道路与桥头过度段路基病害特征及应对方法分析
2015-03-25
引言
随着我国经济持续增长，公路交通运输有了很大进展，同时，对公路行驶质量提出了较高的要求。我国地质、地形复杂多变，公路工程在施工、运营及维护各个环节都存在许多影响公路行驶质量的因素，其中路桥过渡段的桥头跳车问题尤其突出。
桥头跳车是指在引道路堤与桥台构筑物衔接处产生了显著的差异沉降，路面纵向出现错台，从而导致行驶车辆在这一区段产生颠簸现象。由于该病害在国内外公路中普遍存在，因此许多国家、地区及独立研究机构从不同角度对其进行了探讨和研究。我国也对其开展了大量的研究工作，且总结了不少经验，取得了显著的成果。本文将针对路桥过渡段路基的病害特征及处理方法展开讨论。
一、 桥头跳车的危害
1、 降低行车速度
车辆行驶到桥头病害处会产生减速和行车驱动力降低，甚至颠簸及跳动的现象，导致其行驶速度受到影响。
2 、影响行车安全
桥头跳车产生跳动和冲击，不仅会使驾乘人员感到不适，而且会使驾驶员心理受到负面影响，严重时甚至会影响驾驶员的正常驾驶，致使车辆失控，甚至出现行车事故。
3 、增加车辆运营成本
桥头处产生颠簸不仅会加速车辆的磨损，而且为防止过度颠簸，车辆会频繁减速、加速，从而加大了燃料消耗，增加了车辆行驶时间，加重了运营成本。
4、 增加道路维修及养护成本
据统计，中国约有 1/4 的桥梁出现了桥头跳车病害，全国每年为此花费的修理费用预计高达 8 亿元人民币以上，且在我国一些经济发展较快的大中城市，其公路和城市道路中也存在同样问题。
二、 桥头过渡段病害特征
1 、路基滑移
当路堤填土较高或边坡较陡、整体性较差，或路基边坡部分或整体受到破坏时容易发生路基滑移现象，具体表现在以下 2 方面。
1）路基向桥台方向产生顺桥向滑移。对于桩柱式桥台，台前填土处于无侧限受压状态，若锥坡发生破坏，则在自重和车辆荷载作用下，土体会产生向桥内移动的趋势，形成横向裂缝甚至整体下滑，致使桥头部位的路基、路面产生显著的竖向位移。
2) 路基横桥向滑移。由于路堤边坡较陡或受到破坏，在荷载作用下形成纵向裂缝或沿坡裂面整体下滑，从而路基产生整体侧向滑移。
2、 桥台与路基间的错台
由于桥台台背填土产生均匀或者不均匀沉降，致导桥台台后路基局部或整体下沉，使桥台与路基间形成错台。
3、 搭板断裂
桥头搭板设置过程中，若路基局部产生不均匀沉降，则搭板局部会产生底部脱空。这时若搭板设置过薄，不能单独承受荷载时，则搭板在脱空区域会因受力较大而发生断裂。
4、 搭板与路堤形成相对纵坡
桥头搭板设置过程中，若桥台台背填土沉降较大或搭板长度不足，则搭板与路堤会形成显著的相对纵坡，就会在搭板与路堤的衔接处产生相对转角，车辆驶经该处时同样会产生类似桥头跳车的感觉.
5、 搭板末端产生差异沉降
由于路桥过渡段桥头跳车问题突出，通常设计和施工时都采取了一定的措施，但如果设置了搭板而忽略了对搭板以外路基的处理与压实，则经过一段时间运营后，该部位会产生新的跳车现象。
三、 路桥过渡段的处治方法
路桥过渡段的处治方法大致有 3 种: 一是减小路基的压缩变形，二是实现沉降渐变过渡，三是减小地基沉降。下面将具体阐述这 3 种处治方法。
1、 减小路基压缩变形
1) 提高路基填土压实度。合理使用压实机具，严格控制压实厚度，填土通过检测控制，含水量不留压实死角，确保压实充分。
2) 因地制宜选择合适的填料。在桥台台背回填范围内宜选用内摩擦角大、强度高、压实快、透水性好的填料，如岩渣、砾石、砂砾等。同时，选用内摩擦角较大的填料也有利于排水，可减缓雨水的危害，且也有利于改善压实性能，使路基的密实度易于达到设计要求。
3) 采用挤密复合地基方法来处理路基填土。该方法是: 路基填筑完毕后，在路基上成孔，然后在孔内填入材料并振动压实成桩。由于桩的挤密和置换作用，使得路堤填土密实度提高，且路堤整体刚度显著增大，从而减小路堤的压缩变形。砂桩、土和灰土桩及二灰土桩等都是常用的挤密桩。
4) 采用土工格栅进行加筋处治。该方法利用土工格栅加固层的立体结构使土颗粒受到约束，土体颗粒间的摩擦及土颗粒与土工格栅接触面间的摩擦咬合作用增强，形成整体性好、刚度较大的柔性结构层。采用模量渐变原理在路桥过渡段形成加固区，柔性加固层一端固定于桥台，另一端与路基相连，实现刚性桥台与柔性路基的过渡，以消除过大的差异沉降。
5) 采用注浆法处理路基填土。该法不但可以用于地基处理，而且路堤病害处治也应用较多，其利用气压、液压或电化学原理，把某些能固化的浆液注入填土的孔隙内，从而改善地基的物理力学性质。通常选用的是渗透注浆法( 块石填料) 、压密注浆法和劈裂注浆法。这些方法已广泛应用于路基中砂及砂砾石地基、软粘土地基、杂填土地基、淤泥以及湿陷性黄土地基等，在路堤修筑过程中，经过碾压和换填处理后填料压实度高，含水量较小。
2、 沉降渐变过渡
1) 设置桥头搭板。该方法是治理桥头跳车应用较早，使用最广泛的一种方法。搭板设计的基本思路主要是基于过渡桥台与路堤突变性的纵向差异沉降，将纵向坡度变化控制在容许范围内。搭板与桥台通过锚筋相连，厚度不宜小于 0． 25 m，长度不宜小于 5 m。为了避免 2 次跳车，可在搭板尾端加设一段浅埋变厚式埋板。通常是将搭板分区段设计。对于搭板的计算，日本高等级公路《设计要领》中，规定取搭板顺桥向长度 0． 7 倍板长作为简支梁计算。在我国也有将设置枕梁的单段式板按 0． 9 倍板长作为简支板计算的情况。
2) 设置柔性桥台。为了降低桥台自身刚度，缩小桥台和路堤的刚度差，使路桥过渡段的土体固结和荷载压缩变形沉降均匀过渡，达到缓和过渡路面纵坡，防止桥头跳车的目的，可采用柔性桥台结构;但柔性桥台仅适用于个别桥梁结构形式，且施工难度较大。
3) 设置渐变桩。采用挤密桩加固地基时可用渐变方式来处理，以达到纵向沉降缓和渐变的目的。在路桥过渡段一定范围内，从路基向桥台的方向，可通过增加桩长或减小桩间距的方式，使路桥过渡段刚度实现过渡，从而减小搭板路两端的沉降差，有效实现沉降过渡。
3、 减小地基沉降
1) 采用轻质填料。采用粉煤灰填筑路堤，因其具有自重轻( 相对一般土质填料其容重少 20% 以上) 、压缩性小、强度高、透水性能良好等特点，可有效减小桥头路堤的总沉降。粉煤灰压实后基本呈无塑性状态，需在一定含水量下才能成型，干后又会消散成粉末状; 且粉煤灰的毛细水作用影响相对较大，在雨水或内部渗流作用下易流失，需在一定工艺条件下才能形成达到设计需要强度的整体性材料。因此，必须在设计中采取相应措施，如添加一定量的石灰或水泥，才能避免其不利影响。在轻质填料中，泡沫聚苯乙烯( EPS) 材料是一种重量极轻的材料，其一般容重约 0． 3 kN/m3，为一般填土的 1% ～ 2%。另外，该材料还具有稳定性好、变形模量较大的优点。利用 EPS 材料超轻质的突出优点，可以显著降低路堤及汽车荷载对地基产生的附加应力，减小地基沉降和桥台台背差异沉降，减小对桥台产生的侧压力，实现从桥头到路基的刚柔过渡，进而有效解决桥头跳车问题。
2) 针对桥头软弱地基进行处理。桥头软基在荷载作用下产生较大工后沉降是导致桥台与路堤沉降差的主要因素，目前软基处理的方法主要有换土垫层、抛石挤淤、排水固结及复合地基加固等。换土垫层、抛石挤淤属于软基浅层处理方法，处理深度一般不超过 3 m。排水固结法适用于饱和软粘土、有机粘土的地基处理，其包括袋装砂井、塑料排水板、超载预压、真空堆载预压等方法。复合地基加固法是利用机械在软土地基局部范围，通过使用一定直径与深度的软土固化材料予以加固、改良，形成加固桩体的方法，其包括碎石桩、砂桩、水泥搅拌桩、粉喷桩和旋喷桩等。
路桥过渡段作为一个复杂体系，其处治应突出“综合处治”的思想，工程项目需因地制宜，根据实际情况采取措施提高路基、地基刚度以减小过渡沉降，最终避免桥头跳车现象的产生。
四、结语
我国地域广阔，地质条件复杂，筑路材料各异，施工技术和工艺不同，这就导致路桥过渡段路基病害产生的原因多种多样。桥头跳车是公路工程中的突出问题之一，设计施工中必须根据实际工程情况，进行充分设计构思，加强施工各环节的质量控制，尽量减少过渡段的显著差异沉降，从而减轻甚至避免出现桥头跳车现象，以提高行车过程中的安全性与舒适性，增加社会经济效益。
随着我国经济持续增长，公路交通运输有了很大进展，同时，对公路行驶质量提出了较高的要求。我国地质、地形复杂多变，公路工程在施工、运营及维护各个环节都存在许多影响公路行驶质量的因素，其中路桥过渡段的桥头跳车问题尤其突出。
桥头跳车是指在引道路堤与桥台构筑物衔接处产生了显著的差异沉降，路面纵向出现错台，从而导致行驶车辆在这一区段产生颠簸现象。由于该病害在国内外公路中普遍存在，因此许多国家、地区及独立研究机构从不同角度对其进行了探讨和研究。我国也对其开展了大量的研究工作，且总结了不少经验，取得了显著的成果。本文将针对路桥过渡段路基的病害特征及处理方法展开讨论。
