橋頭跳車機理分析和防治措施

張艷妮

（鎮(zhèn)江市航道管理站 鎮(zhèn)江市交通規(guī)劃設計院 江蘇 鎮(zhèn)江 212005）

橋頭跳車機理分析和防治措施

張艷妮

（鎮(zhèn)江市航道管理站 鎮(zhèn)江市交通規(guī)劃設計院 江蘇 鎮(zhèn)江 212005）

“橋頭跳車”是指橋梁、涵洞等構(gòu)造物本身及臺背由于行車荷載和自重的作用而繼續(xù)沉降，通常構(gòu)造物沉降與臺背沉降不一致即產(chǎn)生不均勻沉降，致使臺背與構(gòu)造物連接處的路面出現(xiàn)臺階，從而導致高速行駛的車輛通過臺背回填處產(chǎn)生顛簸跳躍的現(xiàn)象。橋頭跳車是目前公路建設中常見的通病之一，嚴重影響了行車舒適性，降低了車輛的行駛速度和道路的通行能力，是道路交通安全的重要隱患之一，損害了高等級公路建設的社會效益和經(jīng)濟效益。本文在分析橋頭跳車機理與成因的基礎上，提出一些降低橋頭跳車發(fā)生的措施，僅供大家參考。

橋頭跳車；機理；成因；措施

1 引言

道路與橋涵端部接連處的過渡段普遍存在于公路橋梁中，過渡段不僅擁有普通路堤的全部特性，另有其自身一定的特異性。由于橋涵與道路兩者之間的強度、剛度、沉降變形等均相差很大，這勢必會引起過渡段的不平順。過渡段的不平順會導致車輛通行時發(fā)生橋頭跳車現(xiàn)象。橋頭跳車現(xiàn)象嚴重影響了公路的使用功能，對行車的安全性、舒適性及道路車輛的經(jīng)濟性帶來了巨大的危害，其產(chǎn)生的危害主要表現(xiàn)為以下幾個方面：（1）對行車的舒適度和安全性造成影響。車輛在行駛過路橋過渡段時，此處沉降差異造成的臺階會導致車輛產(chǎn)生跳躍和沖擊的現(xiàn)象，車輛跳離橋面，處于失重狀態(tài)，下落時會產(chǎn)生很大的沖擊荷載，而沖擊荷載作為一種動載，它的力學效應一般是靜載的幾倍以上，跳車現(xiàn)象使車內(nèi)人體感覺到顛簸搖晃，影響駕駛?cè)藛T和乘車人員的舒適性，更是對駕駛?cè)藛T產(chǎn)生相當不利的心理影響，影響駕駛?cè)藛T對車輛的正常操作和控制，影響行車的安全性，嚴重時導致車輛失控，引發(fā)事故。（2）對車輛造成傷害，增加運營成本和維修保養(yǎng)費用。駕駛?cè)藛T為了減輕跳車產(chǎn)生的巨大跳動和顛簸，通常會在跳車發(fā)生處進行減速行駛，但是顛簸和減速都會對車輛造成不同程度的損壞并加速輪胎的磨損。（3）對公路造成損害，縮短公路的使用年限，增加維修和養(yǎng)護費用。車輛通過路橋過渡段的臺階時，車輛發(fā)生跳動跳離橋面，落下時對橋面產(chǎn)生反向作用力——附加沖擊荷載，這種沖擊荷載會加速路面的損壞、路堤的工后沉降、橋頭搭板的變形斷裂、支座及橋頭伸縮縫的破損，降低道路的通行能力，是公路交通安全的重大隱患之一。因此，研究橋頭跳車機理，提出有效措施，對交通安全具有重要意義。

2 橋頭跳車產(chǎn)生機理分析

2.1 橋頭跳車理論分析

當橋頭路基與橋臺出現(xiàn)工后沉降差時，就會在路橋連接處形成“錯臺”或在一定距離內(nèi)形成一個相對于竣工通車時路線縱坡(設計縱坡)的附加坡度(設置橋頭搭板，Δi：S／L，圖1)。由于“錯臺” 或附加坡度Δi的存在，高速行駛的汽車在橋頭的運動軌跡將會“脫離” 橋面或路面，這個“脫離” 的過程也是跳車的過程。

圖1 橋頭跳車示意圖

2.2 橋頭跳車產(chǎn)生的原因分析

橋頭路堤跳車產(chǎn)生的直接原因是剛性橋臺與柔性路堤在行車荷載的反復作用，因剛度的較大差異引起的差異沉降導致的。造成跳車的原因很多，主要包括設計、施工、材料等問題。

2.2.1 設計原因分析

主要是設計上沒有因地制宜的采取有效措施，設計相對簡單。對特殊路基處理設計方面考慮不周，導致施工過程對橋頭路堤及錐坡范圍內(nèi)的地基穩(wěn)定性的處理不能滿足地基穩(wěn)定性的要求，錐坡填挖交界處的處理設計過于簡單；臺后和構(gòu)造物兩側(cè)的填料選用不當；碾壓方式控制相對簡單。

2.2.2 施工原因分析

施工組織不合理，造成橋頭路堤兩側(cè)的碾壓作業(yè)面過小，又沒有采用特殊的手段來保證壓實充分，以致壓實度差異較大引起差異沉降；工序安排不合理，橋頭兩側(cè)的路堤最后壓實，造成與先填筑部分沉降速度不一致，導致差異沉降；施工過程中，對橋頭構(gòu)造物兩側(cè)的填料壓實控制不嚴，主要是含水率和壓實度控制不嚴，達不到設計的要求；路面兩側(cè)排水沒有充分重視，防護工程不完善，引起路基土受到?jīng)_刷，降低了路基的強度；路面滲水侵入路基，使路基土干濕狀態(tài)發(fā)生變化，進而引起強度變化；對特殊地基認識不足，沒有按設計和施工規(guī)范要求進行處理。

2.2.3 材料的力學性質(zhì)原因分析

從材料變形力學角度出發(fā),用對比法區(qū)分主要和次要因素引起橋頭跳車的原因。

（1）橋梁所用建筑材料為彈性材料(可視為剛體), 雖然在荷載作用下會發(fā)生變形, 但其變形量很??； 橋梁基礎埋入地下, 在自重及荷載作用下會發(fā)生沉降, 正常情況下其沉降量很小, 可忽略不計。

（2）路面所用建筑材料同樣為彈性材料, 基層為半剛性材料.雖然在荷載作用下會發(fā)生變形, 但其變形量很小, 僅在理論上值得解析, 工程中可忽略不計。

（3）路基填筑材料為彈塑性材料, 在荷載作用下會發(fā)生變形, 而且變形量較大；其基礎建在地面上, 在自重及荷載作用下易發(fā)生沉降, 而且沉降量較大, 應是產(chǎn)生橋頭跳車的主要原因之一。

（4）路堤依靠地面承載力支承, 地面雖經(jīng)填前碾壓但其畢竟為天然基礎, 沉降明顯；另外, 路堤本身在荷載作用下產(chǎn)生塑性變形；水浸后粒料內(nèi)部顆粒之間產(chǎn)生縱向位移, 是產(chǎn)生橋頭跳車的另一主要原因,必須認真解析。

從上述材料的力學性質(zhì)分析可以看出，彈性體基本上不發(fā)生變形及沉降, 塑性體發(fā)生變形及沉降；而彈性體與塑性體恰恰在橋頭處相接, 中間無過渡體。因此,在同一橫斷面處(即橋頭), 由于彈性體與塑性體直接相接, 沉降量產(chǎn)生變異, 引起路面標高突變, 造成行車時車輛跳躍, 即橋頭跳車, 影響行車安全與舒適。

3 橋頭跳車定量計算

3.1 橋臺和路基變形量的定量分析

（1）橋臺大多為水泥砼結(jié)構(gòu)和砌石結(jié)構(gòu), 在荷載作用下產(chǎn)生彈性變形, 殘余變形近乎為零。即∶ 橋

（2）路基填筑材料主要為天然材料, 如粘土、碎石土、風化砂礫等。在荷載作用下產(chǎn)生塑性變形, 存在殘余變形。另外, 路基頂面有水滲透人路基體內(nèi)部, 路基底面有毛細水上升到路基體內(nèi)部；在水分的綜合作用下, 材料內(nèi)部顆粒之間發(fā)生重新組合, 產(chǎn)生縱向位移, 使局部密實度減弱, 形成不均勻沉降, 在荷載作用下加快塑性變形, 即∶ 路

式中：k-常數(shù)；n- 累積時間；t-時間；n1-固結(jié)時間內(nèi)累積荷載；t1-固結(jié)時間。

路基和橋臺在橋頭截面處的變形差值為∶

3.2 橋梁基礎和引道地基沉陳量的定量分析

（1）橋梁基礎大部分為鉆孔灌注樁, 一般為摩擦樁, 主要依靠摩擦力支承基礎頂部荷載, 其沉降量很小, 即使是擴大基礎或其它型式的淺基礎, 靠地基承載力支承, 其沉降量也很小, 即∶ 橋ΔH2≈0。

（2）路提依靠地面承載力支承，地面雖然經(jīng)過填前碾壓，但其畢竟為天然基礎, 沉降明顯。即∶ 路。這一殘余變形是隨荷載和時間而變化的函數(shù)∶

式中：k-常數(shù)；n- 累積時間；t-時間；n2-固結(jié)時間內(nèi)累積荷載；t2-固結(jié)時間。

在地面標高位置橋臺和土地基在橋頭截面處沉降變形的差值∶

綜上所述, 橋臺豎向位移和引道豎向位移的為∶

這些豎向位移的差值H 是隨荷載和時間而變化的函數(shù)∶

正是因為這些位移差值H 的存在, 使路橋相接之處同一橫斷面出現(xiàn)高差, 引起標高突變, 造成行車時車輛跳躍, 移差值H是隨荷載和時間變化的。

4 橋頭跳車的解決措施

4.1 優(yōu)化設計理論

橋的設計著重在結(jié)構(gòu)、地基承載力和穩(wěn)定性上進行計算, 對總體沉降只作規(guī)定,跨徑小于100m 不進行驗算; 而路面設計則是以整體彎沉和彎拉應力作為控制指標, 路基設計又是壓實度和高度來控制豎向變形。從抗變形能力即彈性模量看, 不論是輕型橋臺還是重力式橋臺, 其彈性模量值是臺后填土(或石渣、摻灰等) 彈性模量值千倍左右, 因此兩者在沉降方面產(chǎn)生了明顯差異, 同時在路橋連接處沒有專門的設計要求, 而是路橋分別按各自的指標進行設計, 沒有統(tǒng)一的標準, 加之在結(jié)構(gòu)上又沒有進行特殊的設計, 所以從設計上分析, 路橋連接處沒有共同的設計參數(shù)控制, 是間斷不連續(xù)的。由此可見，設計上參數(shù)的不銜接是導致橋路的不等值沉降。因此, 特殊設計應以沉降理論為基點, 計算出橋路沉降值差, 根據(jù)差值作相應的結(jié)構(gòu)處理措施, 使其差值盡量小或趨于零。根據(jù)土質(zhì)土力學理論, 將臺背后的沉降區(qū)作為一個單元, 視為均質(zhì)體, 側(cè)向不膨脹。依據(jù)規(guī)范、規(guī)程、規(guī)定分別計算出橋臺及路基地基的沉降量, 取其大者比較, 根據(jù)差值提出路面結(jié)構(gòu)型式、路基填料及路基路面的控制指標和地基處理方案, 最后驗算調(diào)整使路橋沉降值相等或接近,進而從設計理論上解決了跳車的內(nèi)在因素。

4.2 設置橋頭搭板

橋涵與橋頭引道是兩個剛度差異很大的結(jié)構(gòu)物，橋涵是剛性結(jié)構(gòu)物，而橋頭引道是柔性結(jié)構(gòu)物。正是由于這種剛度上的不同導致了差異沉降。橋頭搭板的作用便是采用一端支承在橋臺背墻的牛腿上，而另一端擱置于路堤上并與路堤一起沉降來平順過渡橋頭引道的沉降凹槽，以此來消除橋頭沉降的突變，使坡度得到一定緩和，從而保證行車順暢（見圖2、圖3）。橋頭搭板作為一種特殊的過渡結(jié)構(gòu)來保證橋頭結(jié)合部位的沉降過渡和剛度過渡。即沉降結(jié)束后，搭板仍是從柔性路堤向剛性橋臺的一種過渡結(jié)構(gòu)，故應滿足強度和剛度的要求。

圖 2未設置橋頭搭板

圖3 設置橋頭搭板

其實也就是設置一種特殊的梯形搭板，并在其上鋪設柔性路面材料，從而實現(xiàn)路面結(jié)構(gòu)的剛度變化，以達到順坡的目的。

4.3 采用過渡性路面

對于已經(jīng)發(fā)生而且還可能繼續(xù)發(fā)生大量沉降的臺背填土，還可以采用設置過渡性路面，過渡性路面可采用預制水泥混凝土六棱塊、條石鋪砌、半剛性過渡層或瀝青過渡層等類型。其中水泥混凝土六棱塊和條石鋪砌僅適應于水泥混凝土路面，它的最大優(yōu)點是翻修處理速度快，缺點是不易鋪砌平整，行車仍有抖動感覺，且其砌縫應采用防水材料，以防滲入雨水損害路基。綜合比較，最簡便而有效方法是瀝青過渡層類型，其優(yōu)點是當出現(xiàn)較大沉降時，可及時補充鋪設一層瀝青混凝土或瀝青砂，便能確保行車暢順，有效避免跳車現(xiàn)象。

4.4 設置縱向反坡

所謂的縱向反坡就是在可能產(chǎn)生沉降的范圍內(nèi)，根據(jù)沉降的經(jīng)驗值設置一定的縱向路面超高，以抵消在運營過程中的路基沉降，從而達到消除橋頭跳車的目的，通常有設置搭板和不設搭板兩種。

4.5 嚴格控制施工質(zhì)量

嚴格施工, 加強手段來防止橋頭跳車設計方案確定以后, 施工是關鍵, 尤其在橋頭等薄弱部位, 加強施工手段, 嚴格按操作規(guī)程辦, 引進先進的設備更為重要。首先要在橋頭處原地面進行處理, 若遇下濕、軟土、沼澤等不良地質(zhì)段, 要按特殊地質(zhì)采用砂井、板樁、灌漿等辦法處理, 以使地基達到足夠的強度和密度; 其次是路基填土或填料, 根據(jù)壓實設備的性能, 嚴格控制填土的層厚和分層壓實的標準,碾壓遍數(shù)和密實度要求要提高; 另外在靠近橋臺一定范圍的死角處, 要采用夯板或汽錘等先進壓實工具使其密實度達到98%。在填筑臺背的材料上盡量選用砂礫、石渣或灰土穩(wěn)定類材料, 橋頭的防護盡量完善, 防護的施工決不能馬糊, 一定要認真細致, 確保質(zhì)量。因此, 嚴格施工, 加強手段也是防止橋頭跳車的關鍵。

4.6 綜合處治措施

路面、路基、地基是道路的重要組成部分，它們之間相互作用、相互影響，是一個密不可分的整體。地基是道路的基礎，起著承受上部荷載和保持其穩(wěn)定性的主體，一旦出現(xiàn)問題必然引起上部結(jié)構(gòu)破壞；路堤不但傳遞上部荷載，對其上下的結(jié)構(gòu)也有很大的影響，如路堤的不均勻沉降即會引起上部結(jié)構(gòu)的凹陷，還會引起地基局部受力過大；同樣路面破壞后，雨水入滲也可能造成路基的破壞。因此在對橋頭進行處治時，往往是對破壞段路基、路面同時進行綜合處治，而且在處治過程中往往是多種方法相結(jié)合。如先處治地基，再架設橋頭搭板、設置過渡段來減輕病害的發(fā)生。

5 結(jié)束語

總之, 橋頭跳車是一個比較普遍存在的突出問題, 關系到設計、施工、材料質(zhì)量等綜合問題, 只有綜合共同配合并且針對不同原因,采取行之有效的處理措施,就能減輕橋頭跳車現(xiàn)象,改善行車條件。

[1]公路橋涵設計手冊.《橋梁附屬構(gòu)造與支座》人民交通出版社.

[2]公路橋涵施工手冊. 人民交通出版社.

[3]謝永利. 路橋過渡段路基作用機理與處治對策. 公路交通科技，2015.

TU714

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1007-6344（2017）01-0231-02