尹自永

(1.云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院;2.云南省交通勘察設(shè)計(jì)研究院)

0 前言

隨著我國公路建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展，人們對公路使用品質(zhì)的要求越來越高，公路的安全性、舒適性將凸顯其重要性。但路橋過渡段不均勻沉降，即橋頭跳車現(xiàn)象已經(jīng)成為公路最常見的質(zhì)量缺陷之一，不僅加速了橋梁、路面和車輛的損壞，嚴(yán)重時(shí)甚至還會導(dǎo)致車輛失控，誘發(fā)交通事故，嚴(yán)重影響了公路的安全性與舒適性。因此路橋過渡段的不均勻沉降已經(jīng)越來越引起公路建設(shè)、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工等方面的重視。本文系統(tǒng)地分析總結(jié)橋頭跳車的原因，并且從設(shè)計(jì)和施工兩方面提出有效的控制措施對提高公路使用品質(zhì)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 路橋過渡段不均勻沉降成因分析

橋臺與路基的工后沉降不同，將造成軌道的不平順，導(dǎo)致公路結(jié)構(gòu)的耐久性和穩(wěn)定性。產(chǎn)生橋頭跳車的根本原因是橋臺與鄰接路段的沉降差異超過一定的界限值，致使車輛在通過橋梁時(shí)產(chǎn)生顛簸、不穩(wěn)，甚至?xí)绊懶熊嚢踩?/p>

1.1 地基沉陷

路基地基在路基路面自重和車輛荷載的作用下，會產(chǎn)生地基沉陷，是引起過渡段不均勻沉降的重要原因。然而，路基地基種類繁多，土質(zhì)差異性大。若地基上部荷載相同，因地質(zhì)情況和土質(zhì)情況差異，則地基的沉陷量具有很大的不同。就是地質(zhì)情況和土質(zhì)情況一樣，但作用在地基上的填土荷載和車輛荷載不同，則地基的沉陷量也是不一樣。

1.2 路面結(jié)構(gòu)沉陷

隨著我國高等級公路的迅速發(fā)展，路面結(jié)構(gòu)層厚度一般超過60cm。在墊層和基層施工時(shí)，由于橋臺身的影響，壓實(shí)機(jī)械不能接觸與超過臺身，導(dǎo)致臺身后一定范圍內(nèi)的墊層和基層壓實(shí)度低于設(shè)計(jì)規(guī)范要求值。通車后，在車輛荷載的長期振動作用下，墊層和基層壓實(shí)度隨之增加，路面結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生壓縮，其厚度相應(yīng)變薄引起沉陷。這種沉陷量通常較小，但在通車后不久迅速產(chǎn)生，在有軟土地基沉降的條件下起著加速橋頭跳車的作用。

1.3 剛度差異

道路是柔性(剛性)路面與柔性路基的組合，而橋梁是剛性結(jié)構(gòu)物，由于橋梁結(jié)構(gòu)剛度比道路的剛度大得多，經(jīng)過車輛荷載長時(shí)間的作用，橋跨結(jié)構(gòu)變形很小且基礎(chǔ)以下部分不會產(chǎn)生明顯變形，而作為路基填料的土基部分在自身重力和外部荷載的作用下，會產(chǎn)生彈性變形和永久變形。

1.4 設(shè)計(jì)原因

由于橋臺的類型、接縫的種類、壓實(shí)方式和搭板的設(shè)計(jì)不合理等原因?qū)е逻^量的差異沉降。特別是當(dāng)搭板壓實(shí)后再鋪筑橋和橋臺時(shí)將導(dǎo)致路橋過渡段的壓實(shí)非常困難。同時(shí)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不好也將導(dǎo)致沉降，當(dāng)填土和路基材料的含水量太高或級配不適時(shí)土的承載能力將降低，這也將導(dǎo)致土基沉降和搭板下沉。

1.5 施工控制原因

在施工過程中，由于路橋過渡段的位置特殊，場地狹小，又常使臺后填料不易達(dá)到最佳的壓實(shí)效果，竣工后沉降較大。而橋梁作為重點(diǎn)控制工程一般優(yōu)先進(jìn)行施工，路基由于被認(rèn)為施工難度較小而放在最后，經(jīng)常路橋結(jié)合處的路基填土沒有經(jīng)過很長的堆載壓密時(shí)間，導(dǎo)致交付后運(yùn)營的路面沉降變形較大。若在施工中對橋頭沉陷病害認(rèn)識不夠，沒有嚴(yán)格把握填料質(zhì)量關(guān)，按照分層填筑、分層碾壓、分層檢測三種方法施工，也可能產(chǎn)生路橋過渡段的差異沉降。

2 路橋過渡段差異沉降的危害

由于路橋過渡段的差異沉降導(dǎo)致路面的不平整主要有兩方面的原因：一是線路的幾何不平順，路橋間的沉降差使道面產(chǎn)生折角;二是路橋間剛度不同，結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力不同。

當(dāng)路橋過渡段的沉降差達(dá)到一定程度，必然會導(dǎo)致路面折角(坡差)超過允許值，破壞線路的平順，危害行車安全和乘客的舒適性。并且沉降差會使車輛高速通過時(shí)產(chǎn)生對路面結(jié)構(gòu)較大的附加應(yīng)力作用，這種作用反過來會加劇沉降差，加速路基路面的破壞。還可能導(dǎo)致路基排水不良，積水下滲到路基內(nèi)部從而降低土體強(qiáng)度，使沉降量加大，嚴(yán)重時(shí)會產(chǎn)生沉陷和坑槽。當(dāng)車輛從橋臺上下來，由于沉降差異導(dǎo)致的最大沖擊力位于路基一側(cè)，行車速度越快，沖擊力的最大值距橋臺就越遠(yuǎn)。這種沖擊力經(jīng)常使過渡段內(nèi)產(chǎn)生翻漿破壞，路基下沉變形等病害;當(dāng)車輛向橋臺方向運(yùn)行時(shí)，由于車輛通過橋頭時(shí)產(chǎn)生的跳動與沖擊，從而對橋梁和道路造成附加的沖擊荷載，加速橋臺、橋頭搭板、支座和伸縮縫的破壞，同時(shí)也加劇車輛的機(jī)件和輪軌的磨損，增加維修費(fèi)用。

3 路橋過渡段設(shè)計(jì)控制

由于建設(shè)工程勘察設(shè)計(jì)的質(zhì)量對于建設(shè)工程質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，因此對于路橋過渡段的質(zhì)量控制應(yīng)首先從設(shè)計(jì)階段開始。在設(shè)計(jì)階段，必須進(jìn)行科學(xué)合理的分析。

3.1 規(guī)范的合理控制

交通部《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》中明確規(guī)定了路橋連接處最大容許工后沉降為10cm，且要求連續(xù)2～3個(gè)月觀測的沉降量每月不超過6mm，才能進(jìn)行路面施工。通過多年的施工實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)當(dāng)施工期緊張時(shí)不可能連續(xù)觀測2～3個(gè)月沉降量，因此建議將路橋連接處最大允許沉降控制在5 cm以內(nèi)。

3.2 巧用土工格柵

土工格柵是一種典型的應(yīng)力、應(yīng)變分散材料，當(dāng)土工格柵與土一起承受車輛荷載和土體自重時(shí)，土工格柵會約束土體的側(cè)向變形，控制路基填土的側(cè)向位移，增強(qiáng)路基整體穩(wěn)定性，由于土工格柵與路基填土的摩擦作用，使上部荷載在路基中重新分配，降低了土中的垂直應(yīng)力，而且由于土工格柵具有彈性，在車輛荷載的反復(fù)作用下，也會減少或不產(chǎn)生變形的累積。

土工格柵因上述獨(dú)特的工程性質(zhì)，使路橋過渡段橋臺臺背回填加鋪土工格柵的結(jié)構(gòu)型式成為一種控制路橋過渡段不均勻沉降的有效措施。

3.3 搭板專項(xiàng)設(shè)計(jì)

設(shè)置搭板是路橋過渡段不均勻沉降的常用處治措施，但在多年施工中發(fā)現(xiàn)，即使設(shè)置了搭板也不能有效地控制路橋過渡段的不均勻沉降，其根本的原因是多數(shù)設(shè)計(jì)單位未重視搭板的設(shè)計(jì)，搭板設(shè)計(jì)不盡合理。搭板的設(shè)計(jì)應(yīng)本著以下原則：(1)搭板的長度能夠跨越橋臺臺背難以壓實(shí)的土體，或跨越按計(jì)劃在臺背預(yù)留的土方缺口長度;(2)根據(jù)搭板的受力狀態(tài)，用簡支梁來計(jì)算搭板長度

4 路橋過渡段施工控制

4.1 填料的選擇

路橋過渡段路堤填料應(yīng)選用干容重較大的砂類土或滲水性較好的材料，這樣的材料具有良好的水穩(wěn)定性和壓實(shí)特性。嚴(yán)禁使用淤泥、沼澤土以及含草皮、樹根、生活垃圾、雜物。在選擇路堤填料時(shí)要嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行一系列相關(guān)試驗(yàn)，以確定填料的性質(zhì)。其試驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)包括：土壤的液限和塑限測定試驗(yàn)，篩分和擊實(shí)試驗(yàn)，填料達(dá)到規(guī)定壓實(shí)度時(shí)的壓實(shí)遍數(shù)與松鋪厚度的關(guān)系等。

4.2 土基處治

只有土基具有一定承載力，在車輛長期振動荷載和土體自重作用下路橋過渡段路基沉降才能得到有效的控制。規(guī)范中列出了許多地基處治方法：水泥粉噴樁復(fù)合地基加固、超載預(yù)壓、塑料排水板法、強(qiáng)夯法和爆破法等，但每種方法的機(jī)理及適應(yīng)性是不同的，各自具有鮮明的優(yōu)缺點(diǎn)，如水泥粉噴樁復(fù)合地基加固效果明顯，但造價(jià)高;超載預(yù)壓法施工方便，但工期較長。在施工過程中要根據(jù)工程地質(zhì)、工期、資金等實(shí)際情況加以選擇采用。

4.3 優(yōu)化施工組織

應(yīng)盡可能地提前軟土地基路段的施工時(shí)間，特別是橋臺地段的施工時(shí)間，通過增加預(yù)壓時(shí)間，以減少軟基路堤工后沉降;在橋臺處設(shè)置攪拌樁過渡段，并在攪拌樁過渡段末端與袋裝砂井或塑料排水板加密區(qū)交接處設(shè)置土工織物砂墊層，以協(xié)調(diào)變形。在橋臺結(jié)構(gòu)完成后，盡快安排過渡段路堤與一般填土路堤的施工，在路堤與橋臺連接部位，路堤與錐坡預(yù)壓填土應(yīng)同步填筑與碾壓，使用大型機(jī)械碾壓困難時(shí)可改用小型振動壓實(shí)機(jī)械進(jìn)行充分壓實(shí)。必須優(yōu)先安排深層軟土地基和橋頭高路堤施工，進(jìn)行靜置預(yù)壓直至符合規(guī)范要求為止。

5 結(jié)語

路橋過渡段的成因復(fù)雜，處理困難。本文通過對路橋過渡段設(shè)計(jì)與施工實(shí)際情況的分析，系統(tǒng)總結(jié)了路橋過渡段不均勻沉降的原因，并從設(shè)計(jì)與施工兩方面提出了切實(shí)可行的改進(jìn)措施，只要做到路橋過渡段地基處治合理，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分，加強(qiáng)過渡段施工各個(gè)環(huán)節(jié)的控制，保證每道工序的施工質(zhì)量，就能防止或減少路橋過渡段的不均勻沉降，從而減輕甚至避免公路橋頭跳車現(xiàn)象，對提高公路的安全性與舒適性有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］ 陳長磊，羅志強(qiáng).橋梁引道不均勻沉陷的成因分析與防治［J］.廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002.

［2］ 劉文會.橋頭跳車原因分析及處理措施［J］.東北公路，2002.

［3］ 馮忠居，方貽立，龔堅(jiān)城，等.高等級公路橋頭跳車的危害及其機(jī)理的分析［J］.西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1999.

［4］ 孫巍.橋頭跳車淺析［J］.黑龍江交通科技，1995.

［5］ 王敏.橋頭跳車的防治實(shí)踐.內(nèi)蒙古公路與運(yùn)輸，1999.