公路橋頭跳車設計原因分析及防治措施

周保儒

（江蘇省交通科學研究院股份有限公司，江蘇 南京 210017）

1 橋頭跳車產生的原因

1.1 臺后路基的沉降

地質不良造成的地基沉降是橋頭跳車的主要原因，而橋位通常處于地下水位較高，多有軟土，天然含水量大于液限，天然孔隙比大，常含有機質，壓縮性高，抗剪強度低，一旦受到擾動，天然結構易受破壞，強度便顯著降低。而橋頭路基填筑高度較一般地段高，產生基底應力相對較大，更易引起相對構造物的地基沉降(包括瞬時沉降、固結沉降和次固結沉降)，特別是工后沉降。在路堤自重和車輛荷載作用下，更容易引起地基沉陷，且變形穩定往往歷時數年乃至數十年。就是在一些穩定地基，在外荷作用下，也無可避免出現這個問題。

1.2 路基填料的壓縮沉降

臺背填料一般采用石灰土進行回填，因材料本身仍存在孔隙，施工中采取任何措施也難將填料間的孔隙完全消除；一般情況下，臺背的施工是在橋涵與路基施工之后進行的，由于結構物的存在所導致的施工作業面狹小，同時也是為了保證結構物本身的安全，使得大型壓實機具難以啟用，而小型設備又很難達到較好的壓實效果，這就不可避免地造成此段壓實度不足，甚至存在壓實盲區，不能將填料間孔隙完全消除；回填土自重、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，便在短時間內產生壓縮沉降，造成跳車。車輛長期反復作用下，回填土易發生蠕變，橋頭跳車現象也隨著公路運營年限增加而加劇。

1.3 剛柔結構突變產生的相對沉降

橋臺為剛性結構，自身壓縮變形近似為零，且回彈模量一般較大，而與之相連的臺背填料為彈塑性體，在壓實度達到95%時回彈模量僅為30～80Mpa，兩者之間的回彈模量相差40倍左右，這種結構的差異變形是造成橋頭跳車的本質原因。一般而言，橋臺基礎設置在較好的持力層上，采用擴大基礎或樁基礎，沉降幾乎為零；而橋頭路基都屬于柔性的，在車輛的交變荷載作用下，不但會產生彈性變形，而且會產生較大的不可恢復的塑性變形，此種塑性變形隨著時間的不斷積累，往往會大大超過橋臺的沉降而產生二者的差異沉降。剛度不同的路面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，顯然道路與結構物橋臺之間存在的較大剛度差，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。

1.4 施工工序不當引起的沉降

施工工序不合理及施工質量未達到要求也是產生橋頭跳車的重要原因。部分施工單位對橋頭沉陷病害缺少足夠的重視，未按規范要求進行施工；受工期限制，實際施工過程中先搶修橋涵，后填筑路基，這種工序安排的不合理，使臺背回填受工作面的限制，造成填料壓實度難以達到規范要求，無形中為臺背填料沉陷埋下了隱患；施工人員素質較差，對施工中存在的缺陷（如彈簧、起皮、松散等）未做及時處理；機械配置不合理，使填料壓實度難以達到規范要求而使路堤的工后沉降偏大，造成橋涵等結構物與路堤的沉降差。

1.5 排水不暢及填土流失

在橋涵與路堤的連接部化,由于存在縫隙,雨水會沿縫隙滲透,下滲水對橋臺一般不產生破壞作用,但對土類填料易產生浸蝕和軟化,特別對填方體壓實不夠,易產牛侵蝕和軟化,降低強度,導致填方體變形.在外部車輛荷載沖擊作用下,必然造成橋頭路基沉陷。

2 設計方面原因

根據分析，橋頭跳車產生的原因是多方面的，包括設計、施工、監理、運營管理、養護等方面，具體表現在設計方面的有：a.對橋頭沉陷病害缺少足夠的重視，未按規范要求進行設計；b.勘察資料不完善或不準確，使得在設計過程中忽視了對不良地基（如軟土、黃土、鹽漬土地基等）進行特殊處理的要求；c.設計單位缺乏軟基處理經驗，基底設計不當或設計不合理；d.設計單位對施工過程如何便于碾壓考慮不周，對臺背填料未作嚴格的要求，臺背排水和防護系統設計不完善。

3 設計常用處治對策

3.1 設計前期

加強沿線地質調查、勘探，分析地質情況；根據地質情況，合理選用經濟、合理的路基處理方案；綜合考慮各方面的因素，合理布孔，充分領悟“安全、經濟、美觀、耐久”的設計理念，注重橋臺結構設計與利于臺背回填機械化施工的有機結合。

3.2 設計階段

3.2.1 加強地基處理

處理好橋頭軟弱地基，是控制跳車的關鍵。當軟弱層較薄時，可用天然砂礫、碎礫石、砂等強度高、滲水性好的材料進行換填；若軟弱層較厚時，可采用砂井、超載預壓、砂樁、碎石樁、粉噴樁、塑料排水板等措施，降低土體的含水量，加速軟土地的固結，提高地基的承載能力。地基處理有多種方法，如換土法、強夯法，粉噴樁、旋噴樁、碎石樁、砂樁、塑料排水板、堆載預壓等，通常采用的是粉噴樁、砂樁、堆載預壓。

粉噴樁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 (如水泥等)，經葉片攪拌，并吸收周圍水份，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(特別是工后沉降)，縮短固結期。其最大優點是工后沉降小，缺點是造價較高。

砂樁適用于松砂地基、雜填土或軟土，對地基土起置換、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，采用專用機械將材料灌入地基，形成樁土復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、質量容易控制及噪音小等優點，該方法適應能力強，可用于軟弱地基、液化土地基和濕陷性黃土地基等多種復雜地質條件。

堆載預壓法該適用于透水性低的軟弱粘性土，為加速排水固結，減少后期沉降，一般采用堆載預壓或超壓施工，使地基土的有效應力增大、抗剪強度和承載力及穩定性都得以提高。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。

地基處理的方法是有效的，但其不能根本消除軟基沉降現象，其工后沉降值一般情況下都遠遠大于樁基橋臺的沉降量。

3.2.2 選用恰當的填筑材料

由于土的內摩擦角較小，加之壓實質量的影響，路基的沉降一般較大。為了防止橋頭路基產生蠕變沉降，回填應選用摩擦角大，強度高,，透水性好的填料，如采用粗粒的砂礫、碎石土或石灰土等，且壓實速度快，加載后能在短期內完成變形；臺后填土多采用輕質填料，常用的材料為粉煤灰，其目的就是減少填方容重，減輕填方土體對地基的壓力，從而達到減少地表以下土層排水同結產生的沉降，遏止橋涵連接路堤的過渡沉陷有一定的顯著效果。

3.2.3 選用合適的排水方式、防護形式

在地基頂面可采用水泥砂漿封層，并且在處理后的基底頂面應合理設置橫向泄水管或盲溝。設置完善的排水系統并做好防水措施，在路面結構層下設置防滲層，在基底設置反濾層，特別是粘性土或石灰穩定土填筑的臺背，要防止雨水浸入對橋頭造成病害。

3.2.4 修建足夠長度及強度的橋頭搭板

搭板設置可以使在柔性路堤產生的較大沉降逐漸過渡至剛性橋臺上，使車輛通過時跳躍現象大為減少。橋頭搭板長度設計應根據路基的容許工后沉降值計算確定，搭板的近臺端一般擱置在橋臺前墻頂面或其牛腿上。對于不設搭板的，應設置過渡路面，也可以有效地消除二次跳車。

4 結束語

為了減少公路運營中橋頭跳車的現象，應對臺后回填從設計、施工等方面進行控制。在設計方法上應根據具體的地質條件、工程工序與銜接情況上采用適應的臺后回填設計方案、填筑材料和施工組織設計。在施工方面，強化工程質量意識、提高施工工藝和加強施工管理和監理作用。建設管理單位應從全局出發，協調好監理、設計、施工等參建單位，合理確定工期，為工程的實施創造一個良好的環境。

[1]牛秀義.在設計和施工中對橋頭跳車的防治方法.遼寧交通科技.2004-04-30