高速公路桥头跳车问题的产生原因及处理措施

刘仁燕 黄文斌

摘要:目前,已投入使用的高速公路中,存在一个普遍问题就是:路面的台背因填处出现不同程度的沉陷、断裂,使车辆通过时产生跳跃和冲击,从而对桥涵和路面造成附加的冲击荷载,使司机和乘客感到颠簸不适,甚至造成车辆大幅度减速,严重的可导致交通事故。因此,如何解决高速公路桥头跳车问题,本文提出了一点认识与见解。

关键词:高速公路;桥头跳车;处理措施

1 桥头跳车产生的原因

1.1 地基地质不良,造成沉陷。桥涵通常位于沟壑地段,地下水位较高,且多属软土。由于软土一般都具有天然含水量高、孔隙比大、压缩性高和抗剪强度低等共同特点,在软土上填筑路基,便极易产生沉降。同时,桥头路基填筑高度较其它地段大,产生基底应力相对较大,更易引起地基沉陷,特别是工后沉降较大。

1.2 台背填料压缩,引起路基沉降。台背填料因所含水份,存在孔隙,不论施工中采取任何措施也难将填料颗粒音的孔隙完全消除。在公路自重及车辆的垂直荷载与振动荷载作用下,孔隙率逐渐降低,填料逐渐压缩,密实度逐渐增大,便在一定期限内产生路基沉降。

1.3 刚柔突变引起的沉陷跳车。刚度不同的路面的跳车处所产生的振动效果不同,柔性材料对能量的吸收要比刚性材料大。由于结构物桥台一般采用刚性很大的坚石砌筑或钢盘砼浇筑而成,具有较大的整体刚度,属刚性体;而与结构物桥台相连的道路,具有刚性较小柔性较大的特性,属弹塑性体。显然,道路与结构物桥台之间存在着较大的刚度差,这个刚度差的存在必然引起道路与结构物桥台之间产生较大的塑性变形相对差和较大的刚度突变,势必增强桥头跳车的振动效果。

2 解决桥头跳车的措施

2.1 地基处理

处理好桥头软弱地基,是控制跳车的关键。目前对桥头软弱地基处理国内已有加固土桩法、料粒桩法、竖向排水体预压法、堆载预压法和浅层处治法等措施,下面介绍几种行之有效的常用方法。

2.1.1 采用深层搅拌法加固桥头软基。该法属加固土桩类型,主要适应于软弱粘性土。一般借助于压缩空气,采用专门深层搅拌机械设备,从不断回转的中心轴端向四周被搅松的土中喷出浆体或粉体固化剂,经叶片搅拌,并吸收周围水分,在加固的深层软土中进行一系列物理--化学反应,使软土硬结成具有整体性和一定强度的优质复合地基,从而提高桥头软土地基承载力,减少沉降量,缩短固结期,提高边坡稳定性。

2.1.2 采用砂桩加固桥头软基。该法属料粒桩类型,适用于松砂地基、杂填土或软土,对地基土起置换作用、竖向排水作用和挤密作用。为加速成地基固结,减少后期沉降,一般根据实际情况,配合堆载预压或超压施工,使地基强度显著提高,同时改善地基的整体稳定性。

2.1.3 塑料排水板载预压法。该法属竖向排水体预压类型,主要适用于透水性低的软弱粘性土。塑料排水板是由芯体和滤套组成的复合体,或是由单一材料制成的多孔管道板带。为加速排水固结,减少后期沉降,一般都配合堆载预压或超压施工,使地基土的有效应力增大、其特点是施工简便快捷,造价较低,但效果比上述两种类型略差,仍存在少量工后沉降。

2.2 路基处理

路基处理是解决桥头跳车主要措施之一,着重考虑减少路基沉降和提高路堤体刚度,一般可采取以下措施。

2.2.1 采用超轻质材料作路堤。铺设轻质材料可以减轻路堤自重,有效降低地基应力,减少沉降并增大稳定安全系数,常用的轻质材料如粉煤灰等。

2.2.2 台背回填处理方式。众所周知,桥头跳车原因主要是路基填料压缩沉降和地基沉降引起的。由于土方的内摩擦角较小,加之压实质量的影响,所填路基其压缩沉降一般较大。因此,桥台后宜选用摩擦角大、强度高、压实快、透水性好的填料,如岩渣、砾石、砂砾等。

2.2.3 台背回填处的压实。为减少桥涵两端路堤的工后沉降,从而使桥涵两端路堤与桥台结构物的相对沉降尽量小一些,一般可先填筑路堤预压,让路基排水固结,待路堤沉降基本完成以后再开挖涵没或桥台位置土方,然后再施工桥涵。台背填筑前,宜在处理后的基底顶面上设置横向泄水管。台背回填宜在完成台前防护工程及桥涵上部结构吊装之后进行,同时注意结构物两端对称填筑施工。台背回填的压实质量是影响台背回填沉降的一个主要因素。由于台背回填位于路基与桥台相衔接这具特殊位转置,成为碾压的一个薄弱环节,压路机难以碾压到位,且大吨位机械振动力太大时,对桥台的影响。因此,台背回填近桥台处的压实机械宜选用小型压实机具,且严格控制每层填筑厚度(宜取10-15cm内)碾压遍数,并对每层填筑质量实施检测,力求压实度达到96%以上;对于机械夯实碾压不到之处,应及时采用人工补充夯实。为防止漏检或超厚,必须加强现场施工管理,落实专人负责。

2.3 路面处理

路面处理是解决桥头跳车的必要措施。考虑结构物桥台与强背路面在结构、材料、岣柔、胀缩等方面都存在差异,为了其纵、横向都能平顺逐渐过渡,从而有并效减少桥头跳车程度,建议选取以下措施。

2.3.1 设置桥台搭板。搭板设置可以使在柔性路堤产生的较大沉降,通过搭板逐渐过渡至刚性桥台上,使车辆通过时跳跃现象大为减少。桥头踏板长度设计应根据路基的容许工后沉降值计算确定,常取3-15cm(当超过8m时,宜设计成两段式或三段式搭板)。搭板的近台端一般搁置在桥台前墙顶面或其牛腿上。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平等方式(称平置式搭板);而当引道为刚性路面时,则搭板的远台端常置于路面面层与基层之间(称斜置式搭板)。为预防搭板下沉,也可在搭板上先铺设一层沥溥 面层,通车后搭板若下沉时,则在其上加铺沥青砼或沥青砂,这样简单易行,利于养护,值得推广。

2.3.2 设置变厚工埋板。为避免二次跳车,常在搭板的尾端加设一段浅坦的变厚式坦板,其长度一般取3-5m,对于水泥砼路面,也可将与搭板连接处的路面板改为变厚式板。在搭板、埋板或变厚式板的下层,为保证与桥台连接部位的刚柔层次在水平和垂址方向均能渐次变化,建议采用强度及回弹模量均高于其它睡段相对应的路面结构层材料,以提高该部位的整体受荷和抗冲能力,有利于减少错台幅度,调整不均匀沉陷,改善桥头跳车或二次跳车现象。

2.3.3 采用过渡性路面,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路基的容许工后沉降值计算等情况,在桥头一定长度范围内铺设过渡性路面,等路堤沉降基本完成(一般为3-5年)后,再改铺原设计永久性路面。常用的过渡性路面类型有预制水泥砼六棱块(边长34.6cm、20cm)、条石铺砌(尺寸为25cm×25cm×40cm)、半刚性过渡层或沥青表处过渡层等。其中水泥砼六棱块和条石铺砌仅适应于水泥砼路面,最大优点是翻修处理速度快;但不易铺砌平不足,行车仍有抖动感觉,且其砌缝应采用防水材料,以防渗透入雨水损害路基。值得推广的简便有效方法是沥青表处过渡层类型,其优点是:当出现较大沉降时,及时补充铺设一层沥青砼或沥青砂,以能确保行车畅顺,有效避免跳车现象。如国道324线汕头下埔大桥在桥头处就采用了沥青过渡性路面,待桥头路基沉降基本完成后,再改铺原设计水泥砼路面。

3 结论

桥头跳车一直困扰高速公路修建和使用的一个关键性问题,至今仍无十分满意的处理原则或规范,本文希望能起到抛砖引玉或借鉴的作用。

参考文献

[1]软土地基高等级公路桥头错台防治技术陈明星.公路工程地质.

[2]王明怀.高等级公路桥头跳车病害的成因与防治研究.华东公路.

作者简介:刘仁燕(1979,8-),男,1999年7月参加工作, 工作单位:赣州市公路管理局南康分局。

黄文斌(1984,4-),男,2002年10月参加工作,工作单位:赣州市公路管理局南康分局。