如何减少因桥头跳车引起的病害
2015-05-15
一、桥头跳车对工程及运管的主要危害
所谓跳车是由于公路桥头及伸缩缝（桥头引道）处的差异沉降或伸缩缝破坏而使路面纵坡出现台阶引起车辆通过时产生跳跃的现象，其主要危害有以下几个方面：
第一，对行车安全和舒适度的影响。由于跳车的存在使车辆不得不降低车速，使公路的使用功能和通行能力受到很大影响；另外跳车使驾驶员和乘车者感到不适，心情不快易疲劳，所载货物易损坏；严重跳车会造成翻车、追尾等交通事故，威胁人、车和财物的安全，造成生命、财产的损失。
第二，由跳车产生的水平和垂直冲击力会对路面、路基和桥梁结构物产生进一步的损坏，从而增加了养护维修费用和管理的难度，并降低了公路使用性能。
第三，跳车时的冲击力会对车辆产生不利反力，增加车辆的振动和机械磨损和轮胎的磨耗，油耗增大，缩短车辆使用年限，增加运输成本。
第四，跳车时的振动和噪声对驾驶员乘车者和公路两旁的居民会产生噪声污染，不利于人们身心健康，影响其正常的工作和生活。
二、产生桥头跳车的成因分析
桥头跳车台阶的产生和行成是多方面的，包括地基地面条件、填料、施工材料以及设计、施工等多方面的原因。
（一）桥头及台后填方地基的受力与沉降变形分析
我国地域辽阔，作为桥台及台后填方地基的地层岩性状况也千差万别，如基岩（岩浆岩、沉基岩、变质岩）地基、黄土地基、软土地基、冻土地基、盐渍土地基、膨胀地基等等，除基岩（指次坚石以上的岩类）地基外，其他类型的地基一般情况在桥台及台后填方的作用下，均要发生不同程度的沉降或竖向固结变形，所以对地基必须进行加固处理设计，如采用扩大基础或桩基础等，以保证地基的稳定性。
桥台及台后填方的地基一般情况为同一性质或同一类型的地层，但从目前情况看， 仅对桥台地基进行加固处理设计，而对台后填方路段下的地基一般不进行加固处理设计。桥台和台后填方是两个性质不同的结构体，虽然桥台作用在地基上的压力大于台后填方，但由于桥台基础一般都进行了加固处理，所以一般不发生竖向沉降变形。而台后填方的基础一般不进行加固其竖向沉降变形都有远大于桥台下的地基变形，由于地基的这种差异变形，反映到上部路面，就出现了桥台后填方段的差异沉降。
（二）台后填料受水浸侵蚀及变形分析
桥台一般由浆砌片石和钢筋砼砌筑，在桥台和台后填料之间或者锥坡部位，大气降水易沿路面锥体下渗，下渗水对桥台一般不产生破坏作用，但对土体填料易产生侵蚀和软化，特别对于填方体压实度不够，产生侵蚀和软化，降低强度，从而导致填方体变形。对砂砾石类填料，从填方横断面看一般填方体中部为砂砾石，两侧为土类，这种结构只利于水的下渗，而不利于水的横向排泄。对不加固的地基来说，填方体中部压力大，向两面侧边坡的压力逐渐减少，从而使地基产生凹形沉降变形，当水沿砂砾石下渗到地基后，下渗水不易快速排泄，从而软化地基，并加速地基的变形。
（三）台后填料压实分析
靠近桥台处填方体的压实度很难达到设计规范要求，这也是一直困扰设计和施工的难点。目前在设计上和施工中主要采用强夯、人工夯实、填筑砂料等方法和措施。对于轻型桥台，重型压路机靠近桥台进行压实，但振动压路机可能破坏桥台的结构；而对于“U”型桥台，重型压路机难以靠近，从而使靠近桥台部位的填方土体不易达到设计和压实度要求，造成桥台与台后填方差异沉降。
三、桥头跳车台阶产生的主要原因
通过以上分析，可得出产生桥头跳车台阶的主要原因有：
（一）地基强度不同
桥涵通道与路基大都是同年平行进行施工的，桥涵是钢性体，其地基强度一般都有较高的要求，并进行加固处理，沉降较小或不沉降（岩石地基）。而台后填方段地基未进行加固处理，从而使桥台和台后填方产生差异沉降变形，以致形成台阶。
（二）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3m左右，高的可达10m或更高，除了过水的桥涵两侧路堤往往浸淹，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，其它多数情况对高路基设计上并无特别的要求，如压实指标均与一般路基无异。但由于路基较高，在填筑以后受到自重和行车荷载的作用，路基土必然要产生竖向变形值。
（三）台后填料不当
施工时对桥台台后的回填土未能慎重考虑，施工人员用料不当、控制不严，未能达到要求。但需要特别指出，施工不良比材料不良更易造成构造物台后填料的下沉。
（四）台后压实不足
施工时工期工序安排不当，以致桥头填土处于工期未期，被迫赶工，不能很好地控制台背填土的压实度，致使填料压实度不能满足设计和规范要求，使填方体产生竖向固结变形，形成较大的工后沉降，在台背与路基连接处造成沉陷形成台阶。
（五）地基浸水软化
软土地基、湿陷性黄土地基浸水等造成路基沉降。
（六）桥台伸缩缝的破损
据上述分析，形成 桥头台阶的原因很多，结构的差异、设计的不周和施工控制的不严等到综合因素的作用导致了差异沉降的发生和发展。
四、桥头跳车防治措施
（一）地基加固处理
为消除桥台和台后填方段的差异沉降变形，需要对地基进行加固，对一般地基可采取加固土（水泥土、石灰土等）的方法进行加固处理，对软土、湿陷性黄土、解冻土、河相冲积土等特殊地基，需进行适用于各自特点的特殊地基处理方法，如换土、强夯、固结、轻质路堤和粉喷等方法，以改善地基提高承载力减少工后沉降。
台后填方段的地基压力，其次台后填方的高度一般情况下沿纵向（远离桥台）不断降低，即压力不断减小，所以在进行地基加固处理时，首先应了解地基的地层岩性情况，并取样做土的含水量、密度和剪切实验，对特殊地层如黄土和膨胀土还需做湿陷性等实验，从而确定地基沉降变形特性（固结变形计算）；其次分段计算填方自重压力，根据具体的地层情况设计地基加固方案，使台后填方路段的地基沉降变形与桥台地基沉降变形保持一致，对不同的地层采用不同方法和措施。
1.软土地基
软土属高压缩、大变形地基，对该地基首先采用插塑料板、袋装沙井、超载预压等方法进行排水固结，其次根据填方路堤的压力计算，采用喷粉桩、挤密桩等进行加固处理。我们在在沪瑞高速公路江西境内就采用先挖排水沟再进行压水泥浆固结地基效果很好。
2.流相冲洪积物地基
该地层分布广、类型多、相变较大，地貌一般为河漫滩，或一、二级阶地，该地基无论地层岩性条件，还是固结变形情况都有优于软土地基，但是由于该地基岩性和固结情况变化较大，在地基加固设计前，应做好地质勘察和土工实验，计算固结沉降量和填方压力，在此基础上进行地基渐变加固处理。
3.湿陷性黄土地基
对桥台路堤边坡和锥坡坡脚外2M范围的地基（明挖扩大基础桥台的基底）进行强夯处理，压实度不低于85%，另加2个百分点，同时满足桥台基底承载力的要求；处理后的基底标高在桥台、桥头路堤范围内应在同一水平面上，并用石灰土或水泥土封闭，防止地基浸水。湿陷性黄土地基还应做好防水、排水工程，防止地表水渗入路基，造成沉陷。
（二）桥头设置过渡段
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，为了在其纵、横向都能平顺逐渐过渡，可采取以下措施：
1.设置枕梁和搭板
枕梁和搭板根据不同情况应采取不同的布置方式：
（1）桥梁为正交时，搭板预制，板顶浇厚6CM30#钢筋砼或钢筋纤维砼铺装层，在搭板与砼路面相接处设置胀缝，在与搭板邻近的2～3块路面的板缝连续设置胀缝。
（2）桥梁为斜交时除用钢筋砼搭板和铺装层整体浇灌外，另设置钢筋砼渐变板，其一端置于枕梁与搭板连接，另一端则直接置于路基相接于砼路面。
2.设置变厚式埋板
对沥青砼路面，在桥台连接处设置变厚式砼埋板；对砼路面，则将连接处的路面板改为变厚板。在搭板、埋板下为保证连接部位的刚柔层次面水平和垂直方向均渐次变化，宜采用强度和回弹模量均高于土基的路面结构材料，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.路面类型过渡
桥头不均匀沉降原因很多，且难于根除，为此常根据桥涵的长度和接线填方长度在桥头一定长度范围内铺设过渡性路面，待路堤沉降基本完成后再改铺设计路面。
（三）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。宜采用透水性好的填料填筑桥涵两侧路堤或采用改良性土作为填料。如果条件允许可用轻质材料填筑。
（四）台背填方的碾压方法
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，在不能用大型机械压实的情况下，要用小型振动压路机或蛙式打夯机进行压实。 （五）设置完善排水设施 排水设施对填方的稳定极为重要特别对靠近构造物背心的填料，施工前应做好排水使原地基排水固结必要时进行换填或打桩排水固结。
五、防治新技术
（一）土工格栅处理桥台涵背的填方
土工格栅是五种抗拉强度较高的材料，具有良好的水稳性，对路基土粒间存在一定的约束作用，可以增加土基的整体回弹模量，防止土基和基层产生裂纹时辐射到路面面层上，还可以增加路面基层整体强度的优点。具体情况如下：
1.挖开基坑砌筑构造物（桥台、通道、涵洞），将构造物砌到一定标高（至少高于地面线）。
2.用砂砾或者其他材料把构造物两端场地整平，并充分压实。
3.分层填筑砾石至构造物的砌筑标高。
4.在构造物两端5～10mm范围内，铺一层土工格栅，把30～80mm长的格栅伸入构造物内，然后再砌筑一层，把格栅的一端压入构造物中，压入长度至下而上逐渐减少即层与层之间剪切齿缝。
砌筑时，压入层的砂浆一定要充分，背包石压紧格栅末端，不能留缝，以免影响层与层之间的粘结力，其余土工格栅用U型钉锚固在压实好的路基上，格栅最好用双向抗拉格栅，每层格栅的间距根据填土高度或按设计意图施工。
（二）加筋土整体式桥台
加筋土整体式桥台可用来解决软土地基路桥结合处的差异沉降，加筋土是由筋带与填料之间的磨擦作用来实现的。
（三）台背回填采用刚柔过渡段法
结构物台背是用刚性很大的石块或钢筋砼浇筑而成，是刚性体，而路基一般是用柔性较大的土填筑而成，是强塑性体，显然路基体与结构物之间存在着较大的刚度差，这个刚度差的存在必然引起路基与结构物之间产生较大的相对变形差和较大的刚度突变。所以台背回填物应使用刚度介于路基土和结构物材料刚度之间的某种材料，并沿长度方向变化其厚度，也即台背回填与路基接头采用一定的倾斜角相连接，台背回填远薄近厚，使台背回填整体刚度沿路长度方向逐渐变化，从而实现台背回填的刚柔过渡。
在材料选择上，应采用水稳性好的材料：二灰土、水泥稳定砂砾（土）或者石灰土分层压实，厚度在10～15CM之间。
（四）改变伸缩缝的种类和位置
一种是台背一定范围内的路面伸缩缝尽量采用工厂化生产的嵌入式塑胶条，少用沥青填充料；另一种是桥面上尽量把桥头处的伸缩缝位置移至与桥头相邻的墩上，把桥头处改为桥面连续，这样可以减少桥头跳车的机会。例如我们就在国道323线的鹿鸣关大桥上就采用这种方法，效果不错。
六、结语
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。
