高速公路橋頭跳車病害形成與防治

白亮平

橋頭跳車是指在公路上行駛的車輛,當行駛到橋臺與路堤連接處時,由于橋臺與路堤連接處存在錯臺,而致使高速行駛的車輛發生劇烈顛簸跳動的一種現象。根據相關資料和實地觀察調查表明,當橋頭臺階高度達1.5 cm時,對車速就產生明顯的影響;當臺階高達5 cm時,車輛行駛顯著減速。橋頭跳車可造成行車舒適感降低、道路通行能力下降,重者可導致車輛損壞、翻車的嚴重后果。

1 產生橋頭跳車的原因

1)橋頭地基不良。橋頭地基沉陷與橋臺沉降幅度不同是產生橋頭跳車的主要原因。橋頭土質不良是產生地基沉陷的主要原因。橋涵通常位于溝壑地方,地下水位較高,此類土天然含水量大于液限,天然孔隙比大,常含有機質,壓縮性強,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。橋頭路基填筑高度較大,產生基底應力相對較大,在車輛荷載作用下,更容易引起地基沉陷,且變形穩定歷時往往持續數年乃至數十年。就是一些穩定地基,在外荷載作用下,也不可避免出現這個問題。

2)填料壓縮。臺背填料一般選擇具有滲透性的材料,填料間孔隙較大,由于施工中壓實度不夠,壓實機具不能過分靠近接觸臺背,不能將填料顆粒間孔隙完全消除,運營后填料在行車荷載及自重作用下逐漸沉降密實,填料迅速壓縮,孔隙率降低,便在短時間內產生壓縮沉降,造成跳車。

3)施工措施不當。路基與橋涵同時施工,為趕工期在很短時間內即完成臺背回填工作,施工時沒有按分層填筑、分層碾壓、分層檢測的“三分法”施工,使被擾動的地基層在沒有得到充分固結后即運行通車。同時施工中分層厚度過大,分層壓實度不夠,碾壓時對臺背擋土墻等構造物擠壓力大,用料沒有把好質量關,排水措施沒有做好等。這些人為因素使高填土引道不穩定,工后沉降大,且不均勻,也是引起橋頭跳車的主要原因之一。

4)設計原因。剛柔突變。由于橋涵為剛性結構,可近似看作沒有沉降變形,而路基土方為柔性結構,橋臺與路堤之間存在著明顯的剛度變形,在相同外荷載作用下,路堤產生的塑性變形遠大于橋臺,從而加劇了沉降差異。

2 解決橋頭跳車的具體辦法

1)處理好臺后軟弱地基。清除橋(涵)臺后15 m～20 m范圍內原地面草皮、樹根等雜物后,清表土約30 cm后進行碾壓,壓實度必須達到90%以上(或圖紙、規范要求)方可進行臺后回填處理。對于橋(涵)臺前、臺后地質不良(承載力不足)地段,采取換填等技術措施,必須使地基承載力達到規定要求后再進行路堤填筑。

對軟弱地基處理,現在國內有換填法、超載預壓、塑料排水板、袋裝砂井、片石擠密、強夯(重夯)法、粉噴樁復合地基等常用方法。以上幾種軟弱地基處理方法中,水泥粉噴樁復合地基加固軟土效果明顯,施工工期短;超載預壓一般可利用施工荷載作為軟基預壓荷載,但施工工期較長,剩余沉降量也大;塑料排水板法加固效果好,適用于地基松軟、地下水位高的地質;強夯(重夯)法工期短,效果明顯,廣泛用于濕陷性黃土地段且施工地點開闊的條件下。但如果將強夯法用于軟土地基時透水性又很差,所有通常情況下采用強夯法處理軟土地基需要在地基中設豎向排水體,以提高處理的效果;袋裝砂井適用于泥沼或軟土層厚度超過5 m,且路堤高度超過天然地基承載力很多時;片石擠密適用于厚度小于3 m、表層無硬殼、呈流動狀態淤泥、排水困難、石塊易于取得的條件下。

近幾年濕陷性黃土地基及路堤采用沖擊式壓路機壓實取得良好的效果。沖擊式壓路機由牽引車拖動,它的壓實輪表面是由凸輪曲線組成的非圓柱表面,在壓實作業時,壓實輪回前滾動,由于其重心高度交替變化,從而對地基產生較大的沖擊夯實力,因此它具有強夯和振擊的雙重效果。

2)對接頭處路面進行處理。橋臺與路基結構是不同體系。對連接瀝青路面,則在橋臺處增設增變厚式水泥混凝土埋板。若連接水泥混凝土路面,則將連接處路面板改為變厚式?；炷谅访嫱瑯蛄合嘟犹?最好是設置鋼筋混凝土搭板,搭板一端放在橋臺上,并加設防滑錨固鋼筋和在搭板上預留灌漿孔,如為斜交橋,尚應設置鋼筋混凝土漸變段。

3)加強臺背回填管理。臺背回填前,先對天然地基處的軟地層進行徹底清除,按實際情況進行處理并碾壓密實,形成橋涵與路基之間臺背回填區下承層,以便與臺背回填區部分一同填筑。對橋涵基坑超挖部分要用水穩砂礫或灰土進行回填,避免使用素土。

精選填料,縮小路基與橋涵構造物的不均勻沉降。天然砂礫一般不能滿足規范要求,必須進行過篩,最大粒徑不大于8 cm?；彝粱靥顣r,石灰過篩,采用路拌機或旋耕耙進行集中拌和。灰劑量要滿足要求,拌和要均勻。

充分壓實。a.嚴格控制填料含水量。b.嚴格控制松鋪厚度。c.嚴格控制壓實機具。d.嚴格控制壓實指標。施工中,須分層填筑,分層碾壓,層層進行檢測。

臺背回填應與橋涵錐坡部位一同分層進行填筑。

4)嚴格控制施工。待橋(涵)臺背在橋臺、立柱混凝土澆筑達到規定強度及涵洞(含通道)蓋板施工完畢后,再采用反開挖的方法開挖到規定的回填范圍,并在已填路基一側形成臺階(臺階寬度約40 cm,高度同臺背回填高度),使臺后回填與已填路路基搭接密實、牢固,提高臺背回填整體質量。臺背回填嚴格按照分層攤鋪、碾壓、密實的工序施工,每層填料壓實厚度不超過15 cm,壓路機碾壓密實。

加大伸縮縫安裝質量管理力度,提高其施工質量。針對橋梁、伸縮縫、路堤三者標高不一致而產生的錯臺現象,要求施工單位必須安排好施工工序,先鋪筑路面,后安裝伸縮縫。在鋪筑瀝青路面時先將預留伸縮縫用路面材料填塞,路面鋪筑完畢后,再對預留槽進行切縫,清除預留槽內雜物后再安排伸縮縫施工。

加大施工質量管理力度,嚴格按治理方法進行臺背回填。要求在分項工程施工技術方案中對每一道構造物臺背回填制定詳細的施工計劃,包括填料的質量、規格、施工工序及檢查制度等,同時將臺背回填作為必檢項目,特別是層鋪厚度、壓實度。

合理安排好施工計劃,科學安排施工順序,保證橋頭路基與臺背回填體的平順銜接。施工時符合規定,是有效減少橋頭跳車的關鍵,應遵循“早開工,工期長一點”的原則進行,控制好填料質量、每層厚度、碾壓遍數,并對每層填筑質量實施檢測,特別是控制好壓實度。臺后連接處填土應盡量實時檢測,特別是控制好壓實度。

5)設置橋臺搭板。橋頭搭板長度目前多采用6 m～8 m。但由于路基的沉陷造成搭板架空而斷裂的問題時有發生,目前已經有研究單位提出將橋頭路堤20 m左右的路面結構設計成3段～4段高程可以調節的搭板形式,當發生沉陷時將搭板通過一定手段頂起并用速凝水泥砂漿注入板下空隙,這種措施還可以避免第二次跳車。

6)采用過渡性路面。過渡性路面多用于軟土地基的高速公路,一期的路面結構設計成過渡結構形式,過渡期一般為3年～5年。過渡性路面類型有預制水泥混凝土塊、條石鋪砌、半剛性過渡層或瀝青表處過渡層等。高速公路中采用瀝青表處過渡層類型較多,其優點是當出現較大沉降時,及時補充鋪設一層瀝青混凝土或瀝青砂,以保證行車暢順,有效避免橋頭跳車現象。

7)筑路材料選擇。通常臺背填料應選擇強度高、易壓實和透水性好的材料,如砂性土、卵石土、砂礫土等。

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、監督、施工相互脫節的通病,各方共同努力克服這一世界性難題。

[1]JTJ 017-96,公路軟土地基路堤設計與施工技術規范[S].

[2]JTJ 033-95,公路路基施工技術[S].

[3]JTJ 041-2000,公路橋涵施工技術規范[S].

[4]陳偉利,武麗霞,楊彥軍.談公路橋頭跳車病害的成因及防治措施[J].山西建筑,2008,34(21):249-250.