指出，施工不良比材料不良更易造成構造物臺后填料的下沉。
?。ㄋ模┡_后壓實不足
施工時工期工序安排不當，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計和規(guī)范要求，使填方體產生豎向固結變形，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。
（五）地基浸水軟化
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
據上述分析，形成 橋頭臺階的原因很多，結構的差異、設計的不周和施工控制的不嚴等到綜合因素的作用導致了差異沉降的發(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，需進行適用于各自特點的特殊地基處理方法，如換土、強夯、固結、輕質路堤和粉噴等方法，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（遠離橋臺）不斷降低，即壓力不斷減小，所以在進行地基加固處理時，首先應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（固結變形計算）；其次分段計算填方自重壓力，根據具體的地層情況設計地基加固方案，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、超載預壓等方法進行排水固結，其次根據填方路堤的壓力計算，采用噴粉樁、擠密樁等進行加固處理。我們在在滬瑞高速公路江西境內就采用先挖排水溝再進行壓水泥漿固結地基效果很好。
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情況變化較大，在地基加固設計前，應做好地質勘察和土工實驗，計算固結沉降量和填方壓力，在此基礎上進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（明挖擴大基礎橋臺的基底）進行強夯處理，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；處理后的基底標高在橋臺、橋頭路堤范圍內應在同一水平面上，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做好防水、排水工程，防止地表水滲入路基，造成沉陷。
?。ǘ蝾^設置過渡段
考慮橋臺與臺背路面在結構、材料、剛柔、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.設置枕梁和搭板
枕梁和搭板根據不同情況應采取不同的布置方式：
?。?）橋梁為正交時，搭板預制，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置脹縫，在與搭板鄰近的2～3塊路面的板縫連續(xù)設置脹縫。
（2）橋梁為斜交時除用鋼筋砼搭板和鋪裝層整體澆灌外，另設置鋼筋砼漸變板，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.設置變厚式埋板
對瀝青砼路面，在橋臺連接處設置變厚式砼埋板；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柔層次面水平和垂直方向均漸次變化，宜采用強度和回彈模量均高于土基的路面結構材料，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，為此常根據橋涵的長度和接線填方長度在橋頭一定長度范圍內鋪設過渡性路面，待路堤沉降基本完成后再改鋪設計路面。
?。ㄈ┡_背填料的選擇
設計及施工中，臺背填料應在現場擇優(yōu)選用。宜采用透水性好的填料填筑橋涵兩側路堤或采用改良性土作為填料。如果條件允許可用輕質材料填筑。
?。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行壓實。 （五）設置完善排水設施 排水設施對填方的穩(wěn)定極為重要特別對靠近構造物背心的填料，施工前應做好排水使原地基排水固結必要時進行換填或打樁排水固結。
五、防治新技術
?。ㄒ唬┩凉じ駯盘幚順蚺_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.挖開基坑砌筑構造物（橋臺、通道、涵洞），將構造物砌到一定標高（至少高于地面線）。
2.用砂礫或者其他材料把構造物兩端場地整平，并充分壓實。
3.分層填筑礫石至構造物的砌筑標高。
4.在構造物兩端5～10mm范圍內，鋪一層土工格柵，把30～80mm長的格柵伸入構造物內，然后再砌筑一層，把格柵的一端壓入構造物中，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填土高度或按設計意圖施工。
?。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的。
?。ㄈ┡_背回填采用剛柔過渡段法
結構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，顯然路基體與結構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構物之間產生較大的相對變形差和較大的剛度突變。所以臺背回填物應使用剛度介于路基土和結構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，從而實現臺背回填的剛柔過渡。
在材料選擇上，應采用水穩(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的路面伸縮縫盡量采用工廠化生產的嵌入式塑膠條，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線的鹿鳴關大橋上就采用這種方法，效果不錯。
六、結語
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生的原因，提出適當的處治方法，并且要切實可行，便于施工，還要克服建設、設計、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。
