武漢市主城區橋頭跳車調查分析及處理建議

張利華，劉亞洲

（武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北 武漢 4 30023）

武漢市主城區橋頭跳車調查分析及處理建議

張利華，劉亞洲

（武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北 武漢 4 30023）

對武漢市主城區（特別是一級階地及三級階地上湖泊堆積區）橋頭跳車情況進行較全面的調查分析，提出設計、施工、維護一系列的措施及建議，以進一步提高城市道路設計、施工及維護管理質量。對其他城市的軟土地基上的橋頭跳車處理具有借鑒意義。

武漢；橋頭跳車；調查；分析；建議

0 引 言

有著“中國橋梁之都”美譽的武漢市，主城區軟土地基分布較廣，高架橋縱橫交錯，極大方便了市民交通出行。高架橋橋臺背后填土高度一般3～5 m，在填土荷載及行車荷載作用下，路堤會產生沉降；特別嚴重處的橋頭路基相對于橋臺沉降差最大達20 cm，軟土地基上的橋梁橋頭跳車現象嚴重（見圖1）。近年來機動車越來越多，快速路及主干道上行車速度越來越快，橋頭跳車對行車安全影響愈加嚴重，故有必要對市主城區（特別是一級階地及三級階地上湖泊堆積區）橋頭跳車情況進行較全面的調查分析，提出相關措施建議，以進一步提高城市道路設計、施工及維護管理質量，保證行車安全[1-5]。

圖1 武漢主城區橋橋臺后路堤沉降現狀

1 國內外研究現狀

因橋頭跳車現象的普遍存在，國內外對公路橋頭跳車的原因分析及處治有大量研究。

《公路軟土地基路堤設計與施工技術規范》JTJ 017-96的5.1.2條文說明較為詳細地載明了國內外路基的容許工后變形規定。

原聯邦德國交通部：1990年頒布的《軟弱地基上道路建設規范》要求預壓期末地基土中任一點處固結后達到的孔隙比所對應的當量應力，不能被運營期該點的有效應力所突破。美國：對橋頭引道規定1.27～2.54 cm的容許差異沉降。法國：橋頭引道部分的容許工后沉降為3～5 cm的容許差異。日本：不考慮容許工后沉降，重點放在填方穩定性分析上。

由上可見，德國對預壓要求嚴格，并通過預壓達到控制次固結目的；法國、美國對橋頭沉降的控制也很重視。日本對工后沉降的重視程度小，主要把問題放在養護中解決。

我國《城市道路路基設計規范》（CJJ 194-2013）第6.2.8條規定，路基容許工后變形應符合表1（規范表6.2.8）的規定。

表1 路基容許工后變形（規范表6.2.8）

對比來看，國內橋頭路基控制沉降值比美國、歐洲大出許多。

國內研究多從設計、施工、材料等方面分析引發橋頭跳車的原因，提出應用土工格柵、新型輕質回填材料、提高材料力學性能與改善施工方法等措施來減少工后沉降。如劉代全等提出采用過渡段設計的半剛性樁處理臺背布置設計方案（見圖2）。國內鐵路、公路規范均建議進行過渡段設計（見圖3）。

圖2 半剛性樁處理臺背布置

圖3 橋橋臺后過渡段設計

2 研究范圍

武漢市主城區橋臺背后路基填土高度多在3～5 m，基底荷載約60～100 kPa,總體而言荷載較小。對長江二級、三級階地上的一般黏性土及老黏性土，承載力特征值多在150～400 kPa，排除施工水平因素，地基在填土荷載作用下變形很小。長江、漢江一級階地及長江二級、三級階地上湖泊堆積區，在靜水環境下沉積了厚度大小不一的淤泥、淤泥質黏土等軟土，或低洼處堆填了密實度較差的部分填土，軟弱土（軟土及填土）承載力特征值多在40～100 kPa,地基在填土荷載作用下變形較大，以致于出現較明顯的路基沉降，即表現為不同程度的橋頭跳車。所以本次調查研究范圍主要限于武漢三鎮長江、漢江一級階地，及部分二級、三級階地上湖泊堆積區。

3 橋頭跳車數據統計及分析

考慮到快速路、主干道與次干道、匝道的設計時速存在差異，導致行車荷載對路基沉降影響也不一致，前者影響大，而后者則相對較小，故統計時分開統計，將快速路、主干道歸為一類，而次干道、匝道為一類。

3.1 沉降嚴重程度劃分標準

依據《城市道路設計規范》表6.2.8對快速路、主干路的橋臺與路堤相鄰處工后沉降不大于0.1 m，結合城市行車感受等因素綜合確定沉降嚴重程度的劃分，見表2。

表2 沉降嚴重程度量化標準

3.2 橋頭跳車總體調查情況

武漢市主城區橋臺橋臺后跳車情況調查數據，按嚴重程度列示，見表3、表4。

表3 總體情況匯總表（統計個數n=139個）

表4 按道路級別不同程度所占比例（統計個數n=139個）

表3補充說明：（1）沉降最大值及位置：主線橋的最大沉降值為20 cm；匝道橋的沉降最大值27 cm，該場地屬于后湖沉降區。（2）部分點位 處墻背填土沉降數據小及橋頭跳車現象不明顯，但并不一定表示該處無沉降，經過多次的維修改造掩蓋了實際沉降。

3.3 數據分析

（1）研究范圍內橋臺后路堤填土沉降及跳車明顯（包括嚴重、較嚴重）的比例為34.5%（超過總數的1/3）；考慮到部分老橋梁經過維修改造后所測沉降偏小而與實際情況有出入，則全區填土沉降及跳車明顯的比例更高。

總體而言，軟土地區路堤沉降及橋頭跳車明顯是一個普遍存在的問題，且1/3以上路堤沉降明顯及橋頭跳車嚴重。

（2）快速路、主干路上橋臺后路堤填土不同嚴重程度沉降的比例相差較?。?0.4%～31.4%）；匝道、次干路、支路上的各種嚴重程度比例則有明顯差距（11.8%～48.2%），特別是不明顯的比例最高（48.2%）。

不分道路級別統計，各種嚴重程度比例自嚴重、較嚴重、輕微、不明顯則依次提高，分別為15.1%、19.4%、26.6%、38.9%。

快速路、主干路上橋臺后路堤填土沉降嚴重（包括嚴重及較嚴重）的比例為44.5%（約占總數的1/2），考慮到部分老橋梁經過維修改造后所測沉降偏小而與實際情況有出入，則該比例極有可能突破50%；匝道、次干路、支路上橋臺后路堤填土沉降嚴重（包括嚴重及較嚴重）的比例為28.3%（不到總數的1/3），前者明顯高于后者。

分析其主要原因：快速路、主干路填土荷載大（路堤高度及寬度均較大）、應力影響深而廣，而匝道、次干路、支路填土荷載較小（主要是路堤寬度均較?。τ绊憸\而窄；其次與行車荷載影響有關，快速路、主干路上行車荷載大、行車速度快故動荷載大，而匝道、次干路、支路上行車速度慢故動荷載相對較小。

（3）沉降嚴重程度與路堤高度關系

路堤沉降嚴重程度按路堤高度劃分見表5。

表5 路堤沉降嚴重程度按路堤高度劃分（統計個數n=48個）

從表4可以看出，橋臺后填土沉降較大、跳車明顯多集中在路堤高度2.5 m以上，幾乎全部集中在路堤高度2.0 m以上。

《上海市巖土工程勘察規范》（DGJ08-37 -2012）6.3.1條文說明規定：填土高度超過2.5 m為高填土道路。上海市高填土道路2.5 m高度規定遠小于《公路路基設計規范》（JTG D30-2004）3.6.1條文說明中邊坡高度超過20 m的路堤為高邊坡路堤的高度規定，高度差異顯然與地質結構密切相關，也說明上海市軟土地基對路堤沉降的顯著影響。

武漢市一級階地上的地層主要是河流沖積和湖泊堆積成因，上海市地層主要是濱海沉降和湖沼沉積，地層淺部結構與上海市有一定相似之處，即表層土質軟弱。因此，為引起設計及施工重視，保證工程安全，參照上海市規定，武漢市可將2.5 m作為軟土路基高路堤的分界高度；但考慮到武漢市湖泊堆積區軟土工程性質比上海差很多，則可將湖泊堆積區高路堤的分界高度降為2 m。

4 道路建設及維修建議

綜合國內外研究成果，結合武漢地區經驗，可以認為武漢地區影響橋頭跳車的主要因素包括：填土荷載、地基強度、填土施工質量，以及行車荷載、路堤型式、區域性沉降、周邊工程建設、維護保養等。在此不再贅述，只是針對性地提出建議。

按建設階段與維修保養階段分述減少橋頭填土沉降措施。

4.1 建設階段

4.1.1 規劃階段

降低橋臺高度，即為降低了填土荷載，可有效減少填土沉降。

由上文統計分析可知：嚴重的橋頭跳車及較大填土沉降多發生在橋臺高度大于2.5 m的路堤，而橋臺高度大小于2.5 m的路堤則橋頭跳車輕微得多。因此，一般情況下，軟土地區橋臺高度建議宜控制在2～2.5 m以內。

需說明的是：若地基表層是土質很軟的淤泥（承載力特征值30～50 kPa,壓縮模量1～2 MPa）及松散填土,即使減少路堤高度也無法滿足沉降控制要求，此時應進行地基處理。

4.1.2 設計階段

（1）引道填筑輕質材料減少填土重量

武漢地區已經在沙湖大道、珞獅南路高架橋新建工程及江漢二橋幫寬改造工程中初步應用輕質泡沫混凝土。剛剛通車的雄楚大街丁字橋西側上橋匝道路堤也是采用現場澆筑的輕質混凝土澆筑全長引道。

（2）地基處理提高地基強度

較常用的地基處理方法有換填（墊層）、拋石擠淤、水泥土攪拌樁、水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）、真空——堆載聯合預壓法等，此處不再贅述。

4.1.3 施工階段

提高填土壓實施工質量，一個是填料選擇，盡可能采用級配較好的礫類土、砂類土等粗粒土作為填料；其次是提高施工工藝水平和精細化施工質量，減少分層填土厚度，提高壓實效果，特別是緊貼橋臺處。規范均對路堤填料最小強度及路基壓實度提出要求。

4.2 維修保養階段

日本對工后沉降的重視程度逐漸減小，主要把問題放在養護中解決，可減少一次性投資；但養護工作的質量水平、所用機械的自動化程度必須有一定要求，否則影響道路的運營效率。

國內外研究成果說明：采用地基處理后不可能消除工后沉降，工后修補不可避免。一定的工后沉降應該是容許的，留待維修保養階段解決。

對工程建設期間未進行處理，以致于工后沉降大、跳車嚴重的橋頭引道加強現場巡視并及時維修尤其重要。

5 結論與建議

（1）橋頭跳車現象在武漢市主城區軟土地基分布區的橋梁普遍存在，且主要集中在高度H≥2.5 m的橋臺后填土路堤；H≤2.0 m以下橋臺后填土路堤沉降及橋頭跳車不明顯；橋臺后路堤填土沉降值范圍5～20 cm，目前觀測到的最大值27 cm；路堤越高，沉降越大。建議可將2.5 m作為軟土地基高路堤的臨界高度分界線。

（2）武漢地區軟土地基橋頭跳車影響因素，除填土荷載、地基強度、填土施工質量以及行車荷載、維護保養外，尚存在區域性沉降及周邊工程建設影響等。為減少路堤沉降及橋頭跳車影響，可綜合采取降低路堤高度、減輕路堤自重、地基加固處理以及加強后期維護等措施。

[1]秦祿生.高等級公路橋頭跳車成因及處治對策 [J].國外公路, 1999(1):34-38.

[2]張興強,閆澍旺,趙成剛.臺背填土受交通荷載反復作用和橋臺影響分析[J].公路,2002(5):31-35.

[3]鄒清華,林清,李尚松.武漢繞城高速公路橋頭跳車的預防措施.交通科技[J].2004(4):40-42.

[4]劉萌成,黃曉明,陶向華.橋橋臺后高填方路堤工后沉降影響因素分析[J].交通運輸工程學報,2005(9):36-40.

[5]梁彩云.公路橋頭跳車原因分析及防治措施[J].石家莊鐵道學院學報,2007(3):131-134.

U16.1

B

1009-7716（2017）01-0026-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.01.007

2016-11-13

武漢市城建委科技計劃項目成果。

張利華（1972-），女，湖北武漢人，高級工程師，從事市政道橋交通工程設計與研究工作。