浅谈公路桥涵台背跳车的原因及处理措施

2010-08-15宋安红

山西建筑 2010年13期

宋安红

桥涵台背跳车是公路桥涵与台背回填处由于差异沉降而使路面出现显著的纵坡变化(统称台阶),从而导致车辆通过时产生跳跃的现象。随着国家经济发展,我国公路建设得到了突飞猛进的发展,但从使用情况上看,出现了桥涵台背跳车这个较为普遍的问题,尤其在一些软土地基地段更为严重,这不仅给公路养护部门带来了很大困难,降低路面和桥涵的使用寿命,增加后期养护难度和费用,而且制约道路的通行能力和服务水平,严重危及生命财产安全。

1 桥涵台背跳车原因分析

桥涵台背跳车产生的根本原因是构造物与接线路堤的沉降差。沉降差的产生及形成是多方面的,包括地基地面条件、填料、施工材料以及设计、施工等诸多方面的原因。

1)地基沉陷。由于桥涵通常位于沟壑地段,地下水位较高,且多属于软弱基础,在路基营运荷载的作用下,使地基产生压缩变形,形成地基沉陷。特别是由于软弱地基一般都具有天然含水率高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、渗透系数小的特点,地基沉降更为严重,并且需要相当长的时间才能趋于稳定。同时,由于高等级公路多为全封闭、全立交,为了满足被交公路、航道等净空的要求,桥台后的路基高度一般都较高。因此,产生的地基应力相对较大,更容易引起地基沉降,从而导致桥台后的路基随地基在一定时间内逐渐下沉。2)台背填料压缩沉降。台背填料一般为砂类土或透水性材料,这些材料孔隙率大,所含的水分多,加上施工时受施工作业方面影响,压实机具不能过分靠近接触台背,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,孔隙率逐渐降低,台后填料在一定期限内产生压缩变形、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,但台背填土较高,随着时间推移,也会产生不可避免的沉降。3)施工不合理。个别承包商对桥头填筑的重要性认识不够,在工期及经济利益的促使下,没有严格按施工规程作业,施工方法不当,台背填土速度过快,对地基造成扰动和破坏,没有充分的时间固结,用料没有把好质量关,排水措施没有做好,压实度没有达到要求。这些人为因素使台背回填不稳定,工后沉降大,且不均匀,是造成跳车现象的主要原因之一。4)刚性与柔性的突变。桥涵台与台背路面在结构上存在着差异。从路面结构组合可以看出,它们是两个不同性质路面体系,一侧是铺设在桥涵台背墙顶面柔性面层与刚性桥台组成双层路面体系,另一侧为柔性或半刚性多层路面体系,在车辆荷载作用下,垫层、基层密实度迅速增加,结构层压缩,而桥涵台由于巨大建筑作用,加上基础处理较好,一般认为沉降已经完成,相对于路基而言,沉降可视为零,而铺装层压缩也不大。这样,两侧抗变形能力不同,相对沉降就不可避免的出现,使路面结构破坏,造成跳车。5)设计不周。设计人员有时对施工过程如何便于碾压考虑不周,对于填料的要求不严格,台背排水考虑欠佳。桥涵结构物两端的路堤由于过水、跨线或通道的要求,一般填土都较高,低的3 m左右,高的可达10 m或更高,除了过水的桥涵两侧路堤往往受水浸淹,地基条件也较差,设计上对路基断面结构和边坡防护上有所考虑外,其他多数情况对高路基设计上并无特别的要求,如压实度等指标与一般路堤无异。但由于路堤较高,在填筑以后受到自重和行车荷载的作用,路堤填土必然要产生竖向变形值。

2 桥涵台背跳车病害防治措施

桥涵台背跳车产生的原因是构造物与两端接线路堤的沉降差。目前要完全消除沉降差难以做到,因此应从设计、施工、管养等多方面采取综合治理措施减少其沉降差。

1)桥涵台背地基加固处理。为消除桥台和台后填方段的差异沉降变形,需对地基进行加固,对一般地基可采用加固土(水泥土、石灰土等)的方法进行加固;对软弱地基处理,现在国内有换填法、超载预压、塑料排水板、粉喷桩复合地基等常用方法。就目前情况看,水泥粉喷桩复合地基加固软土效果明显,施工工期短,但费用高;超载预压一般可利用施工荷载作为软基预压荷载,但施工工期较长,剩余沉降量也大;塑料排水板法加固效果好,工期较短,施工简单,经验较为成熟,是目前处理软基较为常用的方法。我们要根据当地实际情况,采用适用于各自特点的特殊地基处理方法,以改善地基、提高承载力、减少工后沉降。

2)对接头处路面进行处理。考虑桥台与台背路面在结构、材料、刚柔、胀缩等方面存在的差异,因此,如何消除和减少结构突变影响,使其在纵、横向都能平顺逐渐过渡,使两个对接性质不同路面体系在抗垂直形变上能平顺过渡,是解决问题的关键。对连接沥青路面,则在桥涵台处增设变厚式水泥混凝土埋板,对连接水泥混凝土路面,则将连接处路面板改为变厚式。在搭板、埋板或变厚式板下,为保证连接部位的刚柔层次在水平和垂直方向均渐次变化,宜采用强度及回弹模量均高于土基的路面材料,以提高该部位的整体受荷和抗冲能力,利于减少锚台幅度,调整不均匀沉降。

3)台背填料的选择。设计及施工中,台背填料应在现场择优选用。采用粗颗粒材料填筑桥涵两端路堤,不仅改善了压实性能,使其易达到要求的压实度,而且对北方地区特别有利于减缓冻融的危害。国外台后填方采用轻质填料,其目的也是减轻填方土体对地基的压力,提高地基的承载力和抗变形能力。在挖方地段的台背回填部位,因场地窄小,应选用当地的石渣、砂砾等优质填料(在湿陷性黄土地区宜用水泥、白灰稳定土),填料的施工厚度,以压实后小于20 cm为宜。

4)妥善处理好接缝。参考柔性路面与刚性路面接缝处理方法,合理地使体系逐渐过渡,避免出现结构突变点。桥梁与水泥混凝土路面间接缝,如处理不好,容易造成错台。桥梁与沥青路面间接缝,往往由于该处沥青路面难以碾压密实而沉陷和出现壅包。

5)严格控制施工方法及工艺。合理安排好施工计划,施工时符合规定,是有效减少桥涵台背跳车的关键,施工过程中尽可能扩大施工场地,以便充分发挥一般大型填方压实机械的使用,认真施工,给予充分压实。当场地受限制时,可采用横向碾压法,不能靠近台背时,可采用小型压路机配合人工夯实进行碾压,控制好填料质量,尽量采用轻型材料,渗水性好的填料。厚度控制在15 cm～20 cm之间,控制好碾压遍数,并对每层填筑质量实施检测,特别是控制好压实度,最终使压实满足设计要求。

6)设置完善排水设施。排水设施对填方的稳定极为重要,特别是靠近结构背后的填料,在施工中及施工后易积水下沉,因此设计及施工时,应保证施工中的排水坡度,设置必要的地下排水设施。另外也可以在桥台与填方段结合处及过渡段的路面下设置垫层,防止路面下渗水进入填方体。对中间为砂砾石填料、两侧为土类填料的填方体与加固地基的连接处,做30 m～50 m纵向集水管和每5 m～10 m的横向排水管,以排泄填方体与加固地基之间的下渗水。