郭志堂

(山西省和順公路管理段，山西　和順　032700)

橋頭跳車現(xiàn)象的形成機(jī)理和處置辦法探討

郭志堂

(山西省和順公路管理段，山西和順032700)

郭志堂(1974—)，男，工程師，主要研究方向?yàn)楣饭こ淌┕ず凸芾怼?/p>

摘要：道路橋梁橋頭跳車現(xiàn)象對(duì)道路行車的舒適性和安全性造成了較大的影響，成為道路工程和相關(guān)學(xué)術(shù)界關(guān)注和研討的問(wèn)題。文章闡述了橋頭跳車現(xiàn)象的成因和主要危害，從設(shè)計(jì)和施工因素、臺(tái)背填料的壓縮特性、路基和橋臺(tái)整體結(jié)構(gòu)特性方面，分析了橋臺(tái)和主路之間的沉降原因，并探討解決橋頭跳車問(wèn)題的主要途徑。

關(guān)鍵詞：道路橋梁；橋頭跳車；路基沉降；形成機(jī)理；處置工藝；探討

0引言

在漫長(zhǎng)的道路交通線上，各種橋梁和隧道與平面道路相輔相成，而設(shè)計(jì)新穎的橋梁總是人們眼中一道亮麗的風(fēng)景線。道路離不開(kāi)橋梁，這不僅在筆者所在的以多山區(qū)丘陵著稱的山西地區(qū)，而且在一望無(wú)際的平原地帶，為了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代道路交通要求的全互通全立交等要求，大量橋梁也已成為道路工程建設(shè)的必須。長(zhǎng)期以來(lái)，在通過(guò)橋梁和與平面道路的過(guò)渡線時(shí)，橋頭跳車現(xiàn)象十分普遍。振動(dòng)幅度較大的橋頭跳車不僅會(huì)造成嚴(yán)重的行車不適，也是發(fā)生交通事故的重要誘因(眾所周知，橋梁的高程往往大大高于當(dāng)?shù)氐缆返男熊嚻矫?，因此橋頭跳車現(xiàn)象若引發(fā)交通事故，其嚴(yán)重程度也會(huì)大大高于其它路段的類似事故)。鑒于此，橋頭跳車現(xiàn)象是目前道路工程施工常見(jiàn)的質(zhì)量缺陷，也是較為嚴(yán)重的道路常見(jiàn)病害。

1道路橋梁橋頭跳車現(xiàn)象的成因和主要危害

基于道路橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，路和橋的連接處通常一端是橋的起始端，即橋臺(tái)；另一端是主路結(jié)構(gòu)。相對(duì)于高等級(jí)道路，即無(wú)論是瀝青混凝土路面，還是水泥混凝土路面，其主路結(jié)構(gòu)均是由下部的水泥穩(wěn)定基層和上部的面層組成。橋梁的基礎(chǔ)和上部橋面為一剛性整體，而主路結(jié)構(gòu)是由多層結(jié)構(gòu)組成的綜合體，特別是瀝青混凝土路面所展現(xiàn)的是一種較為典型的柔性特質(zhì)。鑒于此，橋梁和主路的基礎(chǔ)及面層由于各自的基礎(chǔ)深度和結(jié)構(gòu)的差異勢(shì)必造成它們抗壓性能指標(biāo)的不同[1]，當(dāng)承受上部車輛造成的荷載時(shí)，其抗壓性能會(huì)呈現(xiàn)更大的差異。這種差異勢(shì)必造成路和橋的上平面之間的沉降差，其結(jié)果即形成車輛通過(guò)路橋沉降差時(shí)的跳車現(xiàn)象。

當(dāng)然，車輛通過(guò)橋頭時(shí)對(duì)橋臺(tái)的沖擊(這種沖擊顯然是由路橋沉降形成的高度差引發(fā)的)機(jī)理涉及較為復(fù)雜的力學(xué)特性，但路橋之間不同的搭板長(zhǎng)度、不同路基填方形成的沉降值(在我國(guó)黃土高原的高填土和以南方水網(wǎng)地帶為代表的軟土地質(zhì)等表現(xiàn)更甚)、不同荷載和車速的車輛作用及施工質(zhì)量造成的影響等因素均會(huì)對(duì)行車通過(guò)橋頭時(shí)產(chǎn)生的跳動(dòng)幅度和沖擊強(qiáng)度造成不同的影響。橋頭跳車現(xiàn)象的直接結(jié)果和危害主要有下述幾點(diǎn)：

(1)形成對(duì)橋臺(tái)的附加沖擊載荷，同時(shí)根據(jù)力的作用和反作用原理，又對(duì)與橋臺(tái)結(jié)合的主路部分造成嚴(yán)重的反作用沖擊。

(2)附加沖擊載荷的作用將使橋頭搭板、伸縮縫和橋基支座加速損壞，而對(duì)橋頭路面和路基的反作用沖擊必然會(huì)加劇其快速沉降。

(3)由此引發(fā)的橋頭路面和路基的快速沉降會(huì)造成上部行車的加速磨損，誘發(fā)交通事故。

橋頭跳車現(xiàn)象造成的危害是十分嚴(yán)重和現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題，如筆者所在的山西晉中某高速路段曾發(fā)生的高架橋上大型載重車撞毀護(hù)欄的翻車事故，究其原因之一即與當(dāng)時(shí)車輛在較大高差的橋頭跳車過(guò)程中造成整車行駛失穩(wěn)有直接關(guān)系。而類似情況在道路交通中十分普遍，必須引起道路設(shè)計(jì)、工程施工和交通管理部門的高度重視。

〗2橋臺(tái)和主路之間的沉降原因分析

2.1　設(shè)計(jì)和施工因素

與橋梁銜接的主路路基沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)的抗壓強(qiáng)度，特別是對(duì)軟土地基的處置失當(dāng)。如在橋背回填時(shí)隨意選取填料(近來(lái)媒體曝光的某鐵路工程局鐵路隧道路基回填料隨意選取當(dāng)?shù)啬嗤炼斐墒鹿孰[患是為典型之一)；在路基施工過(guò)程中，為追求工程進(jìn)度，在路基沉降尚未完成時(shí)即開(kāi)始上部路面的鋪筑；材料松鋪厚度不按規(guī)定作業(yè)和壓實(shí)密實(shí)度不合要求等都會(huì)給工程后期和道路通車后的不均勻沉降造成隱患(近年來(lái)，施工部門采用的大質(zhì)量重力夯實(shí)和沖擊式壓實(shí)工藝對(duì)提高路基的抗壓強(qiáng)度具有明顯改善作用)。

2.2　臺(tái)背填料的壓縮特性問(wèn)題

臺(tái)背填料的種類和性質(zhì)將對(duì)路基的沉降程度產(chǎn)生直接的影響。臺(tái)背填料的種類很多，但其自身含水量的比例有較大的差異。而水分與填料的密度和比重差異更為明顯，這就使得臺(tái)背填料的顆粒之間存在一定的空隙，而這種空隙很難以常規(guī)壓實(shí)手段進(jìn)行較為徹底的消除。

大量試驗(yàn)表明，臺(tái)背填料的自身含水量與其工后沉降有直接關(guān)系。一般情況下，路基的工后沉降值與填料的自身含水量的多少呈現(xiàn)正比直線關(guān)系，其基本規(guī)律如下頁(yè)圖1所示(壓實(shí)密實(shí)度取96%~98%)。顯然，為了減少臺(tái)背填料顆粒之間的空隙，進(jìn)而達(dá)到減少和控制路基的工后沉降值的目的，在工程中適當(dāng)降低臺(tái)背填料的含水量是重要的。

圖1　填料的含水量與其工后沉降的關(guān)系圖

2.3　路基和橋臺(tái)整體結(jié)構(gòu)之間的沉降差異

從路基和橋臺(tái)整體結(jié)構(gòu)特性分析，可以認(rèn)為橋臺(tái)是一種剛性結(jié)構(gòu)，而路基與橋臺(tái)相較是一種柔性結(jié)構(gòu)。在實(shí)際工程中，橋臺(tái)的沉降量允許值約為20~30 mm，而當(dāng)路基為軟土地基或高填土結(jié)構(gòu)(我國(guó)的橋梁施工工程大多如此)時(shí)的路基填筑要求的沉降量允許值在50 mm以上。這種沉降值的差異，直接導(dǎo)致了路基和橋臺(tái)之間的錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，最終導(dǎo)致橋臺(tái)跳車問(wèn)題。

3解決問(wèn)題措施的探討

3.1　臺(tái)背填料的選用

填料的選用直接影響到路基的抗壓強(qiáng)度，因此與工后路基的沉降值息息相關(guān)。填料選用的原則是摩擦角多且大、抗壓強(qiáng)度優(yōu)異、自然穩(wěn)定性好和可壓縮性小的材料，如各種碎石和級(jí)配砂礫等。筆者所在的山西晉中地區(qū)是全國(guó)煤炭鋼鐵基地，鋼鐵冶煉后產(chǎn)生的大量廢渣是臺(tái)背填料的優(yōu)選，不僅完全符合填料選用的原則，而且做到了廢料再用，其環(huán)境保護(hù)的社會(huì)效益亦十分突出。

3.2　橋頭地基必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求的抗壓強(qiáng)度

橋頭地基一般不會(huì)是原始基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)開(kāi)挖狀態(tài)下的橋頭地基必然屬于抗壓強(qiáng)度較為薄弱的軟土地質(zhì)。與相鄰的橋梁基礎(chǔ)相較，其抗壓強(qiáng)度更為薄弱[2]，因此對(duì)橋頭地基進(jìn)行必要的強(qiáng)化處置以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的抗壓強(qiáng)度對(duì)減少地基的工后沉降，進(jìn)而控制橋頭跳車的幅度是十分關(guān)鍵的。

對(duì)軟土地質(zhì)的處置辦法主要有排水固結(jié)、開(kāi)挖置換、拋填擠淤增強(qiáng)和復(fù)合地基處置等補(bǔ)強(qiáng)等工藝方法。在實(shí)體處置工程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際土質(zhì)情況(特別是土質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成和含水量等)選擇合理的處置方式并特別注意有效排水，減少基礎(chǔ)材料中的含水量。但無(wú)論采用何種工藝，由于處置厚度較大，為了達(dá)到地基的抗壓強(qiáng)度，必須分層作業(yè)，逐層壓實(shí)(壓實(shí)密實(shí)度應(yīng)達(dá)到96%~98%)，從而形成自下而上的整體強(qiáng)度[3]。特別指出的是，橋頭地基緊貼橋臺(tái)的部分與橋臺(tái)形成90度直角，極易形成壓實(shí)作業(yè)的死角。為了保證壓實(shí)效果，應(yīng)對(duì)橋頭地基部分先行處置，再完成主路其它部分的基礎(chǔ)作業(yè)。若主路其它部分的基礎(chǔ)作業(yè)已經(jīng)完成，則必須采用較大壓強(qiáng)的沖擊夯錘完成橋頭地基緊貼橋臺(tái)部分的壓實(shí)作業(yè)以切實(shí)消除壓實(shí)死角。

3.3　設(shè)置過(guò)渡性鋼筋混凝土搭板

增設(shè)過(guò)渡性鋼筋混凝土搭板可將路基產(chǎn)出的沉降逐漸過(guò)渡到剛性橋臺(tái)上，結(jié)果使得車輛經(jīng)過(guò)時(shí)的跳動(dòng)有效減輕，過(guò)渡性鋼筋混凝土搭板的長(zhǎng)度隨道路等級(jí)的不同取3 000~8 000 mm。由于混凝土搭板具有一定的長(zhǎng)度和寬度(橋面寬度)且上部受力較大，因此搭板的基礎(chǔ)必須特別加強(qiáng)，以保證搭板在受力時(shí)不致變形和破壞。

4結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)期以來(lái)，橋頭跳車現(xiàn)象對(duì)道路行車的舒適性和安全性造成了較大的影響，如何減輕和消除這種影響一直是道路工程和相關(guān)學(xué)術(shù)界十分關(guān)注和積極研討的問(wèn)題。雖然橋頭跳車現(xiàn)象的形成機(jī)理較為復(fù)雜，但只要根據(jù)當(dāng)?shù)氐鼗Y(jié)構(gòu)的具體情況選擇適用的工程材料和合理的處置工藝，并在處置工程中注重和保證施工質(zhì)量，減輕并將橋頭跳車幅度限制在相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求的范圍內(nèi)是能夠做到的。

參考文獻(xiàn)

[1]李炳林.土體壓力對(duì)橋梁的影響分析及加固方法研究[J].中國(guó)公路，2013(18)：122-123.

[2]于振林.攪拌樁處理公路軟弱地基施工工藝的探討[J].山西交通科技，2013(1)：122.

[3]歷蘭伯.公路膨脹土路基處理方法[J].交通世界，2013(11)：108-109.

Discussions on Formation Mechanism and Treatment Methods of Bridge-head Bumping Phenomenon

GUO Zhi-tang

(Shanxi Heshun Highway Management Division，Heshun，Shanxi，032700)

Abstract：The bridge-head bumping phenomenon of road bridges caused a greater impact on the driv-ing comfort and safety，and it has become the common concern and research issues in road engineer-ing and related academia fields.This article described the causes and major hazards of bridge-head bumping phenomenon，and from the design and construction factors，compression characteristics of abutment packing materials，and overall structural characteristics of roadbed and abutment，it analyzed the reasons for the settlement between abutments and main road，and discussed the main way to solve the bridge-head bumping problem.

Key Words：Road bridges；Bridge-head bumping；Subgrade settlement；Formation mechanism；Treat-ment process；Discussion

收稿日期：2015-02-05

文章編號(hào)：1673-4874(2015)02-0042-03

中圖分類號(hào)：U445.7+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.02.011

作者簡(jiǎn)介