简述高速公路桥头跳车的因素和处理方法

2011-08-15李伟功杨庆云

山西建筑 2011年1期

李伟功杨庆云

1 概述

路面在桥头过渡段出现不同程度的驼峰、错台、断裂等病害，车辆通过时就会跳动，影响高速公路行车舒适性和人车安全，严重的会发生翻车撞车等交通事故。因此，如何解决高速公路桥头跳车问题，对于保证公路正常的使用和经济具有很大的意义。从理论上和公路施工经验方面，对解决桥头跳车问题进行探讨，提出自己的认识与见解。

2 桥头跳车产生的原因和其对行车速度的影响

2.1 桥头跳车产生的原因

2.1.1 桥与路的刚柔不同引起的跳车

刚度不同的路面在车辆行驶时产生的振动效果也不同。桥梁由于采用桩基础或扩大基础，自身的稳定与安全已不成问题，沉降量也很微小，属于刚性结构。而台背材料一般采用透水性材料砂砾填筑，与桥台相连的路基一样，其刚性较小柔性较大属于柔性结构。由于柔性材料对能量的吸收要大于刚性材料，这两者之间的刚度差势必引起这两者的塑性变形差，从而对车辆在此通过时产生一定的颠簸。

2.1.2 台后填筑材料受压收缩后引起路基沉降

台背填料因含有水分存在孔隙，施工中采取任何措施也难将填料颗粒间的孔隙完全消除。所以公路在使用过程中，由于路基土体的自重，并受车辆荷载和各种自然因素的作用，土体中水分逐渐排出，孔隙率逐渐降低，土体体积收缩，竖向沉降进一步发展，便在一定的时间内产生路基的沉降。所以，沉降主要取决于台背填料的性质和施工工艺、压实方法及防排水工程等。

2.1.3 地质状况不良造成的地基沉降

因为桥涵等构造物通常是修建在沟壑等地质复杂地段，地质状况一般都是软土，软土主要由粘土粒及分粒组成，孔隙比大，其粘粒含量较高，有的可达 60%～70%;软土的天然含水量比较大，约在 30%～80%之间，受力后压缩量自然较大。在路基荷载作用下，地基中的应力状态发生变化，从而引起地基变形，出现沉降，所以在软土上填筑的路基也极易产生沉降。

2.2 跳车对行车速度的影响

综上所述，车辆在行驶过程中速度受到不同程度的影响，车速降低的程度与行车速度、错台沉降的大小和车辆的类型有关，据有关资料表明，错台每增加 1 cm行车速度就下降3 km/h左右，而且当台阶大于 5 cm时，对行车速度有明显的影响，一般来说柔性路面的影响较刚性路面小，对于抗振动性不同的车辆以同一速度行驶时其影响也不同。

3 处理方法

3.1 地基处理

处理好桥头的软土地基，是控制跳车的关键，结合自己施工项目的实践，对桥头软土地基处理有:强夯法、水泥搅拌桩法、灰土挤密桩法等措施，下面就简单加以介绍。

3.1.1 强夯法处理桥头软土地基

强夯法，是利用(80 kN～300 kN)的重锤从 8m～20m高处落下的冲击能，夯击地基土，在地基土中产生冲击波和很大的动应力，冲击能量波可以改变物体的力学性质，增加路基的稳定性，减少沉降，增强抗液化能力，使地基土得到夯实。地基处理范围:横向每侧应在路基坡脚外不小于 3m，纵向处理台背两侧各 20m至桥台锥坡坡脚外 3m。强夯的振动可能对周围环境造成不良影响，因此使用时要考虑周围环境的影响。

施工工艺流程:场地整平→测量场地高程、绘高程图、放点→第一遍点夯→夯坑推平、碾压、检测→绘场地高程图、放点→第二遍点夯→夯坑推平、碾压、检测→绘场地高程图→补夯→推平→第三遍满夯→推平场地→测量高程→检测→竣工验收。

3.1.2 水泥搅拌桩处理桥头软土地基

水泥搅拌法施工时分为湿法(深层搅拌法)和干法(粉体喷射搅拌法)两种加固土桩，湿法是利用深层搅拌机，将水泥浆与地基土在原位拌和;干法是利用粉喷机，将水泥粉和地基土在原位拌和。拌和后形成柱状水泥土体，可以提高地基承载力，减少沉降，增加地基稳定性和防止渗漏。

施工工艺流程:整平原地面→钻机定位→钻杆下沉钻进→上提喷粉强制搅拌→复拌→提杆出孔→钻机移位。其优点是无振动、无污染，对周围环境，建筑物无影响，近年来广泛应用于高速公路，如侯马—禹门口高速公路、佛山一环等，但是其缺点是造价较高。

3.1.3 灰土挤密桩处理桥头软土地基

灰土挤密桩是用石灰和土根据工程需要按一定比例(3∶7体积比)拌和，并在桩孔内夯实加密后形成的桩。作用机理:这种材料在化学性能上具有气硬性和水硬性;由于生石灰内带有正电荷钙离子与带负电荷粘土颗粒相互吸附，形成胶体凝聚，并随灰土龄期增长增加了土体固化作用，使灰土强度逐渐达到挤密地基效果，改善地基力学性能，提高地基强度，从而达到了满足工程要求的地基承载力。地基处理范围:横向每侧应在路基坡脚外不小于3m，纵向处理台背两侧各 20m至桥台锥坡坡脚外 3m。如河运高速公路桥头地基处理。特点是施工工艺较复杂，造价高，受地下水影响较大，施工前应先做试验。

施工工艺流程:施工准备(平整场地、搭设临时工棚、机械检修)→施工放样→储备材料(灰土采用集中拌和)→机械就位→成孔→桩孔填夯→移动机械到下一桩孔，重复上述工序打桩夯实。

3.2 台背路基处理

3.2.1 台背回填的方式

桥台背应选用摩擦角大，强度高，压实快，透水性好的填料;如岩渣，砾石，砂砾等。选用内摩擦角较大的填料有利于从台背缝隙中渗入的雨水沿盲沟和泄水管顺利排到路基外，从而减缓雨水对路基的浸害;填料的范围:台后路堤纵向长度距桥台不小于 2m。为了把路基与桥台之间不均匀沉降差控制在一定的范围内渐变，起到减少和消除桥头跳车的目的，可采用带孔的土工格栅与台背联结分层铺设，对台背填土进行加筋，有效的改善填土的整体特性，使台背局部土体的垂直应力和水平应力明显减少，剪应力明显提高，减小了桥台与路堤的刚度差，也改善了桥台与路基填土之间的刚度悬殊，实现刚性桥台与柔性路基模量的平稳过渡，如汾离高速公路路基桥头处理。

3.2.2 台背回填的压实

台背回填应在桥涵上部结构吊装之后进行，同时注意结构物两端对称水平填筑施工。台背回填的压实质量是影响台背沉降的一个主要因素，台背特殊位置成为碾压的一个薄弱环节，压路机难以碾压到位，且大吨位机械振动太大时，对桥台影响太大，因此，宜选用小型压实机具，且严格控制每层填筑厚度，碾压遍数，压实度力求达到 96%以上，对于机械夯实碾不到之处，应及时采用直立夯进行人工补充夯实。

3.2.3 台背注浆处理

台背工后，为防止路基出现不均匀沉降，可对台背后路基一定范围内进行压力注浆处理。一般采用水泥浆液或水泥粉煤灰浆液，水灰比为:0.8∶1～1∶1。注浆深度不小于路堤高度，呈矩形、梅花形布置，间距通常不小于 1.5m。其特点是浆液与土体结合后改变土体机理，提高土体的力学强度和变形模量，减少总的沉降量，有效地防止桥头过渡段跳车现象发生，如祁临高速公路桥头处理。

施工工艺流程:选择注浆设备→直接打入法成孔→封孔→制浆→边缘帷幕注浆→充填固结注浆→封孔清洗管路→移至下一注浆孔。其优点为取材容易，配方简单，操作易于掌握，无环境污染，价格便宜。

3.3 路面处理

3.3.1 设置桥头搭板

搭板的设置可以缓和桥头错台，使在柔性路堤产生的较大沉降逐渐过渡至刚性桥台上，在车辆通过时跳车现象大为减少;桥头搭板的长度设计应根据路基容许工后沉降量值计算确定，常取3m～15m;搭板的近台端一般搁置在桥台前墙顶面或牛腿上，当桥头引道为刚性路面时，搭板的纵坡可采用与路面设计纵坡相平行，而当引道为柔性路面时，则搭板的远台端常置于路面面层与基层之间，为防止搭板下沉，可在搭板上铺一层沥青面层。

3.3.2 设置变厚式埋板

为避免二次跳车，常在搭板的尾端加设一段浅埋的变厚式埋板，其长度取 3m～5m，对于水泥混凝土路面，也可将与搭板连接处的路面板改为变厚式埋板;在搭板或变厚式埋板的下层，为保证桥台连接部位的刚柔层次在水平和垂直的方向均能逐渐变化，宜采用强度和回弹横量均高于其他路段相对应的路面结构层材料，以提高该部位的整体抗冲能力，有利于调整不均匀沉陷，改善桥头跳车或二次跳车现象。