橋頭跳車成因分析及防治技術

摘要:隨著公路等級的不斷提高，公路配套設施越來越完善，橋涵構造物所占比重也越來越大。作者根據實際經驗，結合橋頭跳車成因，論述了橋頭跳車的預防方法。

關鍵詞:橋頭跳車;防治;技術

中圖分類號:V4 文獻標識碼:ADOI:10.3969/j.issn.1672-0407.2010.08.017

文章編號:1672-0407(2010)08-038-04收稿日期:2010-07-21

隨著公路等級的不斷提高，公路配套設施越來越完善，橋涵構造物所占比重也越來越大。通過對渭南市新建公路的不完全統計，僅涵洞而言，平均每千米有1-2座 。但從目前已投入使用的營運情況來看，存在一些不盡人意之處，尤其是高填方路段構造物臺背回填處普遍存在“橋頭跳車”現象。

一、橋頭跳車的危害

橋頭跳車在公路中危害極大，具體表現如下。

(一)降低了行車舒適性和安全性

高速行駛的車輛跳躍時不僅對汽車的正常行駛、司乘人員的舒適產生不利的影響，有些嚴重的跳車甚至會引起重大的行車事故。

( 二)增加了車輛運營費用

汽車因跳車而不得不在橋頭頻繁減速，以減輕顛簸，無論是減速行駛還是顛簸現象的發生，都對汽車機件造成不同程度的損壞和輪胎的磨耗;同時汽車行駛速度的不穩定，無形中浪費了燃料;另外，還增加了車輛的行駛時間，因此，橋頭跳車的出現，提高了車輛的運營成本。

(三)影響公路養護費用及其壽命

臺階的存在使得車輛通過時產生跳動和沖擊，從而對橋梁和路面造成附加的沖擊荷載，加速橋頭路面及伸縮縫的破壞，而且要對出現的臺階進行及時的維修與養護，不僅耗費了大量的人力、物力和財力，還產生了不良的社會影響。

由此可見，橋頭跳車病害的發生使運輸不能達到高效運營、安全行駛、節省投資及舒適乘車的目的，在很大程度上降低了公路的服務水平，損害了公路使用者的利益，從而嚴重影響了公路的社會經濟效益。因此，橋頭跳車問題已成為公路建設及營運中應該重視并亟待解決的問題。

二、不均勻沉降類型及成因分析

根據對已建公路路橋過渡段的調查，對不均勻沉降表現形式進行了歸類。在此基礎上，對不均勻沉降成因進行簡要分析。

(一)不均勻沉降的類型

1.縱坡變化

當臺背與構造物不均勻沉降較大時，有可能造成如圖1所示的引道縱坡變化。

2.局部沉降

局部沉降指在構造物臺背的一段過渡段上發生局部較大高差的現象。如圖2所示，局部沉降發生在臺背與過渡段結合處，即最大沉降深度Dmax距離橋臺背很近，形成錯臺。

3.過渡段橫坡變化

當橋梁過渡段為高填方路堤時，路堤中心和路肩處由于土中應力不同而產生不均勻沉降，從而引起路堤橫斷面及路拱坡度變化，這種情況在軟土地基高路堤上發生較多。

(二)不均勻沉降的成因分析

橋頭跳車現象主要是由于構造物與其臺背填土路堤的沉降不均勻引起的。引起路橋過渡段不均勻沉降的原因主要有以下幾個方面。

1.橋臺下地基的沉降

出于安全和正常營運考慮，在公路構造物設計和施工中對于其地基的沉降和穩定性控制很嚴格，且設計時一般都考慮橋跨結構對沉降的限制，所以在正常情況下其沉降量都很小，可以忽略不計。

2.橋臺基礎的沉降

由于橋涵構造物一般采用剛性很大的堅石砌筑或鋼筋混凝土澆筑而成，具有較大的剛性，橋臺基礎處理較好，一般認為沉降已經完成，相對于路基而言，沉降可視為零。

3.路堤下天然地基的沉降

天然地基沉降是引起不均勻沉降的主要原因。隨著路堤的填筑，在路堤荷載作用下，天然地基承受除自重以外的附加荷載從而成為欠固結土，在路堤重量及車輛荷載作用下天然地基產生沉降變形，特別是工后沉降較大，沉降往往持續數年乃至數十年。這種沉降變形的大小受路堤填土性質及其填土高度的影響，相同填土高度時，所填土的容重越大，地基沉降變形也越大;相同填土容重時，填土高度越大，地基沉降變形也越大。

4.路堤填土的沉降

按一般施工程序，臺背回填是在橋涵構造物完成后進行的，這樣就在橋頭形成了一個填土較高、施工面狹窄、工期緊迫的作業段。這樣的作業段給土方壓實帶來了很大的困難，致使臺背回填部位局部密實程度很難達到質量要求。因此，在路堤自重和車輛垂直荷載及沖擊力的作用下，路基填料逐漸被壓縮，孔隙率降低，密實度增大，從而在一定期限內產生路堤填土的沉降。路堤填土沉降主要取決于填料性質、施工條件及臺前臺背的防護排水工程的設置等情況。

5.排水不暢及填土的流失

在橋涵與路堤的連接部位，由于存在縫隙，雨水會沿縫隙滲入，對路面結構層和路堤產生沖刷和侵蝕，增加路面各結構層和路堤的含水量，甚至造成各種細粒土的流失。隨著路堤和各結構層被破壞，在外部車輛荷載沖擊作用下，必然造成橋頭路堤沉陷，產生跳車現象。

6.其他因素

設計方案、施工工藝以及采取的處治措施等對不均勻沉降亦有較大的影響。

三、橋頭跳車綜合防治

下面結合橋頭跳車現有防治技術，從地基處治、臺背路堤處治以及過渡段路面處治等方面提出綜合防治技術，以期較好解決橋頭跳車這一課題。

(一)地基處治

為減少或消除路橋過渡段的不均勻沉降，有效控制橋頭跳車，對臺背地基進行加固處理是非常必要的，尤其是特殊地基如軟土地基、濕陷性黃土地基、河流沖積物地基等更需要特殊處理。在對臺背地基進行處理時，要考慮路堤的縱向與橫向兩方面的變形協調問題。在詳細了解橋頭地基地質情況的前提下，選用處理措施要注意兩點:縱向保證橋臺沉降與路堤地基沉降的平衡過渡;橫向維持路堤中央變形和坡腳路肩處變形的協調穩定。

對臺背軟弱地基的處理，目前主要有換填法、強夯法等措施，具體工程應用中，應綜合考慮土質、經濟、安全等實際情況，選擇合適的處理方法，有效地減少地基的沉降。下面主要介紹換填法。當臺背地基經充分碾壓后承載力仍無法滿足要求，但臺背填土高度又不大時，臺背基底可作淺層換填處理，可換填當地砂礫或中、粗砂，條件許可時也可換填石渣、塊石。當缺乏上述材料時，可采用石灰或水泥作淺層加固處理。換填材料要高出地表一定高度以對地基進行超壓。采用換填法時要求填料符合工程要求，要切實保證換填土性質的均勻性(特別在橋基礎處)，嚴格按照規范有關要求碾壓夯實;如遇到有水情況，還要考慮填筑時的排水措施。換填法的處理深度宜控制在0.5~3.0 m以內，換填層太薄，效果不顯著;換填層太厚，處理費用太高，且工期較長。

(二)路堤處治

臺背路堤的沉降是引起橋頭跳車的原因之一，為了減少臺背路堤的沉降，可從以下幾方面入手:合理安排施工工序和時間，設法盡早對臺背路堤進行施工，保證有足夠的時間完成沉降;設法提高臺背回填區路堤的壓實度，減少因填料自重和車輛荷載作用下壓實度增加而產生的沉降;在考慮經濟的前提下，合理選擇填料，設法減少路橋過渡段路堤的自重作用，避免因自重過大而產生過大的壓縮沉降;設法提高臺背路堤自身承載能力，增加路堤填土的整體性，減少不均勻沉降。

1.施工工序的合理安排

為使臺背填土可以盡早開工，在立柱、樁基礎施工中應先安排橋臺，再做其他橋墩。為保證橋臺填土的壓實質量，要求必須先將臺背填土至蓋梁地面標高，再澆注橋臺蓋梁。為避免橋梁、伸縮縫、路堤三者標高不一致形成錯臺，要求鋪筑路面時，先將伸縮縫預留槽臨時用瀝青填筑，待路面鋪筑完畢，再對預留槽進行切縫安裝伸縮縫。

另外當臺背路堤高度小于4 m 時，也可先填筑路堤預壓，讓路基排水固結，待路堤沉降基本完成以后，在涵洞或橋臺位置再開挖合適的工作面，進行基礎及橋臺等的施工，然后用易于壓實的石灰粉煤灰材料對工作面進行回填，從而減少橋涵兩端路堤的工后沉降。

2.強夯法處理臺背路堤

強夯法在國內外被廣泛用于地基加固處理工程之中。強夯法處理臺背路堤，是在路基填筑完成后，路面鋪筑之前發現路基存在壓實質量問題時采用的預防性補救措施。通過強夯法處理可以成倍地提高路基承載能力，大大改善路基的均勻性，從而減少臺背路堤的沉降。

強夯法是將重型錘從一定高度自由落下，從而對土體產生巨大的沖擊能，沖擊能一方面可有效地提高土體的密實度，另一方面使路基附近的橋臺等構造物受到振動沖擊力的影響。因此，采用強夯法加固橋臺背路堤，一方面要考慮強夯動力作用下對路基土的夯實效果;另一方面也要考慮附近結構對強夯振動沖擊波的承受能力，以及由于構造物的存在，對路基強夯效果的影響。

在確保橋臺允許變形和穩定的情況下，對臺背路堤進行強夯補壓處理較經濟;強夯設備簡單，施工完畢，設備可退場，下道工序或工程即可開始，無須等待，因而與其他處治方法相比，可大大縮短工期。

3.合理選用回填材料

粉煤灰顆粒相對比較均勻單一，均勻的顆粒級配決定其孔隙率較大、結構組織疏松，加之粉煤灰顆粒本身是一些空心的微粒組成的混合體，因此，粉煤灰的干密度較小。用粉煤灰回填臺背可大大降低路堤下地基的附加荷載，有利于減少地基沉降及路堤對橋臺的側壓力。但是，由于透水性大、穩定性差以及無粘結性等特點，粉煤灰不宜直接用于臺背回填，故提出采用石灰粉煤灰為臺背路堤填料，經壓實后形成輕質整體性路堤。試驗研究表明，石灰∶粉煤灰=(4-10)∶( 96-90)的二灰混合料具有如下工程特性。

(l)質輕

重型擊實試驗結果表明二灰混合料最大干密度不到1.15 g/cm3， 而粘土、砂土最大干密度為1.6~1.8 g/cm3，礫石土為1.9 g/cm3左右。可見二灰的最大干密度約為同等密實度砂土、黏性土的2/3 ，即用粉煤灰混合料填筑路堤比一般素土路堤使地基產生的附加應力小1/3左右，地基沉降相應減小。

(2)強度大

在粉煤灰中摻入6%~10%的石灰，當壓實度為95%時，28 d 強度在2.1 MPa以上，已基本硬化，不會發生固結收縮，因此無須像填土那樣要有足夠長的時間完成自身的再固結，才能承受自身荷載和上部汽車荷載的作用。

(3)水穩性好

由于雨水可能沿橋臺伸縮縫處滲入臺背路堤，造成臺背路堤沖刷破壞，因此，作為臺背回填料的二灰混合料，必須對其水穩性進行檢驗。通過查閱有關資料，二灰混合料的水穩系數都在80%以上，表明在過濕條件下，用二灰混合料回填臺背路堤，具有良好的水穩性。

(4)易于壓實

臺背回填由于受施工條件或工藝順序的限制，橋頭部位的壓實度往往達不到要求。查閱有關資料，采用1.5 KW 的平板振動器以及蛙夯對二灰混合料的壓實性進行了檢測，由試驗結果可以看出，二灰混合料隨振動時間增加而逐漸趨于密實，受壓實設備功能的影響，當壓實度達到92%~94%時，繼續振動對提高壓實度的效果已不顯著。進而說明在小型壓實設備作用2 min后，二灰混合料93%的壓實度也是容易達到的。

(5)剛度大

參閱有關資料，二灰混合料的回彈模量基本上都在350MPa 以上，遠大于砂土、黏土和砂礫土的回彈模量，具有較好的板體性和荷載擴散能力，因此可以避免地基在路堤填土荷載作用下發生不均勻沉降。

(三)路面處治

1.設置橋頭搭板

橋頭搭板是目前我國公路建設中常用的方法，通過搭板把集中的不均勻沉降分散在搭板長度范圍內，使柔性路堤產生的較大沉降逐漸過渡至剛性橋臺上，起均勻順縱坡的目的，使車輛通過時跳躍現象大為減少。

為控制搭板末端與路堤間的不均勻沉降值，工程中一般在搭板末端設置枕梁，將搭板傳下來的荷載分布在較大面積的路基上，同時還可以增加搭板的橫向抗彎剛度。設置枕梁后，枕梁下的路基依舊是應力集中部位，所以提出枕梁下設置水泥穩定碎石層作為擴大基礎。由路基工作區概念可知，汽車荷載對路基的影響深度大約為路基頂部于0 cm~80 cm范圍內。因此，可在路基頂部以下設置兩層水泥穩定碎石層，每層厚度20 cm左右，使作用在枕梁上的汽車荷載通過水泥穩定碎石層以更大范圍擴散到路基中，從而減少枕梁下的應力集中問題，避免搭板和路堤銜接部位出現局部沉降而影響搭板的處治效果。

在搭板末端設置枕梁，給搭板承受的彎拉應力帶來了不利影響。據研究，枕梁設置可使板底彎拉應力增大約1/3 ，從而增大了搭板斷裂的可能性。搭板斷裂不但不能消除跳車現象，反而導致路面開裂、雨水下滲使土基受到破壞，加劇該部位的沉降。目前搭板配筋設計多采用簡化計算，還不很完善，難以保證不發生斷板。為了減少板底部彎拉應力，可在板底設置1層或2層水泥穩定碎石層作為搭板的基礎，以改善板底的局部沉降，為搭板提供均勻支承，使搭板的受力更加均勻一致;同時，水泥穩定碎石層也改善了枕梁處應力集中的現象，進一步避免搭板和路堤銜接處出現局部沉陷，從而消除設置搭板而引起的第二次跳車。

(四)完善排水系統

在橋涵與路堤的連接部位，由于存在縫隙，雨水會沿縫隙滲入，從而對路面結構層和土基產生沖刷和侵蝕，增加路面各結構層和路基土的含水量，降低路面強度和路基整體穩定性。隨著路基和各結構層的破壞，在外部車輛荷載沖擊作用下，必然造成橋頭路堤沉陷，產生跳車現象。因此，路橋過渡段應該設置完善的排水系統，盡可能減少不均勻沉降。

(五)橋頭跳車綜合防治技術研究

由于各種不利因素綜合作用，對于橋頭跳車采用單一處治措施的作用與效果總是有局限性的。因此，為了解決橋頭跳車病害或使防治作用更為有效，需要綜合考慮，同時采用多種措施進行綜合防治。例如，為減少路橋過渡段不均勻沉降，在對地基進行處理的基礎上，考慮臺背路堤處理措施。譬如采用土工合成材料或者輕質回填料回填臺背，當發現臺背路堤壓實度不能滿足要求時，可采用強夯法予以補壓，最后設置完善排水設施，以防雨水滲入路基降低路基強度和穩定性而導致路基的不均勻沉降。

綜合防治的一般原則是:地基處治措施、臺背路堤處治措施、過渡段路面處防治措施及排水措施相結合。在進行方案選擇時，應根據當地的地質、土質、水文、材料、施工、環境條件等，用兩個或兩個以上可行的方案進行經濟、技術比較，選擇最優方案。

四、結論

(1)橋頭跳車嚴重影響了公路高速、安全、舒適和經濟的運營，造成了巨大經濟損失和不良的社會影響。通過對橋頭過渡段實地調查，引起橋頭跳車的主要因素是路橋過渡段的不均勻沉降，而縱坡變化、局部沉降和橫坡變化是不均勻沉降的三種表現形式。在此基礎上，從路橋過渡段工程結構自身特點、過渡段設計和施工等因素分析了不均勻沉降的成因。

根據沉降特性及施工特點，提出了合理安排施工工藝的方法，從而確保路橋過渡段路堤有足夠的時間進行固結沉降，達到減少橋涵兩端路堤的工后沉降、使橋涵兩端路堤與橋臺構造物的相對沉降盡量小的目的。

在臺背路堤填筑完成后、路面鋪筑之前發現路基存在壓實質量問題時，可采用強夯法的預防性補救措施，并對強夯法對路基的夯實效果及對附近構造物強夯振動影響進行分析。結果表明，對輕型鋼筋混凝土橋臺背路堤采用強夯法補壓處理是可行的，處理效果也是很好的。

分析了石灰粉煤灰回填料的工程性質，結果表明，二灰混合料具有最大干密度小、承載能力高、易于壓實等優良的工程特性，適合在臺背回填中應用，具有廣闊的應用前景。

針對傳統搭板設置中存在二次跳車的問題進行了分析。在此基礎上提出了枕梁設計方法及搭板下基層的要求，從而可以有效改善或消除搭板的二次跳車現象。

(責任編輯:高天)