高速公路橋頭跳車成因和處治技術的分析和研究

摘要：橋頭跳車在高速公路上是司空見慣，是指公路橋頭兩端及伸縮縫（橋頭引道）處的因作用產生不均勻沉降或伸縮縫破壞導致公路路面縱坡上出現搓臺而引起車輛駛過橋頭時產生的跳躍現象。造成高速公路橋頭跳車的成因很有，既有設計方面原因，也有施工、監理方面的原因。本文通過對高速公路橋頭跳車的成因進行系統的分析，并闡述橋頭跳車的處治技術，為高速公路設計、施工等方面從業人員提供了一些有意義的借鑒。

關鍵詞：高速公路 橋頭跳車 成因分析 處治技術 研究。

中圖分類號： 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（c）-0000-00

隨著我國經濟快速發展和人們對舒適生活的高要求，橋頭跳車問題已經成為“眾矢之的”，解決好這一頑疾是工程界和學術界一項重要的任務。目前，國內外還均未徹底地解決好這難題。研究并解決好橋頭跳車難題，對我國經濟建設、科技進步和社會發展等方面的都將具有理論意義與實用價值。

1 橋頭跳車機理分析

對于高速公路來說，造成橋頭跳車的原因有不均勻沉降、剛度突變、施工管理缺陷和車速與行駛車輛本身性能等，其中不均勻沉降是主要因素。

1.1 橋頭兩端剛柔結構相接處沉降不均勻

橋梁與路基、路面的組成材料 、剛度、強度、脹縮性等均存在差異。橋臺結構物一般采用鋼筋混凝土整體澆注，具有較大的整體剛度，力學性質為剛性體，變形和沉降非常小。橋頭路基路面一般具有柔性較大的特性，力學性質為彈塑性體，變形隨意性較大。在車輛荷載、結構自重、自然因素作用下，橋梁與道路同時發生沉降，但兩者的沉降量有很大差異，造成柔性道路與剛性結構物之間的連接處發生不均勻沉降，產生搓臺，加上橋頭連接處剛度突變，受到外力沖擊時易形成集中應力，導致橋頭行車時不平穩流暢發生橋頭跳車。

1.2 在高速路橋頭施工過程中，施工、監理等各方面監管控制不嚴，未能嚴格按照規范要求施工或者疏于監管，導致臺背填料壓實度達不到要求，為工后路堤穩定埋下隱患。

2 高速公路橋頭產生不均勻沉降的類型及其分析

2.1 橋頭不均勻沉降的類型

總體來說，高速公路橋頭不均勻沉降大致分為三類：縱向坡道（引道）沉降、橋頭道路橫向沉降以及破壞沉降。

1）縱向坡道（引道）沉降

這種類型的沉降最常見。主要表現為構筑物與路面不連順，縱向坡面上出現斷點（線），在剛柔結構連接處不接順，出現一高一低的搓臺。這種類型的沉降有整體沉降，也有局部沉降。

2）橋頭道路橫向沉降

這種類型的沉降主要是橋頭路堤橫斷面及路拱坡度出現較大變化，結合處常出現橫向高低不平、犬牙交錯的現象。主要是因為路堤中心和路肩處由于土中應力不同而產生不均勻沉降， 這種情況多發生在軟土地基高路堤段。

3）破壞沉降

由于受車輛行駛外力作用以及自然雨水浸泡等因素，橋頭路堤強度受到破壞，接順處出現不規則的“坑”，在構造物臺背的過渡段上發生局部高低差的現象。

2.2 橋頭不均勻沉降成因分析

造成橋頭不均勻沉降的原因主要有以下幾個方面。

1）橋臺地基的沉降

公路橋臺（包括涵洞）一般采用剛性很大的鋼筋混凝土澆筑而成，是剛性結構。基于安全的考慮，無論是設計還是施工方面，對橋臺構造物下地基的沉降和穩定性控制的都很嚴格，所以結構工后沉降量都很小，基本上可以忽略不計。這也是造成橋頭搓臺的主要因素之一。

2）路堤下天然地基的沉降

天然地基沉降是造成橋頭發生不均勻沉降的主要原因之一。天然地基的沉降從道路開始建造時就開始發生，一直持續到工后很長時間，甚至伴隨道路存在而存在。道路剛開始施工時，天然地基受到擾動，原有的平衡穩定遭到破壞。隨著路堤的不斷填筑，天然地基承受自重以及路堤荷載作用發生沉降徐變。通車之后，天然地基又受到路堤傳導過來的車輛荷載作用，產生工后沉降變形，該變形較大且變形穩定， 沉降往往持續數十年之久。

天然路基這種沉降變形（含自身沉降徐變）的大小受路堤填料的性質（如容重等）及其填筑高度影響，沉降量變化不一。

3）路基填料壓縮引起的沉降

路基填料壓縮引起的沉降包括施工沉降和工后固結沉降。施工沉降是指路基填料在外力作用（壓路機碾壓等）下，填料間的空隙變小、結構密實而產生的形變。施工沉降在路基填筑施工期間就隨之完成了。工后固結沉降是指路基在路堤靜載長時間作用及車輛的動荷載反復作用下，路基填料顆粒間的粘滯蠕變以及側向形變，造成路堤沉降。工后固結沉降量一般情況下很大，是引起橋頭跳車的主要因素。

造成工后固結沉降的因素也很多。通常情況下，公路橋涵臺背回填施工是在橋臺完成之后才進行的。由于橋臺臺背施工空間比較狹小，加上保護橋臺安全的考慮和需要，碾壓臺背回填料基本上不用大型壓實機具，常用采用小型夯實機械或人工夯打。如果現場施工管理和監理工作不到位的話，靠近臺背一定范圍內的路基密實度就極可能遠遠低于設計圖紙與規范標準的要求。

隨著時間的推移，通車之后在汽車荷載反復作用下，橋頭路堤一定范圍內路堤填料的顆粒結構會受到不均勻壓縮，其應力向路堤兩側及橋臺底部擴散，路堤填料逐漸被壓縮， 孔隙率降低，密實度增大，產生較大的塑性變形和彈性變形（主要是塑性變形）。這種不可恢復的塑性變形是內部土顆粒間的蠕變和側向變形造成的，隨著這種塑性變形不斷積累，變形越來越大，剩余沉降逐漸完成，路堤緩慢固結，工后固結沉降基本完成。工后固結沉降就形成了橋頭剛柔結合處的沉降差，導致橋頭跳車發生。

路堤填土工后固結沉降主要取決于填料性質、路堤基礎、施工工藝等。

4）橋頭路堤排水不暢導致的滲水破壞

在橋涵和路堤的連接部位，存在縫隙， 雨水會沿縫隙滲入， 對路面結構層和路堤產生浸泡、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， 使填土的強度指標大打折扣。 隨著路堤和各結構層的破壞， 外部車輛荷載對路面和路基的沖擊作用下， 必然造成橋頭路堤沉陷，造成路面開裂出現搓臺產生跳車現象。如養護維修不及時，這種惡性循環會使破壞程度呈加速發展的趨勢。

5）其他因素

如設計優化、施工工藝（層壓厚度、施工順序等）以及現場管理等都對不均勻沉降都有較大的影響。

比如設計方面，通常情況下，設計單位比較注重對橋臺及臺背回填方面的設計，對橋臺及橋頭路堤地基也基本上都進行精心設計。但對高速公路線路地質資料重視不夠，同時也缺乏必要的現場勘測資料，致使橋臺處路堤加固施工失當，造成先天性沉降。臺背路堤及橋頭路面排水設計也往往比較粗糙，大部分橋頭路面沒有設置攔水緣石，雨水會滲入路堤引起路堤填料強度減弱，易形成沉降。

3 橋頭跳車的處治技術措施概述

3.1 設計方面

通過設計做好頂層規劃，優化設計方案。設計過程中，設計單位提前做好線路地質調查，取得詳實的參數資料。同時引入整體設計理念，將橋涵結構物與公路路堤及其地基狀況綜合在一起思考、規劃。設計時，確定相對較高且合理的壓實度參數指標，設置完善的橋頭排水規劃和排水系統，優選填筑材料。

3.2 施工方面

1）精心挑選路堤填筑材料。

一方面，施工要積極與設計互動，在橋頭路堤可能的范圍內采取必要措施，挑選好的填筑材料，減少橋頭填料壓縮蠕動變形。尤其是橋頭臺背回填的處理。橋頭臺背一定范圍內盡量采用易于壓實、模量較大、透水性能較好的材料填筑，比如用砂礫石、碎石土等代替粘土填充臺背，因砂礫石等材料工程力學性能較好，不易變形。再者，近來國內還有許多高速公路臺背回填采用泡沫混凝土、泡沫乙烯、陶粒等輕質工程材料，同樣也是為了減少形變。這樣，通過設計與施工的互動，選擇那些抗形變的材料回填橋頭臺背，就能在一定程度上減少路基自身的壓縮蠕動變形量，從而很好地控制沉降。

另一方面，采取特殊的施工方案，減少橋頭路堤沉降滑移。在高速公路施工中，常用的方法是利用土工布、錨固隔柵等的抗張拉性能，根據現場實際需要在橋頭臺背回填中分層布設施工，碾壓成型后，路堤整體固結，這樣就在一定范圍內減緩或阻止填料向臺背沉降的可能，同時也使填料內部的應力得到部分擴散和轉移，從而提升路堤填料的抗形變能力。

2）設置橋頭預壓。

設定前置預壓的方法在橋梁工程中常常被采用，在橋頭跳車處治中也可以采用這樣方法。具體的做法是：在橋頭路堤可能產生沉降的范圍內，結合現場路堤沉降的經驗，設置一定的縱向路面超高，然后采取相對合理的橋頭預壓來減消橋頭路堤的沉降量。該方法簡便實用，原理就是利用橋頭預壓傳導路堤荷載，對地基施加一定的附加應力，讓橋頭地基中孔隙水壓力增加。經過一定時間的預壓，孔隙水壓力趨向原始穩定的應力狀態，地基逐漸固結，沉降趨于穩定，從而消除橋頭沉降差以達到避免橋頭跳車的目的。

這種前置預壓的方法有一定的局限性，需要極其豐富的施工經驗和較強現場沉降值預判能力，否則，容易弄巧成拙，反而會引起相反的效果。

3）采取措施減少剛度差，盡量使剛柔結構平穩過渡。

橋頭橋臺構筑物是剛性的，變形極微，而橋頭相接的路堤確實柔性結構，形變量較大。二者之間剛度差十分明顯。為弱化二者的剛度差，在公路施工實踐中，通常采用設置橋頭搭板的方法，使剛柔結構緩和轉換、平穩過渡，消除橋頭跳車。橋頭搭板一般用鋼筋混凝土制作而成的，和橋臺剛度接近，在路堤和橋頭之間銜接設置，起剛柔轉換過渡作用。

也有采取柔性橋臺的，目的也是一樣：消除剛度差以達到減緩橋頭跳車。

4）從控制路堤滑移的角度考慮，在橋頭路堤某些特定范圍內設置一定數量的樁，維護路堤穩定、阻止路堤發生滑移，間接地達到減少沉降的作用。如CFG樁、水泥攪拌樁、碎石樁等。

5）其他的施工方法。如果強夯法、排水固結法、注漿法、換填法、置換法等，這些方法在一定程度上都能起到控制沉降的作用，只是每種方法都有其局限性，要因地制宜，合理采用。

3.3 養護方面

高速公路在運營過程中，加強線路巡查至關重要。道路巡查時如發現當橋頭處開始出現破壞時，應及時進行施工補救。否則，任由其發展會加速橋頭路面和路基的破壞。因為車輛行駛通過橋頭被破壞的地方時，騰空產生的跳動和沖擊會造成對橋梁和道路的附加荷載，加速了橋頭搭板，支座及伸縮縫的損壞。因為一旦橋頭開始跳車，造成對道路和橋梁的附加荷載，汽車荷載對路面的作用力要比沒有出現破壞時大幾倍，破壞力很強。如果在公路養護過程中及時對橋頭破損部位進行修補，則可以大大減小路面的應力，阻止破壞進一步發展，對消除橋頭跳車也有積極意義。

3.4 加強相關管理

1）加強現場管理，優化施工工藝，強化質量管理，落實質量責任，確保施工符合規范和標準要求。

2）加強設計、施工、監理等多方協調機制，必須嚴格控制現場施工質量。通過合理的設計、嚴格的施工管理，有效地提高施工質量，最大限度地減少路堤的工后沉降量。

3）優選設計、施工和監理單位，加強監督管理，強化制約機制。

4）積極采用各種新技術、新工藝、新設備、新材料，學習國內外先進設計、施工、管理經驗，大膽嘗試和借鑒，極力盡量消除或減弱公路橋頭跳車病害。

結論

高速公路橋頭跳車主要是橋頭剛柔相接處沉降不均勻，出現沉降高差造成搓臺，車輛行駛通過搓臺處是形成跳躍。通過對橋頭沉降原因深入地研究和分析，我們有針對性地就具體原因采取相應的施工和管理措施，減輕甚至消除橋頭跳車現象，為設計、施工、監理等提供有益的參考。

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