市政道路橋頭跳車成因及防治措施探討思路構架實踐

文／徐學蓮 大連市市政設計研究院有限責任公司杭州分公司 浙江杭州 310000

引言：

橋頭跳車是市政道路橋梁工程中比較常見的病害問題，車輛在橋頭部分發生跳躍，不僅會影響行車安全以及行車的舒適性，而且還會對道路橋梁工程結構造成一定的破壞，影響市政道路橋梁工程的使用壽命。不均勻沉降是導致市政道路產生橋頭跳車問題的主要原因之一，同時道路橋梁的結構剛度改變以及市政道路橋梁工程設計施工中的缺陷問題也都是引發橋頭跳車的重要因素。因此應高度重視橋頭跳車的危害性，并對橋頭跳車的成因及機理進行全面的分析。在此基礎上應綜合考慮路面行車荷載以及橋頭沉降等要素合理選擇橋頭跳車的防治措施，以保證市政道路橋梁工程的質量安全。

1、市政道路橋頭跳車病害的成因及機理分析

1.1 市政道路橋頭跳車的危害

（1）行車速度下降

當市政道路橋梁工程出現橋頭跳車病害時，車輛會在橋頭搭板部分的縱坡轉折部分發生較為劇烈的跳動沖擊，此時車輛駕駛人員必須采取減速剎車措施以降低行車驅動的正常傳遞能力，這不僅會使得車輛有明顯的跳動顛簸，而且行車速度明顯降低。

（2）對行車安全構成威脅

一旦在市政道路橋梁工程的橋臺處發生跳車現象時，車輛會受到明顯的沖擊而發生顛簸，這會對車輛駕駛人員的操作產生較大的影響，嚴重威脅行車安全，甚至引發嚴重的交通安全事故，造成人員傷亡和經濟財產損失。

（3）養護成本增加

當市政道路橋梁工程的橋頭部分頻繁發生跳車現象時，過渡段路面在車輛振動以及沖擊荷載的作用下會受到破壞，甚至導致橋梁支座以及伸縮縫受損，不僅嚴重影響了市政道路橋梁工程的使用壽命，而且對養護工作提出了較高的要求，養護部門不得不加大養護力度，投入更多的人財物資源，客觀上增加了養護成本，進而可能會引發一些社會性問題的出現。

（4）車輛運營成本增加

當車輛在市政道路橋梁工程的橋頭部分發生跳車現象時，往往需要通過頻繁減速來達到減輕顛簸程度的目的。而車輛的顛簸以及減速行駛都會增加車輛輪胎以及相關部件的損耗，從而加大了車輛的保養維護成本。此外車輛的頻繁減速還會對燃油造成浪費，并使汽車尾氣排放量增加。在發生橋頭跳車后，通常車輛行駛速度下降，客觀上了也造成行車時間增加，也導致車輛運營成本提高。

（5）市政道路資源無法充分利用

當市政道路橋梁工程出現橋頭跳車病害后，車輛在橋頭段的行駛速度減慢，嚴重影響了該路段的通行效率，造成城市道路交通資源利用率下降。同時，為了對橋頭跳車問題進行處理，還需要采取道路封閉管理以及維修措施，往往會引起城市交通擁堵等情況，而且還會加大城市管理難度，不利于城市經濟的發展以及城市居民的正常交通，進而產生一系列的社會以及經濟問題。

1.2 市政道路橋頭跳車的成因

（1）市政道路橋臺與路堤的沉降差

導致市政道路橋梁工程發生橋頭跳車問題的原因較為復雜，其中過渡段路堤與橋臺的沉降不一致是重要的影響因素之一。在市政道路橋梁工程的施工過程中橋臺就能夠在自重作用下實現沉降穩定，其在后續運營使用中的沉降極為有限。然而路堤工程受填土性質以及壓實施工條件等因素的限制，往往在工程竣工通車后還會產生一定的沉降，而橋臺與路堤之間的沉降差就成為了導致橋臺跳車問題產生的一個主要原因。

（2）市政道路天然地基沉降

臺后路堤的天然地基通車能夠在其自身重力影響下完成正常固結。但是當在天然地基上進行路堤的修筑施工后，路堤所產生的附加荷載也會作用于地基上，使地基成為了欠固結結構并導致沉降變形的出現。特別是當地基土體的承載性能相對較差時，其沉降更為明顯。當地基為具有較大壓縮性的土質時，由于其需要更長的固結時間，因此當上部路基填土荷載作用于地基上時就會出現孔隙水壓力緩慢消散，且應力擴散速度較慢的情況，使得臺后路堤在市政道路橋梁工程建成通車后還會繼續產生沉降。

而隨著城市化進程的推進，城市交通基礎設施建設速度不斷加快，對市政道路橋梁工程的施工工期有較高的要求，這往往會造成地基壓實時間不足，進一步加劇了臺后地基的沉降。此外，如果在路基設計方案中所選擇的填料自重較大，且填筑標高設計不合理等也都會使地基產生明顯沉降，進而造成橋臺跳車問題的發生。

（3）市政道路積水無法及時排出

在市政道路橋梁工程的過渡段，路堤與橋頭之間往往會有連接縫隙存在。當降雨下滲到縫隙內后會對填料產生軟化侵蝕等影響。一旦填方壓實度未達到技術標準時，填料強度在軟化侵蝕作用下會進一步下降，并導致填方出現沉降變形現象。而且過渡段路面層和路基土在雨水的沖刷侵蝕下也會出現結構強度下降的問題，各結構層以及路基土體內的含水量加大，并導致地基的細粒土流失，同時綜合路面行車荷載等多種因素的共同作用，就會導致市政道路橋臺產生跳車病害。

（4）市政道路橋臺伸縮縫損壞

為調節市政道路橋梁工程中建筑材料物理力學性能，改善車輛荷載環境，在工程設計中通常需要在結構連接處設計伸縮縫。一旦伸縮縫設置位置不合理，或者設計方案中所采用的材料、工藝存在缺陷，都會導致橋臺伸縮縫在運營過程中受損并在伸縮縫位置有臺階形成，進而造成橋臺跳車問題的出現。

1.3 市政道路橋頭跳車的機理分析

當市政道路路面與橋頭部分連接類型不同時，跳車形式以及機理也存在一定的差異。目前在市政道路橋梁工程中，路面與橋頭連接部分的連接設計主要包括有搭板設置以及無搭板設置這兩種方式。

（1）有搭板設置

在有搭板設置時，行車線形在不均勻沉降的作用下一般表現為折線型，此時由于縱坡發生變化，在搭板兩端會形成突變式的縱坡轉折形式。而當采用的無搭板設計時，橋頭和路段之間則會形成臺階式跳躍形式。在搭板路段的設計中，搭板長度一般與橋頭填土的設計標高密切相關，而在搭板兩端的路基發生不均勻沉降時，就會形成縱坡轉折形式。車輛在經過橋頭的2個縱坡轉折時，其輪胎線形近似于反向豎曲線，且在該豎曲線上會有向心加速度以及向心力形成。一旦向心力超過車輛以及車輛內人員的重力時，車輛就可能發生騰空飛躍線形，甚至可能會沖出行車道，發生翻車等嚴重的交通事故。當向心力達到車輛重量的10%時，車輛醋魚臨界跳車狀態下，而當向心力達到車輛重量的20%時，則車輛已處于極限狀態下，無法保證連續運行的安全性。

（2）無搭板設置

當市政道路橋梁工程過渡段未采用搭板設計時，在橋頭會形成臺階或者陡坎，此時如形成速度較快，且臺階高度超過3.5m以上時，就會使車輛產生明顯的顛簸。特別是當臺階高度達到5m以上，且車輛行駛速度達到80km/h以上時，車輛顛簸更加明顯，且會顯著降速，車輛駕駛人員難以準確控制方向盤，存在較大的安全風險隱患。

2、路橋過渡段行車荷載的計算

在市政道路橋頭跳車的防治中，設計人員可以根據路橋過渡段行車荷載的計算分析成果來選擇臺背路基的處理對策。目前在路橋過渡段行車荷載的計算中，主要是根據動荷系數、綜合系數以及標準軸載調節下的最大應力值來計算荷載應力。但該計算方法并不適用于橋頭存在沉降差時的計算要求。在市政道路橋梁工程的設計時間中，應充分考慮動荷系數在理想條件下以及動能損失后的修正系數，對路橋過渡段動能進行計算。其中修正系數為無量綱量，其大小與過渡段的修筑材料以及沖擊點位置等因素密切相關。

3、不均勻沉降計算

在對過渡段不均勻沉降進行計算時應分別計算地基沉降以及路堤填土沉降。在計算地基沉降時可以將地基劃分為多個薄層，并分別根據各層的平均自重應力以及附加應力進行計算分析，且應結合各層孔隙比來計算其位移差值。當各層位移差值相加后就可獲得地基整體沉降值。路堤填土沉降則可以根據填料沉降以及壓實度設計值等參數來計算。同時，在不均勻沉降計算中，還應合理確定不均勻沉降的具體限制標準，為道路橋梁設計提供標準的參考依據。設計人員應根據不同的行車速度、沉降特征長度以及跳車極限豎曲線半徑等參數對臨界沉降值進行計算，臨界沉降值即為不均勻沉降限制標準值。計算時應根據道路橋梁的不同等級標準、設計時速等科學確定行車速度取值，以確保臨界沉降值的計算結果客觀準確。

4、橋頭搭板結構構造及計算

在計算橋頭搭板結構各項構造參數時，設計人員應首先構建力學模型，并按照簡支板來進行計算分析。其中橋頭搭板長度應根據搭板兩端沉降差以及縱坡變化值來計算。通常搭板長度應達到6m以上。在計算確定橋頭搭板寬度時，應綜合考慮行車道寬度等因素，一般應為路緣石與行車道相加后的數值。橋頭搭板厚度應根據跨徑以及彈性地基支撐范圍等參數來計算。由于搭板結構呈雙向受力特征，因此應將受力鋼筋設置在其橫縱方向上，并根據搭板的內力受力情況確定配筋率。在斜交搭板設計中，由于斜度的大小直接關系到其內力受力，因此其配筋率可按照以下原則來計算：

（1）當其搭板斜度在45°以內時，縱向配筋量應與縱向彎矩相適應，且橫縱向配筋量之比應控制在1:2。

（2）而當其搭板斜度在45°以內時，橫縱向配筋量之比應控制在1:1。

5、市政道路橋頭跳車病害的綜合防治技術

5.1 地基處治技術研究

在市政道路橋梁工程中，為了使橋梁能夠與橋頭臺背部分的路基銜接平順，往往會在設計方案中增加路基的高度，這使得路基荷載加大，客觀上導致地基更容易發生變形。因此設計人員應充分了解過渡段地基條件，準備計算地基承載能力，并要對軟弱地基采取必要的加固處理措施，以改善地基的承載性能、剛度以及強度，從而達到防治橋梁跳車的目的。

現階段在市政道路橋梁工程設計中，比較常見的地基處理方法主要包括真空預壓技術、堆載預壓技術、深層攪拌樁技術、混凝土預應力灌注技術以及CFG樁技術等。其中當市政道路橋梁工程過渡段為淤泥質地基時，設計人員可以選擇強夯技術、沙井技術。振沖技術、堆載預壓技術以及換填技術等對地基進行處理。在對粘質土質地基進行處理時，設計人員應準確測定地基含水量，并綜合使用開挖翻曬、換填等多種技術方法，確保地基承載能力能夠達到技術規范要求，從而有效控制不均勻沉降，避免橋頭發生跳車問題。

在設計中還可以采用變剛度設計等方法，利用疏密樁以及長短樁技術等，使臺背地基剛度能夠實現漸次過渡。此外，在對橋頭路基進行處理時，設計人員還應盡量選擇輕質泡沫土或者EPS材料等強度高、質量輕的材料作為路基填料，以降低路基荷載。在路基加筋設計中則應選擇合成土工材料，以提高路基結構剛度。設計人員應通過級配實驗等方式合理確定填料的最佳級配，且路基形式應采用階梯狀，或者將坡率控制在1:1。

設計人員應加強路基的排水設計，可以采取設置泄水管以及橫向盲溝等方式促使臺后填料中的積水順利排出。另外還應在擋土墻背部設置反濾層等，以便通過泄水孔導出積水，從而避免路基產生不均勻沉降，達到防治橋頭跳車的目的。

5.2 路堤處治技術研究

在市政道路橋梁工程的過渡段，由于臺背路堤往往處于相對較高位置，而臺背填土作業則需要在橋臺等其他構造物施工完成后才能進行，這會導致過渡段路堤由于沉降固結時間不足而產生明顯的壓縮沉降，而路堤的沉降不均勻則是引發橋頭跳車問題的重要因素。因此，在市政道路過渡段路堤的設計中，設計人員應加強對現場施工情況的了解，并根據其施工特點優化設計方案，合理選擇路堤填筑工藝，科學確定填料的各項質量性能指標參數。設計人員應盡量選擇自重相對較輕的材料作為填料，且應充分考慮填料的經濟性。設計人員還可以采用土工格柵加筋等方式使市政道路過渡段路基填土具有更高的整體性和承載能力，從而有效防止橋頭跳車問題的出現。

以采用強夯工藝進行臺背路堤工程設計為例，設計人員應準確掌握市政道路橋梁工程規模、橋臺類型、工程區域地基條件和工程基礎結構剛度等各項數據信息，根據臺背路堤施工現場的實際情況合理確定夯點布局形式、夯點間距和數量，并可以通過現場試驗驗證等方式對夯實機具類型型號、夯錘重量、夯擊順序以及夯擊遍數等關鍵性工藝參數加以確定，以確保路堤的壓實度符合相關技術規范要求，從而達到控制不均勻沉降、防治橋頭跳車的目的。在采用土工格柵技術對市政道路過渡段路基進行防治處理設計時，設計人員應按照土工格柵抗拉強度的設計值對路基不同深度條件下土工格柵的層間距進行計算分析，并對路基深度與格柵層間距之間的關系繪制曲線圖，以便確定臺背加筋是的布筋最大間距。同時，設計人員應嚴格遵守相關技術規范，并通過有限元分析確定格柵間距，從而優化布筋設計方案，達到防治目的。

5.3 路面處治技術研究

在對市政道路過渡段路面進行設計時，設計人員可以根據工程的實際情況采取不同的橋頭跳車防治措施。在路面設計中可以采取預留反向坡度的設計方法。反向坡度一般應選擇預留與臺堤結合部位，且應按照臺堤沉降差的具體測算數據來確定坡度值。同時，在過渡段的路面設計中還可以采取在橋頭處的部分路段設置過渡性臨時路面，并在路堤沉降穩定后，再按照市政道路正常路段的路面設計標準進行改鋪。設計人員應合理控制過渡段路面臺帽以及背墻的設計標高，且應利用背墻頂面擱置搭板一端，以減少接縫數量，降低橋頭跳車現象發生的概率。

在市政道路橋頭設置搭板是治理橋頭跳車問題的常用方法。在橋頭搭板設計中，設計人員應結合市政道路橋梁工程橋面行車道的具體寬度等因素準確計算搭板寬度、長度、厚度以及配筋率等各項設計參數，以確保橋頭搭板結構構造設計科學合理。同時，設計人員還應按照市政道路橋梁工程要求確定搭板連接形式、是否使用漸變板以及脹縫的設置位置和數量，并要準確計算橋梁斜交角等參數，以便確定板塊的數量。

由于應力往往集中作用于枕梁下方路基上，因此在對市政道路過渡段路面進行設計時還應根據搭板形式的不同進行相應枕梁設置，以提高其承載能力。通常在多段式搭板的假鉸處應采用枕梁的設計，且應合理控制枕梁底截面的寬度。設計人員應準確計算枕梁下地基的實際容許承載力，以確保其達到250KPa以上。

5.4 排水設施的改進技術研究

傳統的市政道路排水設施在排水能力以及效率方面難以滿足現階段的實際需要，為確保積水能夠及時排出，應對排水設施加以改進。在排水設計中可以從路基底部開始，從下向上依次設置粘土層、隔離層以及透水層。

（1）隔離層以及粘土層的設置值能夠有效提高隔水效果，避免路面積水向路基下滲，對路基結構的穩定性以及強度產生不利的影響。在設計隔離層時，可以根據工程具體情況選擇油氈等材料，且應在粘土層上直接鋪設。

（2）應選擇厚度在2cm到5cm左右的中砂層，利用其對隔離層材料加以保護，避免其受到透水層材料的擠壓破壞。為避免積水沿臺背向下滲入，還應采用瀝青等材料涂刷在臺背處。在透水層設計中應合理控制碎石級配，而在盲溝的設計中則應選擇粒徑相對較大的碎石作為填料。

（3）在接觸透水層的進水口位置應設置反濾層，且反濾層材料可以選擇土工織物等。同時應經雙層隔水層設置在盲溝四周，以避免積水滲入。結構層地波的縱坡坡度應控制在3%左右，以提高排水的效率。

（4）在排水設計中應充分考慮排水性能以及成本等因素合理選擇臺背填料，可以采用輕質粉煤灰等作為填料，以改善市政道路過渡段的排水能力，從而避免沉降不均勻現象的發生，有效解決橋頭跳車問題。

結語：

為避免市政道路橋頭發生跳車問題，市政設計等相關部門應加強對橋頭跳車現象的成因的分析研究，準確掌握各項影響要素，結合市政道路工程的實際情況準確計算橋頭過渡段沉降差以及路面行車荷載等各項參數，以便以此為依據不斷優化市政道路橋梁工程設計方案，科學地選擇防治措施，對市政道路橋梁工程的傳統排水設施加以改進完善，提高其排水能力，降低不均勻沉降發生的概率，從而有效防止橋頭跳車問題的出現，全面提高市政道路橋梁工程的設計水平，為保證城市交通的安全暢通奠定良好的基礎。