高速公路橋頭跳車問題的產生原因及處理措施

劉仁燕 黃文斌

摘要:目前,已投入使用的高速公路中,存在一個普遍問題就是:路面的臺背因填處出現不同程度的沉陷、斷裂,使車輛通過時產生跳躍和沖擊,從而對橋涵和路面造成附加的沖擊荷載,使司機和乘客感到顛簸不適,甚至造成車輛大幅度減速,嚴重的可導致交通事故。因此,如何解決高速公路橋頭跳車問題,本文提出了一點認識與見解。

關鍵詞:高速公路;橋頭跳車;處理措施

1 橋頭跳車產生的原因

1.1 地基地質不良,造成沉陷。橋涵通常位于溝壑地段,地下水位較高,且多屬軟土。由于軟土一般都具有天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高和抗剪強度低等共同特點,在軟土上填筑路基,便極易產生沉降。同時,橋頭路基填筑高度較其它地段大,產生基底應力相對較大,更易引起地基沉陷,特別是工后沉降較大。

1.2 臺背填料壓縮,引起路基沉降。臺背填料因所含水份,存在孔隙,不論施工中采取任何措施也難將填料顆粒音的孔隙完全消除。在公路自重及車輛的垂直荷載與振動荷載作用下,孔隙率逐漸降低,填料逐漸壓縮,密實度逐漸增大,便在一定期限內產生路基沉降。

1.3 剛柔突變引起的沉陷跳車。剛度不同的路面的跳車處所產生的振動效果不同,柔性材料對能量的吸收要比剛性材料大。由于結構物橋臺一般采用剛性很大的堅石砌筑或鋼盤砼澆筑而成,具有較大的整體剛度,屬剛性體;而與結構物橋臺相連的道路,具有剛性較小柔性較大的特性,屬彈塑性體。顯然,道路與結構物橋臺之間存在著較大的剛度差,這個剛度差的存在必然引起道路與結構物橋臺之間產生較大的塑性變形相對差和較大的剛度突變,勢必增強橋頭跳車的振動效果。

2 解決橋頭跳車的措施

2.1 地基處理

處理好橋頭軟弱地基,是控制跳車的關鍵。目前對橋頭軟弱地基處理國內已有加固土樁法、料粒樁法、豎向排水體預壓法、堆載預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。

2.1.1 采用深層攪拌法加固橋頭軟基。該法屬加固土樁類型,主要適應于軟弱粘性土。一般借助于壓縮空氣,采用專門深層攪拌機械設備,從不斷回轉的中心軸端向四周被攪松的土中噴出漿體或粉體固化劑,經葉片攪拌,并吸收周圍水分,在加固的深層軟土中進行一系列物理--化學反應,使軟土硬結成具有整體性和一定強度的優質復合地基,從而提高橋頭軟土地基承載力,減少沉降量,縮短固結期,提高邊坡穩定性。

2.1.2 采用砂樁加固橋頭軟基。該法屬料粒樁類型,適用于松砂地基、雜填土或軟土,對地基土起置換作用、豎向排水作用和擠密作用。為加速成地基固結,減少后期沉降,一般根據實際情況,配合堆載預壓或超壓施工,使地基強度顯著提高,同時改善地基的整體穩定性。

2.1.3 塑料排水板載預壓法。該法屬豎向排水體預壓類型,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,減少后期沉降,一般都配合堆載預壓或超壓施工,使地基土的有效應力增大、其特點是施工簡便快捷,造價較低,但效果比上述兩種類型略差,仍存在少量工后沉降。

2.2 路基處理

路基處理是解決橋頭跳車主要措施之一,著重考慮減少路基沉降和提高路堤體剛度,一般可采取以下措施。

2.2.1 采用超輕質材料作路堤。鋪設輕質材料可以減輕路堤自重,有效降低地基應力,減少沉降并增大穩定安全系數,常用的輕質材料如粉煤灰等。

2.2.2 臺背回填處理方式。眾所周知,橋頭跳車原因主要是路基填料壓縮沉降和地基沉降引起的。由于土方的內摩擦角較小,加之壓實質量的影響,所填路基其壓縮沉降一般較大。因此,橋臺后宜選用摩擦角大、強度高、壓實快、透水性好的填料,如巖渣、礫石、砂礫等。

2.2.3 臺背回填處的壓實。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結構物的相對沉降盡量小一些,一般可先填筑路堤預壓,讓路基排水固結,待路堤沉降基本完成以后再開挖涵沒或橋臺位置土方,然后再施工橋涵。臺背填筑前,宜在處理后的基底頂面上設置橫向泄水管。臺背回填宜在完成臺前防護工程及橋涵上部結構吊裝之后進行,同時注意結構物兩端對稱填筑施工。臺背回填的壓實質量是影響臺背回填沉降的一個主要因素。由于臺背回填位于路基與橋臺相銜接這具特殊位轉置,成為碾壓的一個薄弱環節,壓路機難以碾壓到位,且大噸位機械振動力太大時,對橋臺的影響。因此,臺背回填近橋臺處的壓實機械宜選用小型壓實機具,且嚴格控制每層填筑厚度(宜取10-15cm內)碾壓遍數,并對每層填筑質量實施檢測,力求壓實度達到96%以上;對于機械夯實碾壓不到之處,應及時采用人工補充夯實。為防止漏檢或超厚,必須加強現場施工管理,落實專人負責。

2.3 路面處理

路面處理是解決橋頭跳車的必要措施。考慮結構物橋臺與強背路面在結構、材料、岣柔、脹縮等方面都存在差異,為了其縱、橫向都能平順逐漸過渡,從而有并效減少橋頭跳車程度,建議選取以下措施。

2.3.1 設置橋臺搭板。搭板設置可以使在柔性路堤產生的較大沉降,通過搭板逐漸過渡至剛性橋臺上,使車輛通過時跳躍現象大為減少。橋頭踏板長度設計應根據路基的容許工后沉降值計算確定,常取3-15cm(當超過8m時,宜設計成兩段式或三段式搭板)。搭板的近臺端一般擱置在橋臺前墻頂面或其牛腿上。當橋頭引道為剛性路面時,搭板的縱坡可采用與路面設計縱坡平等方式(稱平置式搭板);而當引道為剛性路面時,則搭板的遠臺端常置于路面面層與基層之間(稱斜置式搭板)。為預防搭板下沉,也可在搭板上先鋪設一層瀝溥 面層,通車后搭板若下沉時,則在其上加鋪瀝青砼或瀝青砂,這樣簡單易行,利于養護,值得推廣。

2.3.2 設置變厚工埋板。為避免二次跳車,常在搭板的尾端加設一段淺坦的變厚式坦板,其長度一般取3-5m,對于水泥砼路面,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,為保證與橋臺連接部位的剛柔層次在水平和垂址方向均能漸次變化,建議采用強度及回彈模量均高于其它睡段相對應的路面結構層材料,以提高該部位的整體受荷和抗沖能力,有利于減少錯臺幅度,調整不均勻沉陷,改善橋頭跳車或二次跳車現象。

2.3.3 采用過渡性路面,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路基的容許工后沉降值計算等情況,在橋頭一定長度范圍內鋪設過渡性路面,等路堤沉降基本完成(一般為3-5年)后,再改鋪原設計永久性路面。常用的過渡性路面類型有預制水泥砼六棱塊(邊長34.6cm、20cm)、條石鋪砌(尺寸為25cm×25cm×40cm)、半剛性過渡層或瀝青表處過渡層等。其中水泥砼六棱塊和條石鋪砌僅適應于水泥砼路面,最大優點是翻修處理速度快;但不易鋪砌平不足,行車仍有抖動感覺,且其砌縫應采用防水材料,以防滲透入雨水損害路基。值得推廣的簡便有效方法是瀝青表處過渡層類型,其優點是:當出現較大沉降時,及時補充鋪設一層瀝青砼或瀝青砂,以能確保行車暢順,有效避免跳車現象。如國道324線汕頭下埔大橋在橋頭處就采用了瀝青過渡性路面,待橋頭路基沉降基本完成后,再改鋪原設計水泥砼路面。

3 結論

橋頭跳車一直困擾高速公路修建和使用的一個關鍵性問題,至今仍無十分滿意的處理原則或規范,本文希望能起到拋磚引玉或借鑒的作用。

參考文獻

[1]軟土地基高等級公路橋頭錯臺防治技術陳明星.公路工程地質.

[2]王明懷.高等級公路橋頭跳車病害的成因與防治研究.華東公路.

作者簡介:劉仁燕(1979,8-),男,1999年7月參加工作, 工作單位:贛州市公路管理局南康分局。

黃文斌(1984,4-),男,2002年10月參加工作,工作單位:贛州市公路管理局南康分局。