橋頭跳車問題成因分析與處理措施的研究

橋頭跳車主要是由于橋臺(tái)和引道路堤之間的不均勻沉降引起的。一般地，橋臺(tái)（剛性結(jié)構(gòu)）的沉降很小，而引道路堤（柔性結(jié)構(gòu)）沉降比較大，從而在兩者之間造成差異沉降。除了橋頭處的不均勻沉降外，橋臺(tái)與引道之間的構(gòu)造差異也會(huì)造成橋頭跳車。

1. 頭跳車問題成因

1.1路堤填料（路基）的壓縮和位移。

（1）事實(shí)上，因?yàn)闃蛄旱母叱瘫裙芬晕⒏咭稽c(diǎn)，所有的橋梁引道必須建筑在填土路堤上才能使得公路和橋梁可以連接好。無論選擇的填筑材料壓縮性高或低，那在公路車流荷載作用下都會(huì)引起引道填筑材料壓縮并且導(dǎo)致沉降，而橋梁不會(huì)沉降。典型情況是，填筑材料的壓縮會(huì)達(dá)到一個(gè)有限值并且最終趨于穩(wěn)定，其次，邊坡垮塌和橫向位移也會(huì)引起公路高程降低，故應(yīng)選擇壓縮性能低的路堤填筑材料和提高施工質(zhì)量以防止這種情況的出現(xiàn)。

（2）在土的壓實(shí)過程中，因土粒受到瞬時(shí)荷重或振動(dòng)力的作用，便重新調(diào)整其位置，較小顆粒被擠入到較大顆粒之間的孔隙中去，其他顆粒亦轉(zhuǎn)移到更穩(wěn)定的位置，各顆粒間接觸面積增加，單位土體內(nèi)固相顆粒增多，形成了更密實(shí)的土。基于此土的壓實(shí)度在工程上一般用干容重而不是用濕容重來衡量。

（3）土經(jīng)壓實(shí)后，其密實(shí)度越大，內(nèi)部孔隙就越小，滲透性也大大減小，因而提高了水穩(wěn)定性。室內(nèi)外試驗(yàn)都證明：密實(shí)土的滲透系數(shù)比壓實(shí)不足，土的滲透系數(shù)小得多，而且在有毛細(xì)水上升的情況下，密實(shí)度大的土，毛細(xì)水侵入量也明顯減小。試驗(yàn)結(jié)果還表明，試件干密度越大，土的相對(duì)膨脹量也越小，浸水后土的強(qiáng)度越高。

（4）路堤壓實(shí)程度的標(biāo)準(zhǔn)一般以工地實(shí)際要求達(dá)到的干容重（γc ）與室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)求得土的最大干容重（γ0 ）之比作為指標(biāo)，即 K=γcγ0

式中：K為壓實(shí)度，其最大值為1； 對(duì)K值的取用，從路堤土的受力情況看，在路堤上部0～0.8m深度范圍內(nèi)應(yīng)力較大，其下應(yīng)力相對(duì)較小。因此，上部要求土的壓實(shí)度較高，應(yīng)取較大的K值。

1.2路堤下地基土體沉降和位移。 路基基礎(chǔ)的沉降是引起橋頭跳車問題最重要的因素。基礎(chǔ)沉降、路橋過渡段沉降的產(chǎn)生幾乎是不可避免的。并且在施工完成后，基礎(chǔ)產(chǎn)生的問題是最難進(jìn)行處理的，因?yàn)檫@些問題一般是道路表面下3～30米的位置產(chǎn)生的。

1.2.1沉降機(jī)理分析。 沉降量的大小主要取決于使土體產(chǎn)生變形的原因和土體本身性狀兩個(gè)方面。使土體產(chǎn)生變形的原因主要是土體中應(yīng)力狀態(tài)的改變，如：地面荷載引起地基中應(yīng)力場(chǎng)的改變，在地基中產(chǎn)生附加應(yīng)力：地基中地下水位的變化：振動(dòng)對(duì)地基的影響等。土體性狀主要是指壓縮性。應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，是指土體在附加應(yīng)力作用下產(chǎn)生的效應(yīng)。以飽和軟粘土為例，土體在附加應(yīng)力作用下會(huì)產(chǎn)生剪切變形，超孔隙水壓力慢慢消散，有效應(yīng)力增加，同時(shí)產(chǎn)生沉降固結(jié)，隨著時(shí)間發(fā)展還會(huì)產(chǎn)生蠕變變形。土體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系十分復(fù)雜，常呈彈、粘、塑性，并且呈非線性、各向異性，還受應(yīng)力歷史的影響。地基土是自然歷史的產(chǎn)物，不均勻性使其性狀更為復(fù)雜。

1.2.2沉降量計(jì)算方法。 地基沉降量的計(jì)算方法有多種，目前在公路工程設(shè)計(jì)中，一般采用分層總和法和我國(guó)黃文熙教授提出的彈性理論法。分層總和法是建立在一維變形假定上的一種計(jì)算沉降量常用方法。它是在地基壓縮層范圍內(nèi)，按土的特性和應(yīng)力狀態(tài)的變化劃分若干層，然后利用完全側(cè)限條件下土的壓縮性指標(biāo)計(jì)算各分層的壓縮量，最后對(duì)其求和。一般來說，分層總和法因?yàn)椴豢紤]側(cè)向變形，沉降計(jì)算結(jié)果偏小，偏于不安全。彈性理論法是三維沉降計(jì)算法的一種，考慮了地基的側(cè)向變形因素，計(jì)算沉降更為準(zhǔn)確。

1.2.3路橋過渡段的設(shè)計(jì)、施工問題。

（1）因?yàn)樵O(shè)計(jì)或施工問題沒有正確地提出，比如說：采用的橋墩基礎(chǔ)類型，連接方式的選擇，碾壓方法，施工順序等對(duì)橋、路沉降差的影響。上述原因中，一個(gè)普遍的問題就是橋梁和橋臺(tái)經(jīng)常在引道沒有最終壓實(shí)之前己經(jīng)施工好，這給在橋梁端部放置壓實(shí)機(jī)械設(shè)備造成了困難。

（2） 路橋銜接設(shè)施的基本功能是確保道路與橋梁過渡段的平整通順，優(yōu)良的路橋銜接設(shè)施對(duì)于地震后仍保持路橋過渡段的連續(xù)性具有良好的效果。橋臺(tái)、橋頭接坡由于處理不善及其他因素的影響，在其過渡段出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)或稱謂“段差沉降”、臺(tái)階現(xiàn)象，特別是修筑在軟土地基上的高速公路，如滬嘉高速公路，開放交通僅十個(gè)月，橋頭錯(cuò)臺(tái)達(dá)3. l1 cm。當(dāng)這種臺(tái)階高度超過2.5cm時(shí)，日本國(guó)規(guī)定必須進(jìn)行修理，臺(tái)階過大會(huì)引起跳車，有時(shí)不得不限制道路行車速度，有時(shí)甚至引起汽車彈簧鋼板振斷等交通事故。

1.2.4不良排水系統(tǒng)。水在橋梁表面和引道路面集中起來會(huì)給橋梁引道造成極大的損壞。水通過接縫或者裂隙滲入橋臺(tái)和引道路面之間的區(qū)域會(huì)導(dǎo)致接縫下回填土非常大的流蝕。如果沒有引道搭板，上述情況會(huì)馬上導(dǎo)致沉降，形成跳車；就算有了引道搭板，流蝕也會(huì)使土壤壓實(shí)沉陷和產(chǎn)生橫向變形空隙變大。不管采用什么樣的雨水排放方案，不讓水滲透到引道搭板/路面和橋臺(tái)之間的下部是非常重要的。并且，兩邊邊坡的不良排水會(huì)加速這些部分的流蝕和橫向擴(kuò)散。

2. 橋頭跳車問題的預(yù)防處理措施

2.1路堤處理。 路橋過渡段引道路堤，出于經(jīng)濟(jì)上的考慮，通常采用最便利獲得的填料來施工。這樣一來，一般會(huì)增加引道路堤沉降的幾率。如果引道路堤是用當(dāng)?shù)睾鼙憷玫降能浲痢⒄承酝羴磉M(jìn)行施工的話，那么導(dǎo)致產(chǎn)生橋頭跳車的沉降發(fā)生的可能性會(huì)大增。粘性土很難壓實(shí)到最佳密實(shí)度，跟粒狀土填筑材料相比，粘性土?xí)L(zhǎng)期保持其可壓縮性。

2.2路基處理。 從減小工后沉降的角度出發(fā)，采用預(yù)壓方法，對(duì)橋背路基，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的堆載預(yù)壓或真空預(yù)壓等技術(shù)，使地基的強(qiáng)度隨施工有所提高，減小道路通車后橋坡的工后沉降。 預(yù)壓排水固結(jié)法是在天然地基中設(shè)置豎向排水井，然后在預(yù)壓荷載作用下，使得飽和軟弱粘性土固結(jié)，孔隙率減小，土體強(qiáng)度提高，以達(dá)到增加地基承載力和減小工后沉降的目的。這一方法對(duì)高速公路路基的處理特別有效，實(shí)踐表明，經(jīng)過預(yù)壓處理過的路基，其工后沉降大為減小。排水預(yù)壓法通常由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分組成。

2.3地基處理。 從減小地基總沉降的角度出發(fā)，對(duì)橋坡地基進(jìn)行地基處理；通常采用注漿、強(qiáng)夯、深層攪拌樁、碎石樁、砂樁等地基處理技術(shù)，提高地基強(qiáng)度與壓縮模量，減小地基總沉降。 土樁、灰土樁是利用成孔時(shí)的側(cè)向擠壓作用，使樁間土得以擠密，隨后將樁孔用素土或灰土分層夯填密實(shí)。前者稱為土樁擠密法，后者稱為灰土樁擠密法，其共同機(jī)理均為對(duì)土的側(cè)向深層擠密加固。土樁、灰土樁法用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基，處理深度一般為5～15m。土樁應(yīng)用于消除土的濕陷性病害為主要目的。灰土樁則不僅如此，還可應(yīng)用于提高地基承載力或提高地基水穩(wěn)性。

2.4設(shè)計(jì)搭板處理跳車問題。

（1）處理橋頭跳車問題應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)是采用混凝土引道搭板來跨越在橋臺(tái)附近4.5 ～6.0米的地方產(chǎn)生的小量的沉降。當(dāng)沉降產(chǎn)生時(shí)，在引道搭板下面會(huì)塌陷產(chǎn)生一個(gè)空隙。如果搭板沒有設(shè)計(jì)成足夠牢固來跨越?jīng)]有支撐的空隙，搭板會(huì)破裂或完全破壞，會(huì)造成引道或至少一個(gè)車道無法進(jìn)行運(yùn)營(yíng)。

（2）從路堤處理的角度看，壓實(shí)度的控制是最為關(guān)鍵的問題。高質(zhì)量的施工可以保證壓實(shí)度控制在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)；從減小工后沉降的角度出發(fā)，采用預(yù)壓方法，對(duì)橋背路基，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的堆載預(yù)壓或真空預(yù)壓等技術(shù)，使地基的強(qiáng)度隨施工有所提高，減小道路通車后橋坡的工后沉降。

參考文獻(xiàn)

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