公路橋頭跳車原因分析及處治措施淺淡

公路橋頭跳車原因分析及處治措施淺淡1刖言橋頭跳車問題是高速公路建設(shè)中的一大難題，已成為高速公路的三大質(zhì)量通病之一。目前，已投入使用的高等級(jí)公路（包括高速公路）中，普遍存在一個(gè)問題：路面在臺(tái)背回填處出現(xiàn)不同程度的沉降斷裂（沉降值一般為10?30cm,有的甚至超過60cm），使車輛通過時(shí)產(chǎn)生跳躍和沖擊，造成對(duì)橋涵和路面附加的沖擊荷載，使司機(jī)和乘客感到顛簸不適，甚至造成車輛大幅度減速，嚴(yán)重的可導(dǎo)致交通事故（特別是車輛機(jī)械事故）。為了消除結(jié)構(gòu)物與路堤的差異沉降，高速公路養(yǎng)護(hù)部門每年都要花巨資進(jìn)行維修和養(yǎng)護(hù)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，且產(chǎn)生不良的社會(huì)影響。如何解決高等級(jí)公路橋頭跳車問題，本文根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)提出了一些理論與施工上的認(rèn)識(shí)與見解。2橋頭跳車產(chǎn)生的原因形成橋頭跳車的原因是多方面的。理論上講均與橋臺(tái)臺(tái)背回填質(zhì)量與施工處理方案有直接關(guān)系，一般的臺(tái)后處理如圖1所示。在圖1臺(tái)背處理中，橋涵等結(jié)構(gòu)物與路堤本身結(jié)構(gòu)剛度的差異、設(shè)計(jì)措施的不當(dāng)以及施工質(zhì)量欠佳和工序安排的不合理均會(huì)造成橋頭跳車。具體地說，橋頭跳車的原因主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)個(gè)方面：2.1.1地基土承載力不足橋涵常位于溝壑地段，地下水位較高，多屬軟土。天然含水量高、孔隙比大、壓縮性強(qiáng)和抗剪強(qiáng)度低等特點(diǎn)使軟土地基具有很低的承載力。在軟土上填筑路基，便極易產(chǎn)生沉降（包括瞬時(shí)沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降）。而橋頭路基填筑高度較其它地段大，產(chǎn)生基底應(yīng)力相對(duì)較大，更易引起相對(duì)構(gòu)造物的地基沉降，特別是工后沉降。2.1.2臺(tái)背填料壓縮引起路基的沉降盡管臺(tái)背采用了砂粒及石灰土等材料進(jìn)行回填，但因含水份仍存在孔隙，施工中采取任何措施也難將填料顆粒間的孔隙完全消除?；靥钔磷灾亍④囕v的垂直荷載與振動(dòng)荷載作用下，孔隙率逐漸降低，填料逐漸壓縮，密實(shí)度逐漸增大，便在一定期限內(nèi)產(chǎn)生路基沉降。長期車輛反復(fù)作用下，回填土易發(fā)生蠕變，橋頭跳車現(xiàn)象也隨著公路運(yùn)營年限增加而加劇。所以說縮沉降主要取決于填料性質(zhì)、施工條件及臺(tái)前臺(tái)背的防護(hù)排水工程的設(shè)置等情況。根據(jù)有關(guān)資料調(diào)查研究：當(dāng)土堤壓實(shí)度為95%時(shí)，每米填土工后的沉降約為1cm。2.1.3剛?cè)嵬蛔円鸬某料萏嚇蚝冉Y(jié)構(gòu)物與路堤剛度的差異是造成橋頭跳車的本質(zhì)原因。由于橋涵等結(jié)構(gòu)物具有較大的整體剛度，而與之相連接的路基和路面屬于柔性結(jié)構(gòu)物，兩者有明顯的剛度差別。剛度不同的路面在跳車處所產(chǎn)生的振動(dòng)效果不同，柔性材料對(duì)能量的吸收要比剛性材料大。顯然，道路與結(jié)構(gòu)物橋臺(tái)之間存在的較大剛度差，必然引起道路與結(jié)構(gòu)物橋臺(tái)之間產(chǎn)生較大的塑性變形相對(duì)差和較大的剛度突變，勢(shì)必增強(qiáng)橋頭跳車的振動(dòng)。2.1.4施工工序不當(dāng)引起的沉降施工工序不合理及施工質(zhì)量未達(dá)到要求也是產(chǎn)生橋頭跳車的重要原因。橋涵施工工序，一般是在完成橋涵結(jié)構(gòu)物以后再進(jìn)行兩端路堤本體的填筑。這樣往往造成路堤填筑作業(yè)面狹窄，又由于靠近橋梁結(jié)構(gòu)物的填土形狀不規(guī)則，大型壓實(shí)機(jī)械很難展開作業(yè)。因此，壓路機(jī)的工作面受到制約，無法對(duì)緊靠結(jié)構(gòu)物部分的填土很好地進(jìn)行碾壓，而用人工夯實(shí)，很容易造成該處的壓實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，而使路堤的工后沉降偏大，造成橋涵等結(jié)構(gòu)物與路堤的沉降差。3解決橋頭跳車的措施3.1地基處理處理好橋頭軟弱地基，是控制跳車的關(guān)鍵。目前對(duì)橋頭軟弱地基處理，國內(nèi)已有加固土樁法、料粒樁法、豎向排水體預(yù)壓法、堆載預(yù)壓法和淺層處治法等措施，下面介紹幾種行之有效的常用方法。3.1.1采用深層攪拌法加固橋頭軟基加固土樁類型主要適應(yīng)于軟弱粘性土。深層攪拌法一般借助于壓縮空氣，采用專門深層攪拌機(jī)械設(shè)備，從不斷回轉(zhuǎn)的中心軸端向四周被攪松的土中噴出漿體或粉體固化劑（如水泥等），經(jīng)葉片攪拌，并吸收周圍水份，在加固的深層軟土中進(jìn)行一系列物理--化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)復(fù)合地基，從而提高橋頭軟土地基承載力，減少沉降量（特別是工后沉降），縮短固結(jié)期。其最大優(yōu)點(diǎn)是工后沉降小，缺點(diǎn)是造價(jià)較高。3.1.2采用砂樁加固橋頭軟基料粒樁類型適用于松砂地基、雜填土或軟土，對(duì)地基土起置換、豎向排水和擠密作用。一般采用砂、砂礫、礫卵石、碎石或建筑垃圾等作為樁體的主要材料，采用專用機(jī)械將材料灌入地基，形成樁土復(fù)合地基來提高地基承載力和減少沉降。因具有施工工期短、速度快、質(zhì)量容易控制及噪音小等優(yōu)點(diǎn)，該方法適應(yīng)能力強(qiáng)，可用于軟弱地基、液化土地基和濕陷性黃土地基等多種復(fù)雜地質(zhì)條件。3.1.3塑料排水板堆載預(yù)壓法。該法屬豎向排水體預(yù)壓類型，主要適用于透水性低的軟弱粘性土。塑料排水板是由芯體和濾套組成的復(fù)合體，或是由單一材料制成的多孔管道板帶。為加速排水固結(jié)，減少后期沉降，一般都配合堆載預(yù)壓或超壓施工，使地基土的有效應(yīng)力增大、抗剪強(qiáng)度和承載力及穩(wěn)定性都得以提高。其特點(diǎn)是施工簡便快捷，造價(jià)較低，但效果比上述兩種類型略差，仍存在少量工后沉降。3.2路基處理3.2.1正確采用回填材料為了防止橋頭區(qū)產(chǎn)生蠕變沉降，回填應(yīng)采用粗粒的砂礫、碎石土或石灰土材料材料進(jìn)行填筑。鋪設(shè)輕質(zhì)材料可以減輕路堤自重，有效降低地基應(yīng)力，減少沉降并增大穩(wěn)定安全系數(shù)，故若有粉煤灰供應(yīng)也采用粉煤灰作為輕質(zhì)材料。除此之外，有些地方開始試驗(yàn)推廣一種新型超輕質(zhì)材料-泡沫聚苯乙烯塊對(duì)減輕路堤的重量，遏止橋涵連接路堤的過渡沉陷有一定的顯著效果。3.2.2臺(tái)背回填處理方式當(dāng)橋臺(tái)后選用摩擦角大、強(qiáng)度高、壓實(shí)快、透水性好的填料如巖渣、礫石、砂礫等時(shí)，有利于從臺(tái)背縫隙中滲入的雨水沿盲溝或泄水管順利排到路基外，從而減緩雨水的危害，而且也有利于改善壓實(shí)性能，使路基容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度。填料的鋪筑一般在基底處沿路堤縱向長度距橋臺(tái)背不小于2m、且與路基相接處按不大于1：1設(shè)置斜坡或臺(tái)階，回填高度視路堤高度而定，一般取2?4m。橋頭回填處理的另一方式是在路基上部（約50cm范圍內(nèi)）設(shè)置水泥穩(wěn)定料改善層次，使路堤體的剛度有所提高。一般穩(wěn)定層結(jié)構(gòu)是沿路堤縱向距橋臺(tái)背約10m長，用一定劑量（如4%?6%）的水泥進(jìn)行穩(wěn)定，并且遠(yuǎn)橋臺(tái)端與路基相銜接處，采用1：1設(shè)置斜坡。上述兩種處理方式均能達(dá)到減少豎向變形和剛?cè)嵬蛔兊某尚?。如兩種方式同時(shí)考慮，則效果更佳。3.2.3臺(tái)背回填處的壓實(shí)為減少橋涵兩端路堤的工后沉降，從而使橋涵兩端路堤與橋臺(tái)結(jié)構(gòu)物的相對(duì)沉降盡量小一些，一般可選填筑路堤預(yù)壓，讓路基排水固結(jié)，待路堤沉降基本完成以后再開挖涵洞或橋臺(tái)位置土方，然后再施工橋涵。臺(tái)背填筑前，宜在處理后的基底頂面上設(shè)置橫向泄水管或盲溝。臺(tái)背回填宜在完成臺(tái)前防護(hù)工程及橋涵上部結(jié)構(gòu)吊裝之后進(jìn)行，同時(shí)注意結(jié)構(gòu)物兩端對(duì)稱填筑施工。臺(tái)背回填的壓實(shí)質(zhì)量是影響臺(tái)背回填沉降的一個(gè)主要因素。由于臺(tái)背回填位于路基與橋臺(tái)相銜接這個(gè)特殊位置，成為碾壓的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，壓路機(jī)難以碾壓到位，且大噸位機(jī)械振動(dòng)力太大時(shí)，對(duì)橋臺(tái)有影響。因此，臺(tái)背回填近橋臺(tái)處的壓實(shí)機(jī)械宜選用小型壓實(shí)機(jī)具，且嚴(yán)格控制每層填筑厚度（宜取10?15cm內(nèi)）碾壓遍數(shù)，并對(duì)每層填筑質(zhì)量實(shí)施檢測(cè)，力求壓實(shí)度達(dá)到96%以上；對(duì)于機(jī)械夯實(shí)碾壓不到之處，應(yīng)及時(shí)采用人工補(bǔ)充夯實(shí)。3.3路面處理3.3.1設(shè)置橋臺(tái)搭板搭板設(shè)置可以使在柔性路堤產(chǎn)生的較大沉降逐漸過渡至剛性橋臺(tái)上，使車輛通過時(shí)跳躍現(xiàn)象大為減少。橋頭搭板長度設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)路基的容許工后沉降值計(jì)算確定，常取3~15m（當(dāng)超8m時(shí)，宜設(shè)計(jì)成兩段式或三段式搭板）。搭板的近臺(tái)端一般擱置在橋臺(tái)前墻頂面或其牛腿上。當(dāng)橋頭引道為剛性路面時(shí)，搭板的縱坡可采用與路面設(shè)計(jì)縱坡平行方式（稱平置式搭板）；而當(dāng)引道為柔性路面時(shí)，則搭板的遠(yuǎn)臺(tái)端常置于路面面層與基層之間（稱斜置式搭板）。為預(yù)防搭板下沉，也可在搭板上先鋪設(shè)一層瀝青面層，通車后搭板若下沉?xí)r，則在其上加鋪瀝青混凝土或?yàn)r青砂。3.3.2設(shè)置變厚式埋板為避免二次跳車，常在搭板的尾端加設(shè)一段淺埋的變厚式埋板，其長度一般取3?5m，對(duì)于水泥混凝土路面，也可將與搭板連接處的路面板改為變厚式板。在搭板、埋板或變厚式板的下層，為保證與橋臺(tái)連接部位的剛?cè)釋哟卧谒胶痛怪狈较蚓軡u次變化，建議采用強(qiáng)度及回彈模量均高于其它路段相對(duì)應(yīng)的路面結(jié)構(gòu)層材料，以提高該部位的整體受荷和抗沖能力，有利于減少錯(cuò)臺(tái)幅度，調(diào)整不均勻沉陷，改善橋頭跳車或二次跳車現(xiàn)象。3.3.3采用過濾性路面根據(jù)橋涵的長度和路基的容許工后沉降值計(jì)算等情況，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（一般為3?5年）后，再改鋪原設(shè)計(jì)永久性路面。常用的過渡性路面類型有預(yù)制水泥混凝土六棱塊（邊長34.6cm、厚20cm）、條石鋪砌（25cmx25cmx40cm）、半剛性過渡層或?yàn)r青表處過渡層等。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(dòng)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