昆山軟土地區在役路橋跳車成因分析

李雪鋒 李耀東 王翀霄 趙 倩

(1.昆山市交通工程質量監督站，江蘇 昆山 215300; 2.河海大學，江蘇 南京 210038)

1 橋頭跳車概述

近年來，昆山市交通進入高速發展時期，城市交通需求總量不斷增長，以往在路橋設計中存在的不足日益凸顯，迫切需要開展橋頭跳車病害成因分析及提出處治措施，以適應現代化城市的高速發展[1]。橋頭跳車的直接原因是剛性橋臺和柔性路堤在荷載作用下由于剛度的差異而引起顯著的沉降不均。

研究表明，當橋頭錯臺臺階達1.5 cm時，對車速就會產生明顯的影響，臺階每增加1 cm，速度就會降低3 km/h左右；而當臺階達5 cm時，車輛行駛速度將顯著降低，其減速幅度平均可達9 km/h～13 km/h，且對行車的安全性和舒適性產生嚴重影響[2]。針對橋頭跳車問題，相應的處理措施有很多。Kwak等[3]在路橋搭接處設置鋼筋混凝土搭板，搭板一端連接在橋臺上方，另一端擱置在路基上，下端一般搭配枕梁，形成路橋過渡段平滑過渡。陳蘄[4]基于工程實例提出泥攪拌樁結合鋼筋混凝土搭板處理橋頭跳車。對工后沉降尚未完成的橋頭路基可采用預壓注漿處理[5]，還有注漿前加入橫向鋼筋[6]。此外，對臺背填料可采用輕質材料代替，如石灰土[7]、聚苯乙烯泡沫塑料塊體等[8，9]。

盡管不少學者探討了橋頭跳車成因，但是橋頭跳車現象仍普遍存在。不同地區不同工程發生跳車的原因仍有差異，具有針對性、代表性的某地區橋頭跳車研究仍迫切需要。

2 在役路橋跳車病害現狀

通過調研昆山在運營的一些大型路橋工程，對在役路橋橋頭跳車病害的現狀進行分析可知，橋頭跳車在昆山當地普遍存在，各路段跳車的程度不一，跳車大多伴隨路面沉降、路面開裂以及護欄裂縫的開展。不少路段在原沉降破損路基上采用瀝青進行修補，但仍可見明顯的沉降痕跡，如表1所示。

3 橋頭跳車原因分析

3.1 工程概況

為了探究橋頭跳車成因，對元豐大道三標段橋頭段開展研究。元豐大道西延工程三標段起點樁號K2+340.020，終點樁號K3+706，共長1.366 km。三標段橫跨吳淞江，橋梁段為吳淞江2號橋，橋長348.197 m。

表1 昆山市橋頭跳車病害現狀調研

元豐大道路段場地表層為人工填土，其下為第四系全新統上段新近沉積的亞黏土、淤泥質亞黏土、亞砂土，中部為第四系全新統一般沉積的粉細砂、亞砂土；下部為上更新統沉積的(Q3)亞砂土、亞黏土、粉細砂。鉆孔資料揭示場地內特殊性巖土主要以軟土、液化土為主。淺層地下水類型主要為松散巖類孔隙潛水，主要賦存于①1填筑土、②1亞黏土、②2亞砂土中，水位變化主要受大氣降水及河水的側向補給影響。勘察期間實測地下水位埋深0.85 m～2.25 m，不利季節約0.5 m。弱承壓水主要賦存于④1粉細砂、④2亞砂土夾粉砂、④3粉砂夾亞砂土、⑤1亞砂土、⑤2亞砂土夾亞黏土和⑥粉細砂層中，該含水層層厚大，富水性較好，水量豐富，水位變化主要受側向補給影響。其余各土層含水微弱，為相對隔水層。表2展示了特殊性巖土部分物理力學指標。

表2 特殊性巖土物理力學指標

3.2 橋頭段處治方案

橋頭東西兩端采用濕噴樁、預壓聯合處理方案，具體處治措施及最終沉降量見表3。路基、路面排水采用管線排水的方式排除機動車道及輔道路面水。

表3 元豐大道三標段橋頭段處理措施及沉降量

1)濕噴樁。

東側橋頭段采用長樁聯合預壓處理地基，樁長18 m，樁徑50 cm，其中路橋過渡段樁距1.3 m，橋頭段樁間距1.1 m。西側橋頭段采用短樁聯合超載預壓處理地基，樁長6 m，樁徑50 cm，樁距1.1 m。兩端橋頭段濕噴樁均采用梅花形布置方式，每延米噴粉量55 kg。

2)預壓。

工程所在地區為長江下游平原濕潤區，路基填料為粉質黏土，路面結構厚度68 cm。對橋頭段，清表后基底土摻5%石灰改性，處理厚度為25 cm，壓實度要求大于90%，其上填筑5%石灰土至路床底，壓實度要求不小于96%。臺前溜坡需超寬0.5 m壓實。橋頭一定長度路基范圍內的地區要特別壓實，其壓實度比同層路堤的壓實度提高1%。壓實度采用重型擊實標標準。預壓土方和路床頂部20 cm采用素土填筑，壓實度85%，預壓結束后卸載預壓土方，翻挖未摻石灰的部分路床，填7%石灰土至路床頂設計標高。

3.3 現場調研情況

路橋過渡段處路肩出現明顯不均勻沉降，沉降過大，路面斷裂，如圖1a)所示；搭板設計不合理或者是搭板末端沉降過大，造成搭板與橋臺伸縮縫間出現明顯分離縫，如圖1b)所示；搭板水泥路面出現明顯裂縫，如圖1c)所示；伸縮縫與路面出現明顯的高低錯位，裂縫過大，搭板端部損壞明顯，如圖1d)所示。

2019年5月16日對昆山跳車現象較嚴重的元豐大道三標段東橋頭錨固區路段進行測量，由于路段仍正常運營，僅測量了一條車道上的沉降。道路測量斷面布置如圖2所示，斷面寬3 m，每個斷面均測3個點，左端、右端以及中部。

通過水準測量數據繪制圖像如圖3所示。

從圖3可以明顯看出，路面伸縮縫處凹陷、搭板端部發生隆起。經分析認為這是由于橋臺剛度較大，沉降較小，而路基下填土剛度較小，沉降較大，搭板兩端出現較大沉降差。搭板末端下沉，又因搭板剛度大，以至搭板橋臺端翹起。此外，搭板中間段路面較平穩，表現了設置搭板對不均勻沉降起到了很好的減弱效果。現場發現，機動車道上對銜接處已進行了簡單的修補，非機動車道上并未做出后續的處理，如圖4所示。因為橋臺與搭板銜接處對沉降較為敏感，該路段在此處的細部處理不當，是產生橋頭跳車的主要原因。

現場調研總結該橋頭段跳車原因有二：一為路基下地基填土沉降過大；另一則是搭板與橋臺銜接處細部處理不足。

4 結語

1)元豐大道路段地基變化多樣，采取了多樣的地基工藝處理，淺薄層的地基處理、橋頭路堤以及高填土路段的地基處理、河塘段的地基處理，不同地基很難保證工后的沉降一致，差異沉降易引起路基的變形，造成路面斷裂；

2)路段主要以軟土、液化土為主，地基承載力低，沉降量大，對其進行濕噴樁、預壓處理后沉降量明顯減小。但是搭板仍出現損壞問題，可能是因為搭板橋臺端下方填土壓實度不夠，出現掏空區，以及搭板范圍下的地基處理工藝(濕噴樁及預壓工藝)仍不能很好解決不均勻沉降的問題，以致搭板所受應力增大，在自重及車輛荷載作用下易出現損壞，并且后期路基和橋臺逐漸出現明顯的沉降差異；此外，增加搭板的厚度對于搭板的變形和受力都有利，厚度不足也可能導致損壞的出現；

3)橋頭與一般路段都采用灰土填筑，而橋頭段的沉降較大，可能是由于臺后灰土碾壓受橋臺限制，壓實度較難達到設計要求；

4)該橋頭段于2011年3月左右進行軟基濕噴樁施工，當年年底前路基施工至頂層后停止施工，預壓土預壓半年之多，期間在承臺開挖中遇有流沙層。因而不排除臺后路基下存在流沙層，導致路基段沉降量增大的可能。