高速公路桥头跳车病害形成与防治

白亮平

桥头跳车是指在公路上行驶的车辆,当行驶到桥台与路堤连接处时,由于桥台与路堤连接处存在错台,而致使高速行驶的车辆发生剧烈颠簸跳动的一种现象。根据相关资料和实地观察调查表明,当桥头台阶高度达1.5 cm时,对车速就产生明显的影响;当台阶高达5 cm时,车辆行驶显著减速。桥头跳车可造成行车舒适感降低、道路通行能力下降,重者可导致车辆损坏、翻车的严重后果。

1 产生桥头跳车的原因

1)桥头地基不良。桥头地基沉陷与桥台沉降幅度不同是产生桥头跳车的主要原因。桥头土质不良是产生地基沉陷的主要原因。桥涵通常位于沟壑地方,地下水位较高,此类土天然含水量大于液限,天然孔隙比大,常含有机质,压缩性强,抗剪强度低,一旦受到扰动,天然结构易受破坏,强度便显著降低。桥头路基填筑高度较大,产生基底应力相对较大,在车辆荷载作用下,更容易引起地基沉陷,且变形稳定历时往往持续数年乃至数十年。就是一些稳定地基,在外荷载作用下,也不可避免出现这个问题。

2)填料压缩。台背填料一般选择具有渗透性的材料,填料间孔隙较大,由于施工中压实度不够,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,运营后填料在行车荷载及自重作用下逐渐沉降密实,填料迅速压缩,孔隙率降低,便在短时间内产生压缩沉降,造成跳车。

3)施工措施不当。路基与桥涵同时施工,为赶工期在很短时间内即完成台背回填工作,施工时没有按分层填筑、分层碾压、分层检测的“三分法”施工,使被扰动的地基层在没有得到充分固结后即运行通车。同时施工中分层厚度过大,分层压实度不够,碾压时对台背挡土墙等构造物挤压力大,用料没有把好质量关,排水措施没有做好等。这些人为因素使高填土引道不稳定,工后沉降大,且不均匀,也是引起桥头跳车的主要原因之一。

4)设计原因。刚柔突变。由于桥涵为刚性结构,可近似看作没有沉降变形,而路基土方为柔性结构,桥台与路堤之间存在着明显的刚度变形,在相同外荷载作用下,路堤产生的塑性变形远大于桥台,从而加剧了沉降差异。

2 解决桥头跳车的具体办法

1)处理好台后软弱地基。清除桥(涵)台后15 m～20 m范围内原地面草皮、树根等杂物后,清表土约30 cm后进行碾压,压实度必须达到90%以上(或图纸、规范要求)方可进行台后回填处理。对于桥(涵)台前、台后地质不良(承载力不足)地段,采取换填等技术措施,必须使地基承载力达到规定要求后再进行路堤填筑。

对软弱地基处理,现在国内有换填法、超载预压、塑料排水板、袋装砂井、片石挤密、强夯(重夯)法、粉喷桩复合地基等常用方法。以上几种软弱地基处理方法中,水泥粉喷桩复合地基加固软土效果明显,施工工期短;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,适用于地基松软、地下水位高的地质;强夯(重夯)法工期短,效果明显,广泛用于湿陷性黄土地段且施工地点开阔的条件下。但如果将强夯法用于软土地基时透水性又很差,所有通常情况下采用强夯法处理软土地基需要在地基中设竖向排水体,以提高处理的效果;袋装砂井适用于泥沼或软土层厚度超过5 m,且路堤高度超过天然地基承载力很多时;片石挤密适用于厚度小于3 m、表层无硬壳、呈流动状态淤泥、排水困难、石块易于取得的条件下。

近几年湿陷性黄土地基及路堤采用冲击式压路机压实取得良好的效果。冲击式压路机由牵引车拖动,它的压实轮表面是由凸轮曲线组成的非圆柱表面,在压实作业时,压实轮回前滚动,由于其重心高度交替变化,从而对地基产生较大的冲击夯实力,因此它具有强夯和振击的双重效果。

2)对接头处路面进行处理。桥台与路基结构是不同体系。对连接沥青路面,则在桥台处增设增变厚式水泥混凝土埋板。若连接水泥混凝土路面,则将连接处路面板改为变厚式。混凝土路面同桥梁相接处,最好是设置钢筋混凝土搭板,搭板一端放在桥台上,并加设防滑锚固钢筋和在搭板上预留灌浆孔,如为斜交桥,尚应设置钢筋混凝土渐变段。

3)加强台背回填管理。台背回填前,先对天然地基处的软地层进行彻底清除,按实际情况进行处理并碾压密实,形成桥涵与路基之间台背回填区下承层,以便与台背回填区部分一同填筑。对桥涵基坑超挖部分要用水稳砂砾或灰土进行回填,避免使用素土。

精选填料,缩小路基与桥涵构造物的不均匀沉降。天然砂砾一般不能满足规范要求,必须进行过筛,最大粒径不大于8 cm。灰土回填时,石灰过筛,采用路拌机或旋耕耙进行集中拌和。灰剂量要满足要求,拌和要均匀。

充分压实。a.严格控制填料含水量。b.严格控制松铺厚度。c.严格控制压实机具。d.严格控制压实指标。施工中,须分层填筑,分层碾压,层层进行检测。

台背回填应与桥涵锥坡部位一同分层进行填筑。

4)严格控制施工。待桥(涵)台背在桥台、立柱混凝土浇筑达到规定强度及涵洞(含通道)盖板施工完毕后,再采用反开挖的方法开挖到规定的回填范围,并在已填路基一侧形成台阶(台阶宽度约40 cm,高度同台背回填高度),使台后回填与已填路路基搭接密实、牢固,提高台背回填整体质量。台背回填严格按照分层摊铺、碾压、密实的工序施工,每层填料压实厚度不超过15 cm,压路机碾压密实。

加大伸缩缝安装质量管理力度,提高其施工质量。针对桥梁、伸缩缝、路堤三者标高不一致而产生的错台现象,要求施工单位必须安排好施工工序,先铺筑路面,后安装伸缩缝。在铺筑沥青路面时先将预留伸缩缝用路面材料填塞,路面铺筑完毕后,再对预留槽进行切缝,清除预留槽内杂物后再安排伸缩缝施工。

加大施工质量管理力度,严格按治理方法进行台背回填。要求在分项工程施工技术方案中对每一道构造物台背回填制定详细的施工计划,包括填料的质量、规格、施工工序及检查制度等,同时将台背回填作为必检项目,特别是层铺厚度、压实度。

合理安排好施工计划,科学安排施工顺序,保证桥头路基与台背回填体的平顺衔接。施工时符合规定,是有效减少桥头跳车的关键,应遵循“早开工,工期长一点”的原则进行,控制好填料质量、每层厚度、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。台后连接处填土应尽量实时检测,特别是控制好压实度。

5)设置桥台搭板。桥头搭板长度目前多采用6 m～8 m。但由于路基的沉陷造成搭板架空而断裂的问题时有发生,目前已经有研究单位提出将桥头路堤20 m左右的路面结构设计成3段～4段高程可以调节的搭板形式,当发生沉陷时将搭板通过一定手段顶起并用速凝水泥砂浆注入板下空隙,这种措施还可以避免第二次跳车。

6)采用过渡性路面。过渡性路面多用于软土地基的高速公路,一期的路面结构设计成过渡结构形式,过渡期一般为3年～5年。过渡性路面类型有预制水泥混凝土块、条石铺砌、半刚性过渡层或沥青表处过渡层等。高速公路中采用沥青表处过渡层类型较多,其优点是当出现较大沉降时,及时补充铺设一层沥青混凝土或沥青砂,以保证行车畅顺,有效避免桥头跳车现象。

7)筑路材料选择。通常台背填料应选择强度高、易压实和透水性好的材料,如砂性土、卵石土、砂砾土等。

桥台跳车是目前比较难处理的工程病害,要治理桥头跳车首先要研究其产生的原因,提出适当的处治方法,并且要切实可行,便于施工,还要克服建设、设计、科研、监督、施工相互脱节的通病,各方共同努力克服这一世界性难题。

[1]JTJ 017-96,公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S].

[2]JTJ 033-95,公路路基施工技术[S].

[3]JTJ 041-2000,公路桥涵施工技术规范[S].

[4]陈伟利,武丽霞,杨彦军.谈公路桥头跳车病害的成因及防治措施[J].山西建筑,2008,34(21):249-250.