張 堃，姜景山

(南京工程學(xué)院建筑工程學(xué)院)

目前，已投入使用的公路都普遍存在一個問題，即道路在橋梁臺背回填處出現(xiàn)不同程度的沉降，導(dǎo)致在橋梁構(gòu)造物和臺背路基之間產(chǎn)生一個較大的沉降差，使得橋頭處路面產(chǎn)生一個較大的坡度變化，路面原有的平順性受到較大破壞，使來往車輛在通過橋頭時產(chǎn)生跳躍，既對橋面、路面和汽車產(chǎn)生沖擊，加速橋面、路面和汽車的損壞，增加了運營維護費用，影響了交通通行，也會對車輛內(nèi)的司機和乘客造成一定的不適感，影響了行車舒適性，嚴(yán)重的橋頭跳車可導(dǎo)致交通事故，如2001年6月8日凌晨1 時40 分，廣西欽州市靈山縣靈東大橋發(fā)生一起由于橋頭跳車所引發(fā)的大客車墜落水庫的特大交通事故，共造成29 人死亡。而如果要保證行車舒適性，則勢必要降低行車速度，則既會影響通行效率，也會由于橋頭處突然減速給道路行車安全帶來一些隱患，嚴(yán)重時會導(dǎo)致生命和財產(chǎn)損失。因此，橋頭跳車已經(jīng)成為公路工程的一大通病和詬病，它不僅威脅到了人們的生命財產(chǎn)安全，也損害了公路工程的社會效益和經(jīng)濟效應(yīng)。因而，如何消除公路橋頭跳車問題是很有意義和亟待解決的課題。

1 橋頭跳車形成的原因

橋頭跳車是指由于橋梁構(gòu)造物與橋梁臺后的路基之間的沉降差超過某一限定值造成汽車經(jīng)過該路段時車輪產(chǎn)生上下振動的現(xiàn)象。一般認(rèn)為當(dāng)這種沉降差(臺階高度)達到1.5 cm 后就會給司機、乘客帶來不舒適感。

橋墩基礎(chǔ)一般直接坐落在巖石上或者是良好的持力層上，不論從勘察、設(shè)計還是從施工階段人們對橋梁的技術(shù)要求和重視程度都要遠遠高于臺背路基，因而沉降量很小。而臺背地基在路基荷載和汽車荷載的長期作用下會產(chǎn)生較大的沉降，再加上路基填土由于本身含有水分、存在孔隙、壓實度很難達到100%，并且臺背處場地狹窄施工質(zhì)量難以保證，因而沉降量較大。因此，橋臺和臺背路基之間產(chǎn)生了較大的差異沉降，致使橋梁與臺背道路縱坡產(chǎn)生了較大的縱坡變化，導(dǎo)致車輛在經(jīng)過橋頭時產(chǎn)生跳躍和顛簸現(xiàn)象，如圖1所示。而橋梁與臺背路基之間產(chǎn)生過大的差異沉降的根本原因是各種因素(勘察、設(shè)計、施工等)所導(dǎo)致兩種結(jié)構(gòu)剛度差異太大所致，橋梁屬于剛性結(jié)構(gòu)，而臺背路基屬于相對柔性結(jié)構(gòu)，這種剛度的巨大差異導(dǎo)致在相同荷載作用下也產(chǎn)生的較大的差異變形(差異沉降)，因此橋頭跳車的防治一種可以從協(xié)調(diào)橋梁和臺背路基的剛度入手，即采取相應(yīng)措施使剛度漸進過渡，最終使變形逐漸協(xié)調(diào);另外就是直接協(xié)調(diào)橋梁和臺背路基的變形，使橋梁能夠適應(yīng)臺背路基的沉降，使橋梁和道路縱坡平順變化。

圖1 橋梁與道路縱坡的變化示意圖

2 橋頭跳車產(chǎn)生的危害

由于橋梁結(jié)構(gòu)物與臺背的不均勻沉降，致使路橋過渡段出現(xiàn)不同程度的凹陷甚至臺階等，從而使路面平整度受到影響，嚴(yán)重影響了公路的正常使用功能，有如下危害:

2.1 影響行車舒適性

由于車輛通過橋頭陡坎時引起跳車，使車輛顛簸，引起乘客及駕駛員的不適，同時對駕駛員產(chǎn)生一定的心理影響，引起駕駛員在經(jīng)過橋頭跳車路段時心率加快和血壓升高等不良反映，嚴(yán)重的橋頭跳車會對駕駛員造成較大的心理壓力，可能會影響駕駛員對車輛的正確操作，造成行車事故。

2.2 降低行車速度

當(dāng)車輛行至橋頭縱坡轉(zhuǎn)折處，為防止車輛的劇烈沖擊跳動，駕駛員被迫剎車減速或減小油門，從而降低行車速度。另外，車輛經(jīng)過橋頭路段發(fā)生騰空跳躍時，驅(qū)動力的傳遞也會受到影響，減小了行車速度。行車速度降低的影響表現(xiàn)在:一方面橋頭區(qū)域車輛突然減速容易引發(fā)交通事故，造成交通擁堵;其次，通行速度的降低了減小了道路的通行效率;最后，車輛減速容易增大車輛及燃料的損耗，造成浪費，污染環(huán)境。

2.3 影響行車安全

車輛通過橋頭區(qū)域產(chǎn)生的沖擊和顛簸，會對駕駛?cè)藛T產(chǎn)生不利的心理影響，嚴(yán)重時則會影響其對車輛的正確操作，造成車輛失控，引起行車事故。在國內(nèi)曾多次發(fā)生因橋頭跳車嚴(yán)重而造成的翻車事故，如前述的2001年6月8日的廣西靈山縣特大交通事故，就是由于橋頭跳車引發(fā)駕駛員操作不當(dāng)所引發(fā)的交通事故。

2.4 增加車輛運營和保養(yǎng)成本

因橋頭跳車而不得不在橋頭頻繁減速，以減輕汽車的顛簸，無論減速行駛還是顛簸現(xiàn)象的發(fā)生，都對汽車部件造成不同程度的損壞和輪胎的磨耗;同時汽車行駛速度的不穩(wěn)定，無形中既浪費了燃料，也增加了廢氣的排放;另外，還增加了車輛的行駛時間。因此，橋頭跳車的出現(xiàn)，提高了車輛的運營成本。而車輛通過橋頭時產(chǎn)生的跳動和沖擊，也加劇了車輛部件、輪胎等的磨損，降低了車輛的使用壽命，提高了運營成本。

2.5 增加公路養(yǎng)護費用

臺階的存在使得車輛通過橋頭時產(chǎn)生跳動和沖擊，從而對橋梁和道路產(chǎn)生附加的沖擊荷載，加速了橋臺、橋頭搭板、支座、伸縮縫以及路面的損壞，特別是支座和伸縮縫的破壞。為了維持良好的使用狀況，要經(jīng)常對路橋過渡段進行及時的維修與養(yǎng)護，既增加了大量的人力、物力和財力，而且也產(chǎn)生了不良的社會影響。

國內(nèi)外眾多資料表明，因橋頭跳車問題而增加的道路運營養(yǎng)護費用驚人，如美國約有1/4 的公路橋梁(約150 000座橋梁、通道等構(gòu)造物)受到橋頭跳車的影響，為此每年花費的養(yǎng)護費用高達1 億美元以上。同樣，在我國在橋頭跳車的養(yǎng)護方面也耗費了大量的財力，以湖北武漢——宜昌高速公路橋頭跳車養(yǎng)護費用進行分析推算，全國高速公路年均養(yǎng)護過渡段的費用要高于1 億元。

2.6 降低道路資源利用率

車輛在經(jīng)過橋頭跳車路段時減速慢行降低了道路資源的利用，同時橋頭跳車區(qū)域經(jīng)常性維修保養(yǎng)封閉道路造成道路資源的利用降低，也容易造成的交通擁堵，引發(fā)公眾對公路服務(wù)部門的不滿，降低政府的公信力，也影響了社會經(jīng)濟的和諧發(fā)展。

由此可見，橋頭跳車的發(fā)生使公路不能達到安全行駛、高效運營、舒適乘車的目標(biāo)，降低了公路服務(wù)水平，增加了運營養(yǎng)護成本，影響了社會效益和經(jīng)濟效益。因此，必須對橋頭跳車的病害進行有效的防治。

3 橋頭跳車的防治措施

引起橋頭臺背處公路沉降的原因有地基沉降、路基沉降、設(shè)計原因、施工原因等，針對沉降的原因，通常采取如下防治措施。

3.1 地基處理

橋頭臺背處路基為了與橋梁平順銜接，路基高度設(shè)計的相對較高，路基荷載也較大促使地基產(chǎn)生了較大的地基變形，特別是軟弱地基，變形更大甚至?xí)绊懙降鼗吐坊姆€(wěn)定性。因此，必須采取有效的地基處理措施對地基進行加固，增加地基的剛度，減小地基變形。

目前，地基處理常用的方法有:深層攪拌樁、CFG 樁、砂樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、真空預(yù)壓聯(lián)合堆載預(yù)壓等。此外，為了使剛度平穩(wěn)過渡，現(xiàn)在很多設(shè)計采用變剛度設(shè)計原則，如采用長短樁或疏密樁等方法使臺背地基剛度逐漸過渡。

3.2 路基處理

橋頭臺背處路基較高，如不對橋頭路基進行有效處理和控制，在汽車長期反復(fù)荷載作用下也會產(chǎn)生較大沉降，最終導(dǎo)致橋梁與臺背路基之間較大的沉降差引起橋頭跳車。目前路基處理常用的方法有控制臺背路基填料選擇和路基壓實質(zhì)量，采用輕質(zhì)高強材料(如EPS、泡沫輕質(zhì)土等)，使用土工合成材料對路基進行加筋，對已有路基也會采用注漿加固等措施進行處理，通過增強路基剛度或減小路基荷載等方法減小臺背路基的沉降。

3.3 路面處理

此外，針對路面也可采取一定的措施，盡量減小臺背路基過大沉降的影響。如工程中常采用橋頭搭板使柔性路基的沉降逐漸過渡到橋臺上，使路面縱坡平順過渡。也有些工程采取過渡性路面的方式進行處理，待路基沉降穩(wěn)定后再修筑正式路面，以瀝青過渡路面較為常見。對于已發(fā)生橋頭跳車的路段目前實際應(yīng)用中主要以重新修補路面為主，即先銑刨已損壞的路面，然后重新攤鋪瀝青路面。

4 防治橋頭跳車的新思路

上述防治橋頭跳車的方法，主要是從提高地基和路基剛度或使剛度逐漸剛?cè)徇^渡的角度出發(fā)，其目的使臺背路基沉降小一點、沉降快一點或使沉降在較大范圍內(nèi)平順變化，出發(fā)點都是從減小臺背路基的沉降入手，屬于“被動”適應(yīng)路基的沉降，即前文所述的第一種思路，目前還較少從橋梁結(jié)構(gòu)物入手考慮“主動”適應(yīng)路基的沉降。

事實上，采用這種相對“主動”的方法來應(yīng)對沉降的思路在一些土木工程已經(jīng)得到了應(yīng)用。如日本的關(guān)西國際機場是世界上的一座大型海上機場，位于距離大阪南部大約40 km 處的一個人工島上，1994年投入運營。工程首先在水深近20 m 的海上填海造陸，海底是厚厚的軟黏土，為了應(yīng)對機場建成后可能產(chǎn)生的沉降，事先在機場建筑的底座上預(yù)先安放了眾多大型的千斤頂以應(yīng)對日后可能的沉降和不均勻沉降，這是目前“主動”適應(yīng)沉降的一個著名案例。

采用這種“主動”適應(yīng)沉降的思想來處理橋頭跳車無論是從技術(shù)還是從經(jīng)濟上都是可行的。技術(shù)上采用一定的裝置預(yù)先安裝在橋梁上，這種調(diào)節(jié)裝置最常見的就是各種類型的千斤頂，當(dāng)然也可以是其他各類能夠方便調(diào)節(jié)高度的裝置，等路基沉降較大產(chǎn)生橋頭跳車時，調(diào)整裝置使得橋梁的高程“主動”適應(yīng)路基的沉降從而消除橋頭跳車，這里主要介紹橋頭跳車處理的新思路，具體的調(diào)節(jié)裝置及原理將在后續(xù)的專利和論文中詳述，此處不再贅述。從經(jīng)濟上安裝能調(diào)節(jié)高度的裝置造價上也不會高出很多，因為調(diào)節(jié)裝置本身構(gòu)造上不復(fù)雜，采用材料也是很常用的建筑材料，制造和安裝等也都沒有很高的要求，因此，成本上很容易被建設(shè)方所接受。此外，安裝這種高度調(diào)節(jié)裝置“主動”適應(yīng)路基的沉降當(dāng)需要調(diào)節(jié)時，由于主要在橋梁下和橋墩之間的區(qū)域作業(yè)對道路通行的影響也較小，對于提高道路資源利用，緩解交通擁堵都是十分有利的。

5 結(jié) 論

橋頭跳車已經(jīng)成公路工程的一大通病，為廣大民眾所詬病，有效消除橋頭跳車具有重要的現(xiàn)實意義。深入分析了橋頭跳車形成的原因、產(chǎn)生的危害，并總結(jié)了目前常用的防治橋頭跳車的措施。在上述深入分析的基礎(chǔ)上，建議了一種主動防治橋頭跳車的新思路，即通過預(yù)先安裝一種高度可調(diào)的裝置，使橋梁高程“主動”適應(yīng)臺背路基的沉降。

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