公路橋頭跳車的成因和防治措施分析

廖云朋

（四川三江交通建設(shè)工程有限公司，四川 宜賓 644000）

0 引言

保障車輛行車安全穩(wěn)定是公路工程項(xiàng)目施工的基礎(chǔ)，橋頭跳車作為一種常見(jiàn)的公路施工病害，不僅影響公路行車安全，還會(huì)對(duì)行車穩(wěn)定性和舒適性產(chǎn)生影響。如果公路工程的車流量和填方量較高，公路橋頭跳車病害發(fā)生概率將會(huì)顯著增加，對(duì)后續(xù)公路運(yùn)行維護(hù)造成威脅。

通常情況下，公路工程項(xiàng)目的橋頭路基側(cè)填土以柔性和半剛性材料為主，受車輛荷載力因素影響，該類材料容易產(chǎn)生塑性變形。多數(shù)公路橋頭側(cè)邊材料多為剛性材料，受差異性剛度因素影響，容易加劇公路橋頭變形概率，當(dāng)車輛行駛至橋頭連接處，可能出現(xiàn)車輛抖動(dòng)和跳車現(xiàn)象。在部分路況一般、地質(zhì)條件較為特殊的區(qū)域行駛時(shí)，如頻繁出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象，極有可能誘發(fā)交通事故，給交通安全和公眾出行帶來(lái)不便。

因此，分析橋頭跳車問(wèn)題產(chǎn)生的原因?qū)τ诠饭こ添?xiàng)目建設(shè)至關(guān)重要，施工單位需要在此基礎(chǔ)上改進(jìn)施工技術(shù)，從而保障公路行車安全。

1 工程概況

某高速公路工程項(xiàng)目位于國(guó)家西南地區(qū)某一線城市，該高速公路全長(zhǎng)123km。

在公路工程施工勘探環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)該公路工程穿越地區(qū)的地形地勢(shì)非常險(xiǎn)峻，地質(zhì)結(jié)構(gòu)也相對(duì)復(fù)雜。該公路工程采用EPC 總包模式。該公路為雙向四車道，經(jīng)過(guò)隧道13 座。

對(duì)比其他地區(qū)高速公路建設(shè)案例可知，該高速公路整體的地形地勢(shì)條件非常復(fù)雜，公路邊坡防護(hù)難度也較大，施工難度和復(fù)雜性較高。

2 公路橋頭跳車原因剖析

2.1 公路橋頭和路基的沉降差

考慮高速公路橋梁工程材料剛度較高，在高速公路工程項(xiàng)目竣工后，該區(qū)域幾乎已經(jīng)完成沉降。由于公路橋梁臺(tái)背區(qū)域的材料主要為半剛性材料和柔性材料，在公路回填作業(yè)完成一段時(shí)間后，可能受土基固結(jié)或其他因素影響導(dǎo)致橋頭部分產(chǎn)生沉降[1]。

此外，考慮公路工程橋頭部分路基是直接在天然路基上進(jìn)行回填施工作業(yè)，受回填填料荷載力等因素影響，加劇天然路基沉降變形，由此導(dǎo)致公路產(chǎn)生橋頭跳車病害。

2.2 公路結(jié)構(gòu)變化引發(fā)的橋頭跳車

橋臺(tái)作為連接公路和橋梁的重要紐帶，由于橋梁工程項(xiàng)目和路面工程項(xiàng)目面層結(jié)構(gòu)不同，假設(shè)將公路橋臺(tái)背墻作為分割點(diǎn)，橋頭側(cè)路面層結(jié)構(gòu)是以柔性材料和半剛性材料為主的單層路面體系，而另外一側(cè)的路基則由多個(gè)面層體系組成。即便受相同車輛荷載力因素影響，由于兩側(cè)路面結(jié)構(gòu)體系不同，可承受的荷載力也有所差異[2]。

一般情況下，公路一側(cè)路面結(jié)構(gòu)的沉降變形率較小，而公路另一側(cè)的路基則容易產(chǎn)生沉降變形。隨著公路使用年限的不斷推移，最終導(dǎo)致出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象。

2.3 路面排水不暢誘發(fā)的橋頭跳車

由于公路橋頭兩側(cè)路面的結(jié)構(gòu)存在一定差異，在公路和橋梁連接區(qū)域存在空隙。進(jìn)入雨季后，降水會(huì)隨連接處的縫隙直接滲透至路基回填材料中，尤其是在連續(xù)暴雨季節(jié)，受雨水大面積沖刷，可能對(duì)公路橋梁臺(tái)背回填材料產(chǎn)生侵蝕。隨時(shí)間推移，直接侵蝕臺(tái)背回填材料中的骨料，甚至導(dǎo)致橋梁臺(tái)背回填區(qū)域出現(xiàn)局部凹陷現(xiàn)象[3]。在路面荷載力因素影響下，導(dǎo)致高速公路橋頭地區(qū)路基產(chǎn)生沉降，發(fā)生橋頭跳車現(xiàn)象。

2.4 未能嚴(yán)格把控公路工程施工質(zhì)量

施工單位針對(duì)公路橋梁臺(tái)背區(qū)域進(jìn)行施工建設(shè)時(shí)，沒(méi)有嚴(yán)格按照施工規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工。尤其對(duì)于橋梁臺(tái)背開(kāi)展回填作業(yè)施工時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)施工作業(yè)面過(guò)于狹窄、臺(tái)背施工面不規(guī)則以及壓實(shí)度較低等問(wèn)題。受施工技術(shù)等因素影響，公路正常通車后，隨時(shí)間推移，公路路面受荷載力影響愈發(fā)嚴(yán)重，從而誘發(fā)橋頭跳車問(wèn)題[4]。

此外，在公路工程項(xiàng)目施工環(huán)節(jié)，橋梁工程和路基施工同步進(jìn)行，但針對(duì)臺(tái)背進(jìn)行施工作業(yè)時(shí)，由于臺(tái)背區(qū)域面積較小，難以利用大型施工設(shè)備完成填方作業(yè)，只能采用人工填方或小型機(jī)械填方施工模式，難以保障公路工程的施工質(zhì)量和效率，從而引發(fā)橋頭跳車病害。

2.5 材料變形導(dǎo)致的橋頭跳車現(xiàn)象

在高速公路工程項(xiàng)目施工環(huán)節(jié)，由于公路橋頭后部區(qū)域的填土密度、填料空隙率、含水率較高，受自身重力以及外部荷載力等因素影響，填料可能產(chǎn)生壓縮現(xiàn)象，導(dǎo)致填料密度增加，空隙率升高，隨公路使用年限的不斷增加，橋梁橋頭后部區(qū)域逐漸發(fā)生沉降。根據(jù)公路工程路基項(xiàng)目施工要求可知，公路路堤和橋頭連接處的壓實(shí)度需大于95%，實(shí)際施工過(guò)程必須重點(diǎn)做好填料的強(qiáng)度控制工作[5]。公路通車后，受車輛荷載力和重力等因素影響，路基會(huì)出現(xiàn)一定程度的壓縮變形，進(jìn)而誘發(fā)公路橋頭沉降病害。

3 公路橋頭跳車病害防治措施

3.1 合理設(shè)置橋頭位置

設(shè)計(jì)人員必須結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況做好橋梁結(jié)構(gòu)安置工作，高度重視橋臺(tái)選址工作。通常情況下，橋梁橋臺(tái)位置應(yīng)處于地質(zhì)結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)承載力高且岸坡滿足橋梁臺(tái)背施工條件的區(qū)域。針對(duì)橋臺(tái)后側(cè)路基進(jìn)行施工時(shí)，需要充分考慮路堤的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度、填方量等因素，并結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況制訂合理的橋臺(tái)防護(hù)方案。以該公路工程為例，建議施工單位選擇六棱角磚配合植草防護(hù)施工方案[6]。針對(duì)靠近河道和峽谷的橋臺(tái)區(qū)域進(jìn)行施工時(shí)，建議選擇漿砌片石防護(hù)方案。

3.2 橋頭回填臺(tái)背基底處理

技術(shù)人員針對(duì)橋頭進(jìn)行回填施工作業(yè)時(shí)，首先，提前清理公路路基周圍的垃圾和雜質(zhì)，并對(duì)路基表層土內(nèi)的腐殖物進(jìn)行處理。如果在路基處理環(huán)節(jié)遇到淤泥等不良地質(zhì)，要提前進(jìn)行清淤作業(yè)。其次，技術(shù)人員還要在臺(tái)背和路基的過(guò)渡區(qū)域進(jìn)行開(kāi)挖臺(tái)階作業(yè)，結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況合理控制臺(tái)階的高度、寬度等數(shù)值[7]。一般情況下，臺(tái)背臺(tái)階高度宜控制在1m，寬度宜在3m 以內(nèi)。最后，對(duì)臺(tái)階進(jìn)行回填作業(yè)時(shí)，可鋪設(shè)強(qiáng)度較高的加筋土工布，再采用分層回填的方式進(jìn)行回填，并對(duì)回填區(qū)域進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)。如果在施工過(guò)程中遭遇軟土地基，要先進(jìn)行加固處理。以該工程案例為例，施工人員采用換填法和排水固結(jié)法進(jìn)行施工作業(yè)，先挖除軟土層，再對(duì)基底進(jìn)行夯實(shí)作業(yè)，最后將粒徑較大的填料填入其中[8]。如果軟土層比較厚，技術(shù)人員則要結(jié)合實(shí)際情況采用碎石樁回填作業(yè)技術(shù)。

3.3 嚴(yán)格控制回填材料質(zhì)量和施工質(zhì)量

橋臺(tái)回填材料對(duì)透水性和穩(wěn)定性要求較高，在施工作業(yè)環(huán)節(jié)，技術(shù)人員需要選擇穩(wěn)定性較強(qiáng)的無(wú)機(jī)材料進(jìn)行回填作業(yè)，如天然砂礫等。該工程案例施工環(huán)節(jié)，建議施工人員選擇連續(xù)級(jí)配碎石以及亞甲藍(lán)指數(shù)低于1%的填料進(jìn)行回填作業(yè)，工程結(jié)束后，回填材料會(huì)自動(dòng)固結(jié)，雨水難以滲透至回填材料中，可以有效避免因回填材料自身沉降誘發(fā)的橋頭跳車病害[9]。

在實(shí)際公路工程項(xiàng)目施工建設(shè)環(huán)節(jié)，技術(shù)人員必須結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況做好回填材料質(zhì)量把控工作，針對(duì)臺(tái)背進(jìn)行回填作業(yè)過(guò)程，嚴(yán)格按照施工技術(shù)要求選擇材料。技術(shù)人員可通過(guò)工程試驗(yàn)獲取臺(tái)背區(qū)域施工參數(shù)，在回填作業(yè)環(huán)節(jié)，控制每一級(jí)臺(tái)階的壓實(shí)度和回填厚度。

此外，技術(shù)人員還需要做好回填料含水率檢查工作，將回填料的含水率控制在2%以內(nèi)，才能保障回填料充分發(fā)揮自身的力學(xué)性能[10]。針對(duì)回填料進(jìn)行碾壓作業(yè)時(shí)，對(duì)于邊角等不能使用大型碾壓設(shè)備進(jìn)行碾壓的部分，可采用人工整平方式進(jìn)行作業(yè)，并配以小型碾壓作業(yè)設(shè)備進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)。在回填作業(yè)完成后，技術(shù)人員需要對(duì)每層回填區(qū)域的壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，待檢測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)后，開(kāi)展后續(xù)填筑施工作業(yè)[11]。

3.4 針對(duì)橋頭路基特殊結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理

結(jié)合大量案例可知，導(dǎo)致橋頭跳車病害產(chǎn)生的主要原因是橋頭位置出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，為減少跳車病害對(duì)路面行車造成的負(fù)面影響，部分公路橋頭和路堤的連接處采用搭板設(shè)計(jì)。

通過(guò)閱讀相關(guān)參考文獻(xiàn)可知，依托有限元分析，在路堤和橋頭沉降差異確定的前提條件下，適度增加搭板厚度可以有效改變?cè)搮^(qū)域的沉降和變形情況，而適度增加搭板的長(zhǎng)度也可以解決這一問(wèn)題。鑒于此，高速公路工程施工單位在工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可適當(dāng)增加搭板長(zhǎng)度和厚度，以此減輕橋頭跳車病害產(chǎn)生的負(fù)面影響[12]。公路通車后，搭板區(qū)域受動(dòng)力荷載因素影響，其下發(fā)路基將承受較為復(fù)雜的應(yīng)力。在工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，該應(yīng)力難以確定，因此針對(duì)橋臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可在該區(qū)域增設(shè)一段較厚的埋板，以此減少應(yīng)力對(duì)路基產(chǎn)生的影響，降低路基沉降概率。如果公路路面材料為混凝土，需要對(duì)施工區(qū)域連接處的面板厚度參數(shù)加以調(diào)整，以有效減少路面不規(guī)則沉降，確保路面行車安全[13]。

高速公路工程項(xiàng)目施工單位要結(jié)合區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境等因素，適度調(diào)整公路路面基層強(qiáng)度，以減少臺(tái)背分割點(diǎn)兩側(cè)路面的面層結(jié)構(gòu)差異，降低臺(tái)背兩側(cè)區(qū)域的不規(guī)則沉降概率。例如，在高速公路工程項(xiàng)目施工建設(shè)環(huán)節(jié)，公路基層結(jié)構(gòu)以水泥、砂礫等較為穩(wěn)定的材料為主，為減少橋頭跳車病害發(fā)生概率，可以在臺(tái)背分割點(diǎn)部分對(duì)基層材料進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)增加基層材料剛度、強(qiáng)度等參數(shù)來(lái)確保分割點(diǎn)兩側(cè)區(qū)域的抗壓和抗剪能力趨于一致，借此降低跳車病害發(fā)生概率[14]?？紤]公路橋頭區(qū)域和路基路面的結(jié)構(gòu)體系存在較大差異，可以在臺(tái)背分割點(diǎn)區(qū)域設(shè)置一段矩形板進(jìn)行過(guò)渡。

3.5 優(yōu)化公路工程設(shè)計(jì)方案

針對(duì)公路橋梁工程進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要充分考慮橋梁選址。影響橋梁選址的要素眾多，包括地形、地質(zhì)條件、水文以及氣候因素等。相關(guān)人員必須結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況，秉承因地制宜原則處理施工過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題。借助先進(jìn)的施工設(shè)計(jì)軟件輔助施工，通過(guò)數(shù)理分析施工參數(shù)構(gòu)建有限元集合模型，對(duì)施工設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行優(yōu)化。如果在施工環(huán)節(jié)遭遇特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)，需要靈活應(yīng)用新型施工工藝和施工材料[15]。目前，多數(shù)施工單位會(huì)選擇輕質(zhì)混凝土材料進(jìn)行施工，對(duì)比其他類型的混凝土材料，輕質(zhì)混凝土材料的密度、自重以及強(qiáng)度等參數(shù)，都處于較高水平，將輕質(zhì)混凝土材料用于臺(tái)背回填作業(yè)，可以有效降低臺(tái)背沉降率。在實(shí)際的工程項(xiàng)目施工設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，施工人員既要考慮工程項(xiàng)目施工建設(shè)成本，又要做好后續(xù)工程項(xiàng)目運(yùn)維養(yǎng)護(hù)工作，以延長(zhǎng)公路橋梁工程使用壽命，保障施工質(zhì)量。在工程項(xiàng)目施工環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)單位還需要在設(shè)計(jì)圖紙中羅列施工注意事項(xiàng)，做好施工圖紙審查工作，對(duì)施工圖紙中的高層、坐標(biāo)等參數(shù)進(jìn)行復(fù)核，確保公路橋頭位置符合施工要求[16]。如果在施工環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)地質(zhì)條件存在出入，需要及時(shí)同設(shè)計(jì)方進(jìn)行溝通。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，橋頭跳車現(xiàn)象屬于一種較為常見(jiàn)的公路工程病害，尤其在地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的區(qū)域，橋頭跳車病害發(fā)生率較高，處于通車運(yùn)營(yíng)階段的公路如果頻繁發(fā)生橋頭跳車現(xiàn)象，不僅會(huì)對(duì)行車安全構(gòu)成威脅，甚至可能誘發(fā)交通事故。由此可見(jiàn)，公路工程設(shè)計(jì)單位和施工單位必須高度重視橋頭跳車病害，根據(jù)施工區(qū)域的實(shí)際情況制定合理的橋頭跳車病害防治舉措，嚴(yán)格按照高速公路施工建設(shè)要求進(jìn)行施工，把控臺(tái)背區(qū)域回填質(zhì)量，結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H地質(zhì)條件和水文條件選擇回填材料。施工單位還要約束施工人員的施工作業(yè)行為，以此減少公路橋頭跳車現(xiàn)象發(fā)生概率，為路面安全行車創(chuàng)造有利條件。