浅谈桥头跳车的几项预防措施

2022-09-11

改革开放以来, 中国的公路建设取得了飞速发展, 到2006年底, 全国公路通车总里程已达348万公里, 高速公路4.54万公里。其中在桥台构筑物与台后填土衔接处路面形成台阶或显著纵坡变化, 高速行驶的车辆通过时产生颠簸跳跃, 从而导致桥头跳车现象的产生。这种现象几乎在每条高速公路上都有, 只是数量多少和程度轻重的差别。

桥头跳车是指由于桥涵构造物与桥涵台后的路堤之间的沉降差超过某一限定值造成汽车经过该路段时车轮产生上下振动的现象。一般认为当这种沉降差达到1.5cm以后就会给司机带来明显的不舒适感。桥头跳车的存在, 轻则使车辆通过时产生跳动和冲击, 而对桥梁和路面造成附加的冲击, 并使司乘人员感到颠簸不适, 严重的桥头跳车现象, 尤其在高速公路中, 不仅使行车的不舒适感大为增加, 车速大幅度减低, 甚至导致车辆失控而发生交通事故。同时, 对桥头路面大量的维修养护不仅花费了大量的人力、物力和财力, 而且也产生了不良的社会影响。本文就桥头跳车的原因和预防措施进行一些探讨。

1 桥头跳车产生的原因

(1) 刚度差异:一般而言, 桥台属于刚性结构, 基础设置在较好的持力层上, 采用扩大基础或桩基础, 沉降几乎为零。对于桥头引线来说, 无论采用的是刚性路面结构还是柔性路面结构, 其路基都属于柔性的, 在车辆的交变荷载作用下, 不但会产生弹性变形, 而且会产生较大的不可恢复的塑性变形。此种塑性变形随着时间的不断积累, 往往会大大超过桥台的沉降而产生二者的差异沉降, 从而导致桥头跳车。 (2) 地基下沉:由于地基土质不良而造成的地基沉陷是桥头跳车的主要原因。桥涵通常位于沟壑地方, 地下水位较高, 在南方地带多有软土, 此类土天然含水量大于液限, 天然孔隙比较大, 常含有机质, 压缩性高, 抗剪强度低, 一旦受到扰动, 天然结构易受破坏, 强度便显著降低。桥头路基填筑高度一般较大, 会产生较大的基底应力, 在路堤自重和车辆荷载作用下, 更容易引起地基沉陷, 且变形稳定历时往往持续数年乃至数十年。就是在一些稳定地基, 在外荷作用下, 也无可避免出现这个问题。 (3) 路堤压缩沉降:桥台后填料一般为渗透性材料, 存在着多孔隙。一般情况下, 路桥过渡段的施工是在桥涵与路基施工之后进行的。由于结构物的存在所导致的施工作业面狭小, 同时也是为了保证结构物本身的安全, 使得大型压实机具难以启用, 而小型设备又很难达到较好的压实效果, 这就不可避免地造成此段压实度不足, 甚至存在压实盲区, 不能将填料颗粒间孔隙完全消除, 在车辆荷载和自身重力作用下, 填料迅速压缩, 孔隙率降低, 便在短时间内产生压缩沉降, 造成跳车。在工程实践中, 就是施工时工序符合要求, 压实度达到要求, 但桥台后填土较高, 随着时间推移, 也会不可避免的产生沉降。有时桥台后填土荷载对基底产生附加压力, 严重时会使桥台向后倾斜, 发生不均匀下沉, 危及行车安全。 (4) 施工措施不当:当前一些施工队盲目追求高速度, 未意识到桥台背后施工的特殊性, 没有做严格的地基处理, 对台背填料不加选择, 没有严格按施工规程作业, 桥台背填土速度过快, 没有充分时间固结, 对地基造成扰动和破坏, 对桥台背挡土墙等构造物挤压力大。施工时没有按分层填筑、分层碾压、分层检测“三分法”施工, 用料没有把好质量关, 压实度没有达到要求。对路面衔接处排水措施没有做好, 桥台处的防护工程不到位, 致使锥坡土体受到长期冲刷或桥台后排水不利, 桥台防护工程处理不当, 会使锥坡土体因受到长期冲刷而失去稳定性或桥台后填土因排水不利而长期处于潮湿状态, 致使土体强度降低, 这些人为因素使高填土引道不稳定, 工后沉降大, 且不均匀, 是造成跳车现象主要原因之一。

2 桥头跳车预防措施

(1) 改进设计。 (1) 搞好台背部位的地基处理:首先要彻底清淤, 将桥涵头所有含量超标准的土壤完全清除, 直到符合强度要求为止, 消灭填料地基隐患。换填时可采用适用于各自土质特点的特殊地基处理方法进行处理, 比如软土地基适合采用袋装砂井、粉喷桩、挤密桩等进行处理;湿陷性黄土地基适合用强夯法并用加固土进行封闭的方法来减少工后沉降。 (2) 选择合适的台背填料:在桥台5m~10m范围内选择强度高、易压实、固结快、透水性好、后期压缩变形小的材料, 如级配良好的卵石土、碎石土、中粗砂以及强度较高的工业废渣等。这些材料渗水性好、无孔隙水压高及抗压强度高、易压实, 且能有效地排除土中自由水, 防止冻害。 (3) 设置桥头纵坡:设置从刚性桥面到柔性路面的过渡段桥头搭板, 做成沿路线纵向10%的纵坡, 减缓从桥梁下来对路基面层的冲击力。 (4) 加强桥头排水设计:水对地基和填土垢强度具有非常大的影响, 水可以使土体含水量增加, 使地基承载力下降和边坡土方饱和和坍塌。因此桥头填方路基更应注意排水设计, 要保持桥头排水通畅无积水。在两侧桥头路堤中央分隔带加铺预制块硬化路堤表面, 并要求硬化带与桥台前锥坡硬化连成一体, 防止水渗入桥台后路堤内。在有地下水渗入的地段。要设置渗沟、盲沟等排水设施。 (5) 预防桥头跳车新技术的运用:如用土工格栅处理台背填方;用加筋土整体式桥台解决软土地基路桥结合处的差异沉降;台背回填设计中“刚柔过渡”法的运用;轻质整体路堤防治桥头跳车等。

3 预防桥头跳车的施工方法

(1) 设置桥头钢筋混凝土搭板。 (1) 内容;在桥头设置钢筋混凝土搭板是防治桥头跳车的一项主要辅助措施。搭板的一端支承在台背上, 用锚栓固定, 另一端可直接置于石灰稳定土或路面基层上, 有时也在板下设枕梁。搭板长度依据设计行车速度、路堤填土高度及预计的桥台与台后填土的工后沉降差的大小来确定, 可选用4m, 6m, 8m, 10m, 12m几种长度。搭板的受力形式多种多样, 在顶、底面配置足够数量的受力钢筋, 搭板的下面设不小于2m厚的石灰稳定土或碎砾石垫层, 石灰稳定土或碎砾石垫层应在两侧铺至边坡面处, 并顺路方向铺至搭板外2m~3m。 (2) 不足之处:由于实际施工中搭板长度都较短, 设置桥头搭板对于较大的差异沉降仍旧无能为力。且易在枕梁处发生局部下沉造成二次跳车, 重交通荷载作用下搭板有可能折断。 (2) 加筋土路堤结构。 (1) 内容:通过土工格栅加筋来处理桥头跳车的方法正越来越多地受到人们的重视, 做法是在台后路基中分层埋设加筋材料。其不但能将台后路基与桥台交界处的台阶式沉降变为连续的斜坡式沉降, 还能减小路堤下沉, 试验结果表明, 当路桥过渡段内发生连续斜坡式沉降的总沉降量在4cm~5cm时, 对于刚性路面的正常使用影响不大, 能消除跳车现象。 (2) 不足之处:土工格栅作为一种平面结构, 对路基刚度的提高作用不大, 对土体侧向变形的限制也很有限, 但对填料的要求却比较高, 更重要的是土工格栅消化的只是部分的路基压缩变形, 不能消化由于地基沉降所产生的变形量, 而地基沉降在大多数的桥头跳车的情况中起着主要作用。因此, 用土工格栅来处理桥头跳车在地基条件较好的情况下是有利的, 但不能从根本上解决桥头跳车现象。 (3) 铺筑土工格室柔性搭板: (1) 内容;土工格室柔性搭板是相应于钢筋混凝土搭板而言的, 它采用上长下短的楔形分层布置形式, 相对于土工格栅来说, 其为立体加筋结构, 对土体不但有水平摩擦作用, 且有竖向摩擦作用, 其作用机理为利用土工格室孔眼对土的锁定及加筋补强作用, 加大土体的摩擦, 从而约束土体的侧向移动和沉降, 有效阻止土体的位移, 提高其稳定性, 相当于有一定抗弯刚度的柔性筏基, 从而减小了桥台混凝土与台后填料的变形差。其不但减小了路堤压缩沉降, 还减小了地基沉降。 (2) 说明:铺筑土工格室楔形柔性搭板是一种新兴的治理方法, 其造价相对低廉, 施工简便, 是一种相对较好的处治桥头跳车方法, 目前这一方法正处于技术成熟阶段, 对其量化研究与优化设计成为当务之急。 (4) 地基处理。 (1) 内容:地基处理有多种方法, 如换土垫层法, 可换填天然砂砾、碎石、工业废渣等, 强夯法, 粉喷桩、旋喷桩、碎石桩、砂桩、塑料排水板堆载预压等, 对季节性冻融地区的桥头地基遇有饱和细粒土或含水土层时, 应全部挖除, 换填透水性土压实后再填路基。路基土填筑时还应控制其填土速率。 (2) 不足之处:地基处理的方法是有效的, 但其不能根本消除软基沉降现象, 其工后沉降值一般情况下都远远大于桩基桥台的沉降量。 (5) 严格控制桥头路堤的压实度。 (1) 内容:严格控制桥头路堤的压实度, 对于压路机无法到达的区域, 应采用小型振动式压路机分层碾压。增加台后填土的密实度, 提高压实度标准有利于减小变形量桥台与路堤衔接处产生差异沉降。但是根据有关资料的调查研究, 当土堤压实度为95%时, 每米填土工后的沉降为1cm, 而桥头的路基填筑高度一般都较高, 因此, 路基的压缩沉降也是比较可观的。我国现行的公路软土地基设计与施工技术规范规定, 高速公路、一级公路的容许工后沉降为:桥台与路堤相邻处不大于10cm, 涵洞或箱形通道处不大于20cm, 一般路堤处不大于30cm。 (2) 不足之处:不同填料即使压实度相同, 在同一荷载作用下其变形是不相同的。强度小、刚度小的材料变形较大, 粘性土相对于砂土其变形就大得多。显然, 仅用压实度指标控制台背填筑很难有效地避免较大差异沉降的产生。 (6) 选择优质路堤填料与轻质路堤。 (1) 内容:台背一定范围内采用模量比较大、容易压实的材料进行换填, 例如石灰土、级配碎石 (铁路客运专线) 、砂粒等, 也可采用轻质路基填料如气泡混合轻质土、泡沫聚苯乙烯、粉煤灰等。通过换填可以大为减小路基的压缩变形。 (2) 不足之处:换填材料往往造价偏高, 从而加大工程投资。