長三角軟土地區橋頭跳車問題研究

成鳳杰

昆山市交通科技研究中心有限公司 江蘇 昆山 215300

隨著我國經濟的快速發展，公路建設等級及線型標準都相應提高，公路橋梁比也隨之提高，橋頭跳車問題也愈顯突出，影響車輛通行安全。特別是在我國長三角區域軟土路基較多，處理不當容易出現橋頭跳車病害。根據調查資料，在昆山地區橋梁健康檢測巡查中50%以上橋梁均存在輕微或中度以上橋頭跳車問題。因此，以昆山地區為例研究長三角軟土地區橋頭跳車問題具有重要研究價值及意義。

1 病害概況

元豐大道是昆山市南部地區東西向主干路，道路技術等級為一級，雙向六車道。在道路巡查中發現元豐大道K24+560處橋頭跳車病害嚴重，路面縱斷曲線在橋臺位置呈折線狀。現場測量K24+550-K24+570高程，每2m測量一次，根據測量數據得出高程表。由表1可知，在K24+560處以后路面高程呈折線式下降，與橋梁縱坡銜接不順。現場根據測量數據分析，K24+550-K24+560橋梁部分縱坡為2%，K24+560-K24+570路基部分縱坡為3.8%，其中K24+560-K24+562處縱坡達到5%。因坡度變化明顯，導致行車過程中出現嚴重跳車現象。現場隨機調研5名小客車司機及3名貨車司機，調研對象均表示K24+560處橋頭行車舒適度極差，有“飛車”失重感，嚴重影響通行車輛的使用壽命。

表1 元豐大道K24+550-K24+570處橋頭跳車病害處高程表 單位：m

2 成因分析

橋頭跳車病害成因復雜，筆者認真分析其產生的原因，主要有橋臺與路基之間的沉降差、結構剛度差異引起的變形差、施工質量把控不嚴、設計方案不周全等。

2.1 橋臺與路基之間的沉降差

橋梁的橋臺主體結構剛度較強，長三角軟土地區橋臺基礎大部分為樁基礎，導致橋臺結構在建設完畢后幾乎不發生沉降。但橋臺臺背回填部分大部分為石灰土，為半剛性材料，隨著時間推移回填材料在自重及車輛荷載作用下會發生二次固結，導致發生沉降。另外，長三角地區橋臺臺背地基大部分為淤泥質土，會采用水泥攪拌樁等措施進行處置，但其在上部荷載作用下會發生沉降變形，對于地基加固效果不理想的橋臺臺背，其沉降將更顯著。特別是對于高填方臺背回填更易發生地基嚴重沉降，導致出現明顯沉降差[1-2]。

2.2 結構剛度差異引起的變形差

橋臺位置為路、橋連接的位置，從路面結構而言，橋梁段與路基段剛度差異較大，橋臺側為伸縮縫等組成的剛性結構，路基側為瀝青、水泥穩定碎石、灰土等組成的多層路面體系，兩者面對重載交通時變形量不同。在重載交通的持續作用下，橋臺發生的基本為彈性變形，卸荷后結構恢復初始狀態，但路基段由于對重載交通較為敏感，在重載交通作用下易發生塑性變形，路面形成明顯車轍，導致出現橋臺跳車問題。

2.3 施工質量把控不嚴

臺背回填具有空間小、壓實難、檢測少等特點，大型壓實施工機械無法正常施工，只能采用小型夯機進行局部壓實，導致越靠近臺背位置，壓實效果越難以保證，臺背位置經常出現壓實度不滿足設計規范要求的現象。在路基施工質量抽檢中，很少對靠近橋臺部位路基進行抽檢，路基抽檢數據無法反映橋臺臺背處路基施工質量的真實水平。部分臺背路基要求采用堆載預壓6個月，但在有限的施工工期下，大部分臺背路基未按要求時長進行堆載預壓，甚至取消堆載預壓直接施工上層結構[3-5]。

2.4 設計方案不周全

橋梁結構設計時應充分考慮橋梁部位的地質、水文、交通狀況等條件，基于各類條件給出橋梁設計的最優解。筆者在部分橋梁施工中了解到，部分橋梁地質勘察并未按勘察規范要求的分布密度進行，導致局部路段路基地質勘察結果不準確，淤泥質土等軟土未被發現，相應的地基加固措施未跟進，導致后續存在發生橋臺跳車風險。同時，目前還沒有成熟的道路橋梁沉降差計算公式，設計人員無法在設計時計算施工完成時發生的沉降量與總沉降量的比例關系，無法對存在的沉降差進行超填方處理。

3 預防性措施

3.1 合理設置橋臺位置

橋梁線位選擇時應充分考慮地質條件、經濟性等因素，特別是橋臺應盡量選擇在地質結構穩定，具有良好持力層的位置。橋臺位置均處于不良地質區域時，應盡量控制橋臺高度，在保證橋下凈空的條件下避免出現橋臺臺背高填方，在經濟性可保證的情況下盡量采用以橋代路的方式。

3.2 橋臺臺背基底處理

在橋臺臺背回填施工時，必須清除路基范圍內的表層腐殖土等雜土。對于淺層淤泥質土可采取挖除回填方式處理，挖除部分與路基過渡段采用臺階方式銜接，臺階高度一般采用高1m，寬3m，在臺階位置設置土工格柵。回填時應采用5%灰土分層回填、分層壓實的方式進行，確保挖除回填處理效果。對于軟土地基較深的情況，可采用PTC管樁、水泥攪拌樁等進行處理，排列方式采用梅花式排列。在PTC管樁、水泥攪拌樁等施工前，必須進行試樁，確認單樁承載力滿足設計要求后方可進行大規模施工。

3.3 嚴控施工工藝與材料

長三角區域橋臺回填大部分采用石灰土填筑，施工中石灰土壓實度不得低于96%，采取分層碾壓方式進行施工，在石灰土形成固結后，雨水將不能滲透，且其工后沉降量很小，能很好的避免橋頭跳車。

在橋臺臺背回填過程中，必須嚴格按照規范要求進行施工，控制好每層填筑的厚度和壓實度等參數，確保每一層灰土的施工質量都合格。對石灰土施工質量影響重大因素有：含水率、壓實度、機具組合，因此在碾壓時不能采用厚填多壓的方式，根據長三角地區經驗分為20cm每層進行碾壓才能取得較好的碾壓效果。同時施工人員要對灰土的含水率要勤測多檢，灰土含水率在最佳含水率±2%區間內時，碾壓后的灰土才能達到最大干密度。在施工過程中，對于臺背邊角等大型設備無法充分碾壓的部位，采用小型壓路機+夯機組合進行逐層碾壓，保證壓實度與其他部位一致。

3.4 新材料新技術應用

在相關文獻中，根據有限元軟件計算分析，適當增長搭板長度、增加搭板厚度能有效降低橋頭跳車問題發生的概率，對于橋臺路基受力有極大的改善。在搭板結構設計中，建議厚度采用35-40cm，長度不小于8m。搭板形式采用橋臺側薄、路基側厚的水平橫置“牛腿式”結構，防止在車輛沖擊荷載作用下搭板出現滑移等病害，優化結構受力。

臺背回填材料應滿足密度小、強度高、防水性好等特性，輕質泡沫土能有效滿足要求，在高填方橋臺位置可采用輕質泡沫土來減少橋頭跳車。輕質泡沫土澆筑前，應對基底檢查，確保無雜物、無積水。同一層輕質泡沫土澆筑中要確保在初凝前澆筑完畢，澆筑應從一端向另外一端澆筑，不得隨意施工。澆筑輕質泡沫土頂層時，應設置防裂金屬網，防止后期開裂，頂部還需設置防滲土工膜，進一步提高輕質泡沫土的防水性。

4 病害處置方案

4.1 病害銑刨

嚴重橋頭跳車病害路段基本上都會伴生其他路面病害，需要對原有路面結構層進行銑刨清除，具體清除深度需要根據設計圖紙及具體病害深度來確定。銑刨設備宜選用大型銑刨機，銑刨結束后用鋼絲刷將強度不足部分清除，結束后用強力吹風機將表面清除干凈。銑刨范圍為病害部位往外延伸1m，確保病害能徹底清除。清除路面結構后，如果發現搭板、路基出現病害，應將搭板破損部位鑿除，路基病害部位挖除。路基病害部分采用混凝土進行回填，表面敷設土工格柵，確保受力均勻。搭板破損部位重新綁扎鋼筋，澆筑高強混凝土，確保搭板不發生二次損壞。

4.2 修補材料要求

SBS改性瀝青混凝土混合料在施工前應進行配合比驗證，確定混合料、礦料的級配范圍，基質瀝青采用為70號A級道路石油瀝青。瀝青上面層碎石應采用玄武巖，瀝青集料的各項力學指標應滿足規范要求，使用前要保證集料干燥清潔，搭棚分倉存放，不得混倉。瀝青混合料必須進行馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，驗證瀝青混合料的水穩性，瀝青混合料馬歇爾試驗殘留穩定度必須不小于85%，凍融劈裂試驗殘留強度比不小于80%。

4.3 瀝青攤鋪

瀝青混凝土攤鋪前要撒布封層粘層油，撒布前采用人工清掃的方式將修補區域清理干凈，用吹風機清除浮塵，確保路面表面干燥潔凈。撒布SBS改性瀝青封層粘層油后，及時均勻撒布碎石，碎石撒布 5～6kg/m2。在修補區域的原路面側邊應涂刷1.5kg/m2的熱 SBS改性瀝青，確保修補區域瀝青混凝土路面與原路面可良好連接，消除滲水隱患。攤鋪前應確定適合的松鋪系數，攤鋪過程應按照規范要求頻次檢查攤鋪厚度、橫坡、平整度等指標，確保行車舒適度。碾壓施工可采用鋼輪壓路機和膠輪壓路機結合的方式，壓路機碾壓速度不宜過快，啟動、停車要慢，防止瀝青混合料發生推移。

4.4 接縫處理

橋頭跳車修補區域要特別注意與原路面及橋臺接縫處理，要保證連接處密實平順，要保證接縫邊緣區域的壓實度、平整度都符合規范要求。為保證接縫部位質量長久可靠，連接處原路面銑刨時要切成垂直面，并在攤鋪前在原路面、結構物側邊涂刷1.5kg/m2的熱 SBS改性瀝青，確保修補區域瀝青混凝土路面與原路面良好連接，消除滲水隱患。

5 后評估

5.1 橋頭跳車修復評估

為驗證橋臺跳車病害修復方案可行性，筆者選取文中元豐大道K24+560工點開展病害修復驗證試驗。首先對病害區域瀝青混凝土路面進行銑刨，發現搭板已發生嚴重沉降。與設計單位、監理單位共同制定病害修復方案為鑿除搭板，采用混凝土回填至設計標高，在表層設置金屬防裂網，澆筑時在混凝土預埋設置部分剪力釘鋼筋，增強橋臺搭板在重車荷載作用下的抗滑移性能。待混凝土硬化強度達標后，綁扎橋臺搭板鋼筋，澆筑完成搭板。瀝青混凝土路面攤鋪前涂刷熱 SBS改性瀝青，確保修補區域瀝青混凝土路面與原路面可良好連接。

在修復結束后，筆者對修復效果進行評估，采用3m直尺測定固定位置的路面平整度，進行長期監測，測評修復效果，監測數據如表2所示。

根據表2可知2022年3月在病害修補后，用3m直尺測量橋臺與路面間平整度，最大間隙為1.8mm。隨著行車增加，在重型車輛荷載持續作用下，2022年4月最大間隙增長至3.0mm。在2022年5月-2022月12月之間，最大間隙值未發生劇烈變化，由3.2mm增長至3.8mm。因最大間隙數值變化基本穩定，筆者降低監測頻率，每3月監測一次，2022年12月-2023年8月，最大間隙值穩定在4.0mm。監測結果表明，橋頭跳車病害處置方案合理，未發生明顯沉降變形。

5.2 輕質泡沫土回填效果評估

為驗證臺背回填采用輕質泡沫土防治橋頭跳車的效果，筆者在新建橋梁項目昆山市青陽港朝陽路橋東側橋臺跟蹤橋頭跳車實施效果。

（1）朝陽路橋輕質泡沫土所選用材料應符合國家產品標準規定，進場前做好材料抽檢工作，檢查出廠合格證等，確保材料滿足技術要求。（2）輕質泡沫土水泥采用42.5強度等級的普通硅酸鹽水泥，嚴禁不同品牌、強度等級的水泥混合使用。（3）發泡劑采用高分子復合表面活性類發泡劑，標準氣泡群密度為30-50kg/m3，稀釋倍數40-60，發泡倍率800-1200。發泡劑產生泡沫大小均勻且細密，直徑應小于1.0mm。標準氣泡柱靜置1h的沉降距不應大于3mm，標準氣泡柱靜置1h的泌水量不應大于30ml。

朝陽路橋于2021年10月開放交通，筆者開放交通后開始對東側橋臺位置監測平整度，監測數據如表3所示。

表3 青陽港朝陽路橋橋頭位置最大間隙值監測表 單位：mm

根據表3可知2021年10月橋梁修建完畢后，用3m直尺測量橋臺與路面間平整度，最大間隙為1.8mm。隨著行車增加，在車輛荷載持續作用下，2022年3月最大間隙增長至3.0mm，在2022年6月后穩定至3.2mm，未發生變化。監測結果表明，輕質泡沫土防治橋頭跳車效果明顯，可靠性、耐久性均達到設計規范要求。

6 結論

1、橋頭跳車病害成因復雜，主要有橋臺與路基之間的沉降差、結構剛度差異引起的變形差、施工質量把控不嚴、設計方案不周全等。2、針對橋頭跳車病害，可采取預防性措施來防止病害發生，避免病害發生造成社會經濟損失。預防性措施有合理設置橋臺位置、橋臺臺背基底處理、嚴控施工工藝與材料、應用新材料新技術等。特別是輕質泡沫土材料的應用可以有效避免運營期間出現橋頭跳車病害，在青陽港朝陽路橋東側橋臺應用后取得良好效果，可廣泛推廣應用。3、橋頭跳車病害發生后應及時修補，按照銑刨路面、病害修復、涂刷瀝青、攤鋪路面流程進行處理，可消除病害。元豐大道K24+560工點后續觀測結果證明病害修復方案成熟、可靠、有效。