張洪濤

摘 要：簡述橋頭跳車的原因及其對(duì)行車速度的影響，并從理論與施工兩方面入手探討了解決高速公路橋頭跳車的方法，分別介紹了路基、臺(tái)背、路面三個(gè)關(guān)鍵部位的處理方法，以期指導(dǎo)實(shí)踐，避免橋頭跳車問題的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：公路；橋頭跳車；處理方法

1 概述

路面在橋頭過渡段出現(xiàn)不同程度的駝峰、錯(cuò)臺(tái)、斷裂等病害，車輛通過時(shí)就會(huì)跳動(dòng)，影響高速公路行車舒適性和人車安全，嚴(yán)重的會(huì)發(fā)生翻車撞車等交通事故。因此，如何解決高速公路橋頭跳車問題，對(duì)于保證公路正常的使用和經(jīng)濟(jì)具有很大的意義。從理論上和公路施工經(jīng)驗(yàn)方面，對(duì)解決橋頭跳車問題進(jìn)行探討，提出自己的認(rèn)識(shí)與

見解。

2 橋頭跳車產(chǎn)生的原因

2.1 橋與路的剛?cè)岵煌鸬奶?/p>

剛度不同的路面在車輛行駛時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)效果也不同。橋梁由于采用樁基礎(chǔ)或擴(kuò)大基礎(chǔ)， 自身的穩(wěn)定與安全已不成問題，沉降量也很微小，屬于剛性結(jié)構(gòu)。而臺(tái)背材料一般采用透水性材料砂礫填筑，與橋臺(tái)相連的路基一樣，其剛性較小柔性較大屬于柔性結(jié)構(gòu)。由于柔性材料對(duì)能量的吸收要大于剛性材料，這兩者之間的剛度差勢(shì)必引起這兩者的塑性變形差，從而對(duì)車輛在此通過時(shí)產(chǎn)生一定的顛簸。

2.2 臺(tái)后填筑材料受壓收縮后引起路基沉降

臺(tái)背填料因含有水分存在孔隙，施工中采取任何措施也難將填料顆粒間的孔隙完全消除。所以公路在使用過程中，由于路基土體的自重，并受車輛荷載和各種自然因素的作用，土體中水分逐漸排出，孔隙率逐漸降低，土體體積收縮，豎向沉降進(jìn)一步發(fā)展，便在一定的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生路基的沉降。所以，沉降主要取決于臺(tái)背填料的性質(zhì)和施工工藝、壓實(shí)方法及防排水工程等。

2.3 地質(zhì)狀況不良造成的地基沉降

因?yàn)闃蚝葮?gòu)造物通常是修建在溝壑等地質(zhì)復(fù)雜地段，地質(zhì)狀況一般都是軟土，軟土主要由粘土粒及分粒組成，孔隙比大，其粘粒含量較高，有的可達(dá)60-70%； 軟土的天然含水量比較大，約在30-80%之間，受力后壓縮量自然較大。在路基荷載作用下，地基中的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，從而引起地基變形，出現(xiàn)沉降，所以在軟土上填筑的路基也極易產(chǎn)生沉降。

3 橋頭跳車的預(yù)防

施工設(shè)計(jì)在減輕跳車方面起著重要作用。另外，研究還向人們揭示了預(yù)防跳車現(xiàn)象產(chǎn)生的措施：橋臺(tái)及路堤建在堅(jiān)實(shí)的天然土基上； 修建足夠長度及強(qiáng)度的橋頭搭板； 充分壓實(shí)填筑材料或使填筑材料處于穩(wěn)定狀態(tài)； 選用恰當(dāng)?shù)奶钪牧希?保持排水通暢； 修建低路堤； 土方填筑與路面鋪筑間有充分的時(shí)間間隔； 采用正確的施工方法及嚴(yán)格的檢驗(yàn)； 減輕交通負(fù)荷。橋頭搭板造價(jià)雖高，但卻為解決跳車問題所廣泛采用。最有效的橋頭搭板為長度足以保持其坡度在1 /200以下且能承受全部行車荷載的搭板，典型尺寸為長8m，厚0.3m。

對(duì)橋頭跳車的防治，公路部門采取了多種方法，然而耗資巨大，卻沒有切實(shí)可行的措施。目前的最佳做法是將優(yōu)良的設(shè)計(jì)及施工方法與養(yǎng)護(hù)計(jì)劃放在同等重要的位置，若從以下幾方面考慮，雖不能把橋頭跳車徹底消除，但卻能將之減小到最低程度。

1）把橋頭跳車作為一個(gè)獨(dú)立的設(shè)計(jì)問題，并把預(yù)防其產(chǎn)生作為設(shè)計(jì)目標(biāo)之一。因?yàn)楫?dāng)設(shè)計(jì)規(guī)則不精確時(shí)，工程上的失誤會(huì)偶有發(fā)生。再者，當(dāng)設(shè)計(jì)因素被完全忽視時(shí)，問題會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。

2）每個(gè)設(shè)計(jì)部門均需指定一名技術(shù)人員負(fù)責(zé)橋梁接頭設(shè)計(jì)。因?yàn)椴痪鶆虺两?、排水、沖刷及壓實(shí)等是產(chǎn)生跳車的主要原因。

3）加強(qiáng)合作、開闊思路對(duì)解決跳車問題很有幫助。技術(shù)人員因勇于向現(xiàn)有的不成功的引道設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。因?yàn)樘囃ǔ３霈F(xiàn)在路堤與橋梁的連接處， 所以， 要成為優(yōu)秀的基礎(chǔ)與路堤設(shè)計(jì)者， 首先要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)及土壤做充分的調(diào)查和試驗(yàn)。另外， 還要把施工與養(yǎng)護(hù)計(jì)劃放在同等重要的位置。在養(yǎng)護(hù)人員、施工工程師、結(jié)構(gòu)工程師、路面工程師以及道路工程師的通力合作下，跳車問題會(huì)更容易克服。

4）設(shè)計(jì)者對(duì)沉降量做精確計(jì)算，除非其明顯不會(huì)構(gòu)成問題，并應(yīng)分別針對(duì)路堤和橋臺(tái)建立沉降時(shí)間變化曲線，且在每次計(jì)算時(shí)都要對(duì)天然土及路堤土做適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)： 設(shè)計(jì)出路面鋪完后將會(huì)產(chǎn)生的不均勻沉降量。由于在設(shè)計(jì)階段不知道填土的勁度，在進(jìn)行引道設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)先設(shè)定某一勁度值并確保能在壓實(shí)施工中滿足和超出該勁度值。

5）如果不均勻沉降量太大而不能靠地基加固進(jìn)行調(diào)整，設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮采用橋頭搭板。是否采用橋頭搭板受不均勻沉降量的大小、日平均交通量及養(yǎng)護(hù)費(fèi)用等因素的影響。在任何情況下， 安全但費(fèi)用高的解決方法為設(shè)置橋頭搭板。效果好的橋頭搭板應(yīng)有足夠的長度以保持由路堤向橋梁的平穩(wěn)過渡，1/200的坡度被認(rèn)為是搭板的容許坡度。搭板的設(shè)計(jì)應(yīng)能承受全部行車荷載。當(dāng)預(yù)測(cè)出將有大幅度沉降產(chǎn)生時(shí)，應(yīng)專門設(shè)計(jì)一種可灌入混凝土使其抬高或可維修的橋頭搭板。

6）一個(gè)好的設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮構(gòu)造物與引道間伸縮量的變化。在進(jìn)行橋臺(tái)背墻和搭板的設(shè)計(jì)和施工時(shí)要確保它們不會(huì)隨橋梁長度的變化而移動(dòng)。

7）設(shè)計(jì)者應(yīng)重視排水問題。排水設(shè)計(jì)應(yīng)能排除路面積水并能防止造成沖刷。預(yù)防沖刷的普遍做法是在橋臺(tái)周圍選用抗沖刷材料以及使用土工合成材料使之與細(xì)料相結(jié)合。

8）設(shè)計(jì)者應(yīng)該選用正確的規(guī)范進(jìn)行路堤填筑。路堤壓實(shí)。排水以及接縫的施工。橋臺(tái)背墻處的路堤要達(dá)到足夠的壓實(shí)度尤為重要。

9）施工期間，尤其在道路方面進(jìn)行有效徹底的檢查有益于確保產(chǎn)品質(zhì)量。

10）在結(jié)構(gòu)物開放交通以前，監(jiān)理和設(shè)計(jì)者應(yīng)采取幾種特別措施對(duì)其進(jìn)行最終檢查。對(duì)這些措施的采用處于下述的考慮：改正接縫施工中的不當(dāng)，增加水密性是避免橋頭跳車的關(guān)鍵； 道路縱斷面必須滿足規(guī)范中對(duì)橋面及引道坡度的規(guī)定； 結(jié)構(gòu)物及道路上排水通暢將有助于降低長期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。

4 橋頭跳車的處治

4.1 壓實(shí)度控制

我國現(xiàn)行公路施工技術(shù)規(guī)范要求臺(tái)背填土的壓實(shí)度相同或略高來控制填筑質(zhì)量。分析一下壓實(shí)度控制指標(biāo)對(duì)控制橋頭差異沉降的作用。路基填土在最佳含水量下壓實(shí)達(dá)到干容重最大即是最佳壓實(shí)效果。此外，從施工角度來看，由于臺(tái)背施工空間狹窄，大型壓實(shí)機(jī)具的使用受到限制， 要達(dá)到要求的壓實(shí)度十分困難。另外，由于臺(tái)背填料的多樣性又使得單一壓實(shí)度指標(biāo)很難控制。研究表明，不同填料及時(shí)壓實(shí)度相同，在同一荷載作用下的塑性變形也不相同：強(qiáng)度低、剛度小的材料塑性變形較大， 也就是說使用強(qiáng)度低，剛度小的填襯即是達(dá)到規(guī)范要求的壓實(shí)度，在較大荷載作用下仍會(huì)產(chǎn)生較大塑性變形。綜上所述，用壓實(shí)度指標(biāo)控制臺(tái)背填筑很難有效地避免較大差異沉降產(chǎn)生，國內(nèi)外普遍存在的橋頭跳車現(xiàn)象也說明了這一點(diǎn)。增加臺(tái)后填土密實(shí)度，提高壓實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)產(chǎn)生積極效果，尤其現(xiàn)采用新規(guī)范后，壓實(shí)度指標(biāo)進(jìn)一步提高，但施工難度很大，不易實(shí)現(xiàn)。

4.2 設(shè)置橋頭搭板法

采用橋頭搭板來防止橋頭跳車是一種比較常見的處治辦法。搭板設(shè)計(jì)的基本思路是將橋臺(tái)與路堤銜接處因較大差異沉降引起的路面縱坡突變通過設(shè)置橋頭搭板進(jìn)行緩和過渡，將路面縱坡變化控制在容許范圍內(nèi)，從而達(dá)到消除橋頭跳車的目的。顯然，搭板設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是如何確定搭板長度。橋頭跳車的產(chǎn)生是由于橋頭部位路面縱坡變化造成行車跳躍，橋臺(tái)與路堤銜接段內(nèi)出現(xiàn)兩次較大的路面縱坡變化，設(shè)置搭板則是將兩次縱坡突變改善為兩次或一次縱坡漸變，消除行車跳躍感，一般認(rèn)為路面縱坡變化不大于5%時(shí)即可達(dá)到目的。

橋頭設(shè)置搭板本質(zhì)上也不過是輔助性彌補(bǔ)差異沉降的措施。由于實(shí)際施工中搭板長度都較短，所以對(duì)于較大的差異沉降它仍舊無能為力。此外，較多的情況又增加了一些新的橋頭病害。1）盡管在路堤橋臺(tái)銜接處無明顯跳車，但在搭板枕梁處發(fā)生局部下沉造成這一部位的跳車；2）重交通作用下的搭板折斷不僅未消除跳車現(xiàn)象，而且導(dǎo)致路面開裂雨水下滲使土基受到破壞；3）搭板在與橋臺(tái)的銜接端拱起也會(huì)使路面破壞等等。

4.3 應(yīng)用土工格柵處理橋頭跳車

土工格柵的加筋處理：大量的工程實(shí)踐和研究表明，加筋可以明顯地提高土體的承載能力。到目前為止，關(guān)于土工合成材料加筋機(jī)理的認(rèn)識(shí)集中于： 土工合成材料加筋發(fā)揮其抗拉強(qiáng)度，通過加筋與土體之間的摩擦作用約束土體的側(cè)向變形，從而達(dá)到提高土體承載力和抗剪強(qiáng)度的目的。大量的土工合成材料加筋工程實(shí)例表明加筋土的作用主要集中于3個(gè)方面：1）加筋土抗剪強(qiáng)度的提高使其受剪破壞的荷載增大，相應(yīng)的剪切變形較素土?。?2）加筋土在承受荷載時(shí)，土體的側(cè)向變形受到加筋的抑制，承載能力隨之提高， 趨近于彈性范圍內(nèi)工作；3）加筋材料使土體上的作用荷載均勻地分布在整個(gè)加筋土層上， 單位土體面積受荷減小?？梢钥闯?，應(yīng)用土工合成材料進(jìn)行臺(tái)背填筑能夠有效降低土體受荷壓縮變形，減少塑性變形積累，一定程度上起到縮小橋頭差異沉降的作用。土工格柵處理橋頭跳車：應(yīng)用土工合成材料進(jìn)行臺(tái)背填筑處理橋頭跳車是目前廣泛采用加筋土技術(shù)成功實(shí)踐的啟示。1）當(dāng)填土壓實(shí)度達(dá)到90%以上時(shí)，土工格柵對(duì)控制填土沉降幾乎沒有什么幫助；而在壓實(shí)度為90%以下時(shí)，加筋土填筑路堤沉降明顯減??；但填土壓實(shí)度如果低于70% ，加筋對(duì)控制沉降同樣無幫助。因此，得出控制臺(tái)背壓實(shí)度在85% 左右比較合適，而且這一壓實(shí)度施工也容易達(dá)到。2）土工格柵加筋層間距越小，則沉降越小。這同加筋的機(jī)理一致，土體側(cè)向約束越大壓縮變形越小。3）鋪網(wǎng)長度應(yīng)大于橋臺(tái)高的0.75倍，才能保證填土沉降曲線趨于平緩。以上是室內(nèi)模型試驗(yàn)的結(jié)果。另外，采用土工格柵進(jìn)行橋頭跳車處治，通過一年多的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)加筋填筑橋臺(tái)一側(cè)路面沉降明顯減小，且沉降平緩均勻，達(dá)到了處理跳車的目的。而未處理的一側(cè)在通車后不久橋頭即出現(xiàn)較大的差異沉降。野外實(shí)體工程也說明應(yīng)用土工格柵處理橋頭跳車是行之有效的。

5 研究現(xiàn)狀分析

隨著高等級(jí)公路的大量建設(shè)， 雖然管理單位和工程設(shè)計(jì)人員對(duì)橋頭跳車的危害有了比較清晰的認(rèn)識(shí)和足夠的重視， 在具體的工程設(shè)計(jì)中也采取了不少有效的處治措施， 取得了一些成功的經(jīng)驗(yàn)。但從實(shí)際情況來看， 橋頭跳車現(xiàn)象不僅在舊的橋頭路堤存在， 在許多新建高速公路上也普遍存在。究其原因， 除了施工和運(yùn)行過程中的一些不合理因素外， 主要原因有：

1）對(duì)橋頭路堤缺乏比較詳盡的地質(zhì)和水文調(diào)查， 沒有針對(duì)引起跳車的主要原因?qū)ΠY下藥。

2）只注重橋頭跳車處治方法的工程實(shí)踐， 較少進(jìn)行系統(tǒng)的研究， 對(duì)處治方法的機(jī)理和適應(yīng)性研究明顯不足， 只有宏觀調(diào)查資料而缺少試驗(yàn)分析。因此， 方法的推廣應(yīng)用必然受到限制。

3）路橋過渡段作為一個(gè)復(fù)雜的體系， 處治應(yīng)突出“綜合處治”。

6 結(jié)論

1）橋頭跳車是由于橋臺(tái)臺(tái)背填土在行車荷載作用下塑性變形的積累和填土自身固結(jié)沉降引起的， 而施工質(zhì)量控制不嚴(yán)格又加速了跳車的產(chǎn)生。

2）臺(tái)背填筑采用與路堤相同的壓實(shí)度指標(biāo)控制壓實(shí)起不到有效防止橋頭差異沉降產(chǎn)生的目的，臺(tái)背施工空間狹窄往往使壓實(shí)質(zhì)量難以保證。

3）橋頭搭板是一種將橋臺(tái)和路堤的差異沉降進(jìn)行緩和過渡的措施， 實(shí)踐證明這一方法有待進(jìn)一步完善。

4）土工格柵用于臺(tái)背填筑處理橋頭跳車有較可靠的理論依據(jù)和成功的工程實(shí)例。

5）一定范圍內(nèi)橋坡段可采用攪拌樁、碎石樁等進(jìn)行加固擠密處理， 可有效防止路堤沉降。

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