公路與橋梁連接處跳車病害的成因及預防管理措施

陶亞平

（甘肅省公路交通建設集團有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

橋頭搭接段作為橋梁和路基的過渡連接部分，其最大的價值在于實現從柔性路基到剛性橋梁的平滑過渡。由于車輛通過該路段時，會對橋梁的過渡部位和橋墩造成一定的沖擊，循環往復的長期沖撞，在瞬時力的反復作用下，會引起路橋連接處結構的沉降和變形，最終因沉降差致使結構破壞，從而引起橋頭跳車病害[1]。隨著公路施工技術水平的發展，質量管理能力的提升，在控制此類病害方面取得了重大突破，本文研究分析加強公路與橋梁連接處的施工及質量管理，具有十分重要的工程實踐意義。

1 橋頭跳車現象的成因

1.1 環境因素影響

排水不良，填土流失造成的橋頭跳車：由于設計時未對工程進行全面的規劃，導致在施工后未形成完整的排水體系，導致路基土壤和路面的各個構造層中水分含量會隨著雨水的不斷滲透而逐漸增大，最終在橋梁自身的重力、車輛荷載的共同作用下，產生沉降，造成橋頭地基的沉陷[2]。

冰凍使橋頭沉降：位于低洼、河流地帶的橋墩，因其地下水位較高，致使路基因結冰而產生凍脹，橋面低、路面高，最終形成較大沉降差，從而出現橋頭跳車。

1.2 施工控制不嚴

施工管理不嚴導致的橋頭跳車，有三種原因：第一，施工工藝不當導致橋頭跳車，如在施工過程中沒有及時砌筑路側擋墻或橋臺前護坡，則會造成臺背整體的土體發生滑移。第二，因填筑材料的壓縮導致的橋頭跳車，后填土填筑的路基較高，在橋臺附近形成一個施工窄面，使大型壓實機械難以有效地發揮其作用，極大阻礙了土方的夯實。但若采用人工方法夯實地基，則很難實現所需的壓實目標。第三，因施工質量問題導致的橋頭跳車，主要有未做好壓實、排水措施不完善、采用的填料與工況不符等。

1.3 路基與橋梁結構的自身差異

橋梁結構以鋼筋混凝土為主，其整體剛度大，不易產生沉降和變形問題。與之相比，公路土石方填筑路基段屬柔性結構，容易產生沉降和變形[3]。

車輛負載作用對橋墩后填土的密度產生一定影響，服役公路經過長期碾壓，橋臺后的填土高度與原來的高度會出現差異，但橋臺的沉降卻是微乎其微。在此過程中，兩者之間存在著沉降差，當沉降差超過限值時，就會引起橋面上的搭板斷裂，最終出現結構性病害，從而造成橋頭跳車[4]。

2 公路與橋梁連接處施工質量管理重點方向

沉陷是高速公路路基和橋梁交界處最普遍的問題，產生這種現象的根源是橋梁與路基結構的剛性差別。要改善這種差別，使路基段與橋墩處的沉降能均勻漸變，就應從多角度采用技術方案，加強工程質量管理，改善橋頭連接處的差異沉降。施工階段應重點注意下列問題：第一，橋臺處的臺背回填，其施工范圍狹窄，利用大型機械壓實作業困難，容易造成許多人為的疏忽，甚至不能按設計要求進行路基壓實。橋頭與路基連接部位是質量最薄弱的環節，很容易發生沉陷和開裂，所以此工序需作為施工質量控制的關鍵點。第二，回填土壤、回填材料選擇不恰當，在進行夯實作業時，很難將填筑物進行較好的夯實，因此要結合現場實際工況，選擇最適宜的橋背回填材料。第三，在施工過程中，由于橋面結構層和路面結構層不能同時進行，導致兩者的標高存在一定的偏差，這也是造成橋頭跳車的因素之一。所以路基結構層施工環節，同樣要重視連接處的平順過渡。第四，橋梁工程建設整體進度控制上要先修路基段，待橋梁完工后才能與路基工程整體連接，拉通全線。因此，橋梁與路基連接處采用集中填筑的方法，導致后期施工中很少有時間進行靜態沉降，進而導致兩種材料的變形不能同步，結構剛度差別大，使得公路投入運營之后橋頭處發生較大沉降變形。因而必須在施工過程中，采取一系列措施，預先控制此類變形的發生，做好質量的預防性控制。

3 預防橋頭跳車的有效措施及施工質量管理

3.1 對結構變形的控制

在橋臺樁基施工之前，先對此區域路橋連接處的軟弱土地基進行治理，可防止成樁后出現基礎沉降的質量問題。因橋臺處的地基軟弱土層已采用方案進行了加固補強，所以在樁基完成后，路基在垂直荷載作用下不會發生滑移或者橫向變形，不會對樁側產生偏壓荷載，可減少質量病害[5]。目前國內對軟土地基治理，常采用的方案是排水固結法，這種方法可以在一定程度上減輕基礎沉降，但由于該施工工藝實施過程較為復雜，排水固結的土體位于地下水位以下，方案細節不能直觀控制。軟基的排水固結時間，因受各工序銜接和總體施工進度影響，很難得到充分保證，因此軟基路堤的填筑，雖然高度重視了質量控制，但不均勻沉降現象時有發生。

為確保軟基排水固結方案的施工質量，消除不均勻沉降，應采取如下措施：第一，盡量縮短橋臺段的施工工期，增加預壓時間，提升軟土地基固結效果，減少沉降量。第二，可采用塑膠排水板或袋式砂井，并根據路基的軟土性質、填筑高度，按不同的密度、長度施打。第三，盡量選用能減少完工后橋臺與公路路基連接部位沉降的橋墩。在對橋臺的結構進行選型時，必須根據現場實際情況確定，一般采用樁接臺帽式橋臺結構，該結構形式受施工場地的影響較小，而且在施工前進行臺背處路基填筑，可以最大限度地確保無盲區。第四，加強對橋梁連接部位的變形控制，導致橋梁接頭變形的原因有兩個：一是施工完成后過渡段內側路基的沉降，二是連接處不均勻沉降導致了下陷。因此，改善和控制橋梁間的沉降是控制橋梁結構變形的重要措施。

3.2 路面處理防治橋頭跳車

3.2.1 路面反向豎曲線設置

修復橋梁與公路路基連接處路面罩面結構層時，采用反向豎曲線，可以避免車輛行駛至橋頭出現縱坡變化點，而發生跳車現象。另外，凹凸面的半徑也可以盡量減小，這樣就可以達到相同的效果，而且可以減少路面修補、修復的工作量。

路面找平修補范圍計算示意見圖1。圖1中i1、i3分別為試驗橋面和路堤處的坡度；i2為在鋪設時所設定的反向曲線的設計坡率；Δi=i1±i2，Δi為容許坡差，當i1與i2同坡時取負號，i1與i2反坡時取正號。A 為切點，C 為反向曲線公切點。R1和R2分別是設計凸曲線、凹豎曲線的半徑，單位為m。T1和T2分別是凸曲線和凹豎曲線的切線長度。

圖1 路面找平修補范圍計算示意圖

在已知R1、R2、Δi、i1和i2的情形中，經過一系列的幾何運算和簡化，可以獲得YE（修復高度）和L（即道路修復長度），并且可以確定YC和XC反向曲線的相切點等，可以獲得豎向曲線各控制點的標高，對于施工具有重要的指導意義。L、YE、XC、XC的計算方式如下：

3.2.2 加鋪路面修補層順滑過渡

對加鋪路面結構層進行修補，是解決橋頭跳車問題較為常見的方案，它的設置原理是根據不同的路面沉降程度，對路面上的瀝青厚度進行調節，實現了橋梁與公路路基填筑段的順利交接。圖2為瀝青加鋪修復圖。

圖2 瀝青路面修補示意圖

該修補方案必須在橋頭跳車問題不大的情況下才能實施，而且對橋面的施工條件也有一定的要求，需待地基已經完全沉降，地基的壓實度很高，工地土壤狀況好，橋梁臺階高度相對較小等工況中實施。

瀝青路面修補方案的具體施工流程及要點：第一，將舊路面進行銑刨、清掃，使舊路面與新鋪面之間的銜接更加緊密；第二，應在建筑物的兩側及下表面涂上一層黏性油；第三，采用熱拌瀝青混凝土修復已銑刨后的路面，在施工中盡量采用經濟、穩定、耐磨、抗滑的瀝青；第四，在路基修補工作完成后，為確保橋頭路堤順利排水，應保障路面頂層有2%排水橫坡。

3.2.3 架設橋頭搭板以防止橋頭跳車

橋頭搭板架設方案，要注意橋頭搭板的一端放在橋面的填土處，一端放在橋端梁臂上。當路面結構發生沉降差異時，由于搭板末端會存在較大的斜率，可以采用逐步進行過渡的方案。當車輛經過此路段時，便可以通過搭板形成的斜坡路面過渡，確保橋背填土塌陷時橋臺處的穩定性，并控制不均勻沉降，使行至橋梁與路堤交界處的車輛不會發生跳車現象[6]。橋頭搭板結構及設置位見圖3。

圖3 橋頭搭板結構及設置位置圖

橋頭搭板本質上是一種簡支鋼筋混凝土結構，結構設計時需依據交通量、公路等級、行車荷載確定結構尺寸及配筋。重點在根據橋臺、路堤的預計沉降量、橋面尺寸，確定搭板長度，實踐中搭板厚度常大于30cm、坡度為3%～5%（應當與設計的縱向斜坡相一致）。該技術方案的目的是將橋墩與路基之間的沉降量加以控制，使之漸變銜接、平穩過渡。

3.2.4 土工格柵加固瀝青路面

土木格柵加固方法是主要針對路基填土壓實局部不均勻而進行路基補強加固的措施。臺背處路基填筑如果壓實度不達標，局部壓實不均勻，則會導致臺背處路面開裂，因而為減輕臺背區域不均勻沉降，土木格柵加固方法還能達到加固路面、防止開裂的效果。其作用機理是將土工格柵分層布置于臺背填充物中，使填充物與土木格柵纖維間的摩擦增大，從而提高填充物的整體穩定性，防止填筑物側滑并可提高地基的承載力，提高整個填筑物的抗剪強度。

在基坑回填施工階段，在填筑層中增設土工格柵，能起到均勻傳遞、分散路面荷載的作用，從而防止因集中應力引起的不均勻沉降，實現臺背區間填筑土體的均勻過渡。

3.3 加強路橋連接處的施工組織設計

為減小工程完工后橋臺與公路路基連接區間的沉降差，可采取強化施工組織設計的方法，使橋墩結構完成后，實現一般土路堤和橋臺區間的平穩過渡。

施工組織、進度安排，應促使橋臺處連接部位盡早開工，以增加自然沉降固結的時間，且應注重此區域范圍碾壓質量的達標控制，從源頭上避免產生不均勻的沉降。

3.4 加強軟基路堤沉降監測

在軟基路堤施工過程中，沉降監測是一項非常重要的工作，它可以根據路基的現場環境，依據地基側向位移、中心沉降速率等實測數據，參照技術規范要求或設計值，控制填筑速度。施工過程中應嚴格按照施工程序實施，使工程完工后產生的沉降量最小化，使軟土路基的穩定性、強度得到保障。

4 結語

總之，在橋梁接頭區域的施工階段，要盡量避免或減小柔性路基與橋臺剛性連接的沉降，達到漸變平順過渡，以防止橋頭跳車。該文中提出了一些防治橋頭跳車的方案，具體包括：設置路面反方向豎曲線、加鋪路面修補層順滑過渡、增設橋頭搭板、利用土木格柵加固路基、加強施工組織設計、加強軟基路堤沉降監測。在進行施工之前，必須對場區的水文地質、地理環境進行全面的調查，并將公路等級、填筑高度等因素結合起來，參考有關指標，對過渡段進行綜合處理，提高公路施工質量。