浅析桥头跳车病害原因及防治对策 浅析桥头跳车病害原因及防治对策 【摘 要】桥头与路基差异沉降引起的公路桥头跳车的不良影响已引起建设、设计、监理、施工等部门的日益重视。本文通过对公路桥头跳车产生原因分析，并针对各种因素采取针对性的解决方法，对指导实际施工中具在一定的意义。 【关键词】公路；桥头跳车；原因；防治 随着我国交通事业的蓬勃开展，公路桥头跳车的问题在各级公路中普遍存在，并成为公路工程建设的主要质量通病之一，桥头跳车不仅严重影响行车的速度、平安、舒适，同时对汽车产生危害，降低车辆使用寿命，而且由于汽车颠簸，使得汽车在正常情况下对桥面施加了额外的冲击荷载，致使桥梁和路面早期破坏，增加了养护费用，缩短了桥梁的使用寿命。因此分析和讨论桥头跳车的问题，提出防治措施，对公路工程建设有着重要的意义。 1 桥头跳车的原因分析 桥头跳车主要产生在路、桥过渡衔接处，是由于桥梁和路基之间存在着沉降特性的差异。概括地说是路、桥刚度差异大，在自然和行车的条件下，经过一定的时间后，路基填料的沉降逐渐显现，与构造物之间形成不均匀沉降，当到达一定程度时，出现跳车现象。经具体分析，产生路基与桥梁沉降差异较大的主要原因有以下几个方面： 1.1 路、桥结构不同 从公路与桥梁的根底的构成可以看出，桥台是刚性体系，路面为柔性或半刚性多层体系，由于结构的刚度不同，在路、桥过渡段受到车辆荷载的作用时，桥台由于采用灌注桩或扩大根底等，在建成后沉降很小，一般认为沉降已经完成，沉降可视为零，而路面的垫层、基层密实度迅速增加，结构层压缩，路面沉降较大。两者之间变形程度不同，从而造成竖向沉降不均。 1.2 路面地基下沉 由于地基土质不良或地基处理不当而造成的地基沉陷是桥头跳车的重要原因。桥头假设地基处理方法不当，使地基主固结沉降未能在施工期间完成，会造成工后沉降较大。通车后，随着时间的变化，地基缓慢固结，剩余沉降逐渐完成，这局部沉降造成了路基与桥台的沉降差，形成桥头跳车。次固结沉降是指地基在路基静载长时间作用及车辆的动荷载反复作用下，地基土颗粒间的蠕变以及土体侧向的变形，导致路面高程下降也是造成桥头跳车的主要原因之一。 1.3 台背路堤填料不合格 施工未按标准严格执行，造成路堤沉降太大，是造成桥头跳车的重要因素。 台后填料一般为渗透性材料，存在多孔隙，施工时受施工作业方面影响，由于桥台背后施工空间狭窄，大型压实机具的使用受到限制，使靠近桥台背后的填土很难到达要求的压实度，不能将填料颗粒间孔隙完全消除，通车后，这局部路堤的变形较大，在车辆荷载和自身重力作用下，填料迅速压缩，孔隙率降低，在短时间内产生压缩沉降，因而产生路面下沉而造成跳车。在工程实践中，就是施工时工序符合要求，压实度到达要求，但台后填土较高，在运营后路堤填土的自重和动荷载的作用下也不可防止产生沉降。有时台后填土荷载对基底产生附加压力，严重时会使桥台向后倾斜，发生不均匀下沉，危及行车平安 1.4 桥台地面以上设计高，台后路堤沉降量大 在平原地区为满足人车立交、排洪能力需要，一般将桥下净空加大，致使台后路堤填土较高，多数到达5m以上，甚至高达10m以上。高填土对基底应力相对较大，在车辆荷载作用下，更容易引起地基沉陷，一般变形稳定历时往往持续数年乃至更长的时间。按土力学计算和施工标准规定，填土高度6m的路基，路基沉降范围在820cm，当填土高度更高时，沉降更大。 1.5 桥台伸缩缝的破坏及路面渗水等 雨水渗入台背后使路基产生病害，导致该处路基填土流失而发生沉降，从而形成跳车，甚至形成桥头空洞。 2 桥头跳车的防治对策 既然桥头跳车主要是由于桥头和台背路基的沉降差引起的，那么只要尽力减少两者的沉降差，也就根本解决了桥头跳车发生。针对桥头沉降的各种因素，可分别采取不同的处理措施。在工程实际施工中一般采用以下处理方法： 2.1 桥台软基处理 对软弱地基处理是控制桥头跳车重要措施。对于台前不良地质地段应根据实际情况进行处理，处理软基现在国内有换填法、超载预压、塑料排水板、粉喷桩复合地基等常用方法。就目前情况看，深层搅拌桩复合地基加固软土效果明显，施工工期短，但费用高；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。实际工作中应根据具体情况分别采用不同方法，目的使地基承载能力满足设计要求。下面重点介绍采用深层搅拌法加固桥头软基的方法。 深层搅拌法是用于加固饱和粘性软土地基的一种方法。目前应用最多的为水泥粉喷桩，一般采用专门深层搅拌机械设备，将搅松的土体与喷出的浆体或粉体固化剂经叶片搅拌固化并吸收四周水分，使软土硬结成具有整体性和一定强度的优质复合地基，从而进一步提高桥头软土地基的承载力，减少沉降量。 水泥搅拌桩加固软粘土地原理是在加固过程中发生水泥的水解和水化反响；水泥水化天生钙离子与土粒的纳离子交换使土粒形成较大团粒。这些反响使土颗粒形成凝胶体和较大颗粒；颗粒间形成峰窝状结构；生成稳定的不溶于水的结晶化合物，从而增加软土强度。采用石灰粉喷桩加固软粘土，其原理与公路常用的石灰加固土根本相同。石灰与软土主要发生以下作用：石灰的吸水、发热、膨胀作用；离子交换作用；碳酸化作用、火山灰反响以及结晶作用。这些作用使土体中水分降低、土颗粒微聚而形成较大的团粒，同时土体化学反响生成复合水化物与土颗粒粘结在一起从而改变了地基的物理力学性质。 对于利用深层搅拌法处理台后路基时，应当特别考虑桩长及置换率。据资料说明，一般以为桩长在l0m左右比拟有效，置换率以15%25%最正确。工程中通常路中心处的桩较长，路肩处较短；在近桥台处桩长些，在一般路段处桩短些。 粉喷桩固结法适用于深层淤泥软粘土地基，加固效果明显，工后沉降少。施工过程中路基填土速率不受限制，且无振动、无污染，对四周环境和建筑物无不良影响，近年来已得到广泛应用。 2.2 填料选择及填筑 条件许可时，首先应选择板体性好、可压缩性小、透水性强的材料，如卵砾石、碎石土及砂砾土等，并要求填料级配适当。采用非透水性土，当为粘土或粉质亚粘土时，应掺入石灰进行改进；当为塑性指数较小的砂土、亚砂土或粉土时，应掺入普硅水泥进行稳定。 桥梁、涵洞台背填土顺路线方向长度：顶部为距翼墙尾端台高加2m，底部为距根底外边缘3m，桥台台背填土高度小于8m者，在其高度范围内应全部利用符合上述填料要求的材料回填。台背填土使用大型压路机压实有困难时，可采用小型机具认真夯实，填土厚度适当降低；压实度标准应不低于96%。 2.3 桥台上设置钢筋混凝土搭板 如何消除和减少结构突变影响，使两个不同介质在形变上能平顺过渡，一般采用在桥台处增设钢筋混凝土搭板，搭板一端放在桥台上，并加设防滑锚固钢筋。 另一端置于枕梁上。枕梁处路堤局部范围，是应力集中的部位，也是变形最敏感的部位，因此，在该局部范围应作特殊处理。枕梁处路堤可设置碎石桩或水泥石灰桩，以形成局部复合路堤，改善枕梁及其下部路基土承载能力，减小该处沉降。采用预留反向坡度，即搭板与桥台连接处标高一致，而与路面连接端那么高于设计标高，形成一个预留的反向坡，坡度大小根据路桥之间的沉降差而定，此法的关键在于考虑路线纵断面平顺的前提下，确定沉降差和预留反向坡度。搭板可水平放置，也可倾斜放置。搭板按简支梁设计，经实践检验，设置1.5m宽路肩可以使搭板底部最大弯拉应力减少20%左右，因此，设置搭板时，应注意修筑好路肩，以改善搭板的受力状况。 搭板的长度确定至关重要，其长度与路堤填高成正比，并与路基状况有关。依据实际沉降差的大小来确定搭板的总长，是成功防止桥头跳车的重要技术措施。一般地说，设置与否需论证确定，如设置，搭板长度可为5m。小桥涵搭板、中桥的搭板长为58m，大桥搭板长度为812m。 搭板下面地基的非均匀状态特别是脱空，能显著地增大板底的弯拉应力，对搭板效用发挥极为不利。由搭板的受力分析可知，当地基从均匀到非均匀再到脱空，其相应的最大竖向位移各增大100%左右。而增加搭板厚度能显著地增大搭板抵抗弯拉应力和变形的能力，研究说明，板厚从20cm增到30cm，板底最大弯拉应力减少约30%，相应的竖向位移也减少20%左右。因此按弹性地基板和脱空板分别计算板厚，根据实际情况确定厚度，对钢筋混凝土搭板可取板厚为30cm左右。 2.4 土工材料的应用 桥梁台背填筑范围、底基层以下1.5m深范围内每填两层加土工格栅一层，土工格栅需与台背锚固连接。加筋范围应延伸至锥坡前缘。桥台搭板的布设及构造物按原施工图设计施工，但台背加筋范围必须超出搭板末端2m以上；当路基填高超过20m时，应在94、96区范围内每两层填土加铺土工网络一层，铺设长度顺路线方向应不小于20m。在填挖结合部，当自然纵向坡度陡于15时，路堤基底应挖台阶，台阶宽度不得小于1m，并在每一台阶加铺土工格栅一层，并用锚钉固定，土工网格保证深入填方区4m。 2.5 合理安排施工工序 对采用桩柱式桥台的路桥过渡段可先换填土进行地基加固，然后填筑路基及桥台锥体护坡，最后反开挖施工桥台钻孔桩及盖梁。当采用粉喷桩处理时，其加固范围一般为桥涵缺口至锥体护坡前。桥头填土采用8%9%的石灰土分层建筑，分层压实，填筑时按填土、整平、压实、检测密实度四道工序进行，每层填土松铺厚度30cm，压实度95%。 3 施工质量要求 1结构物台背填筑范围内压实度标准提高至96%；涵顶至路床顶面填土高小于2m者，涵顶区压实度按96%要求，涵顶至路床顶面填土高大于2m者，涵顶以上50cm处开始按所属设计压实区标准执行。 2结构物背后回填处，应尽量使用大型压实机具，只是临近构筑物10cm及涵顶50cm内，才允许使用小型夯实机械分薄层认真夯实。回填处场地比拟狭窄不能使用大型压路机施碾者，渗水性材料每层压实厚度不应超过20cm，稳定类材料每层压实厚度不应超过15cm，并应摊铺平整、分层压实，严禁采用堆栈法。对于台背不易被压实机械碾压的“死角，也可采用强夯方法处理，以保证压实度要求。 3为减小回填料土压力和施工机械作业对涵洞、通道台身稳定的影响，台背两侧的填土应尽量在台身强度到达80%设计强度且盖板安装完毕后对称进行。 4合理安排施工工序，结合工期要求，尽早安排桥涵施工，及时回填台背并采取预压措施，加速地基和路基填料的早期沉降。这对于防治跳车具有良好的效果。 4 几种桥头处理方法的优缺点 通过分析桥头跳车原因，对以上几项防止桥头跳车的方法可以这样评价： 1使用级配粗粒填料填筑台后路基，能有效解决桥头跳车现象，但由于填料质量相对较大，容易引起地基过大沉降，使处理难度加大，且本钱较高。 2钢筋混凝土过渡板是处理桥头跳车的有效手段，但必须注意搭板坡度的合理设计及搭板尾部与沥青混凝土路面衔接部位的施工工艺。 3加筋土技术作为一种较成熟的土工加固技术，处理跳车有很好的前景，但需选好筋条材料，笔者认为以选用土工布、土工网、土工格栅、土工隔室等柔性材料为好。 4改变施工顺序与方法是一种不增加或极少增加施工本钱并可有效解决桥头跳车问题的方法，但其使用范围有一定的局限性。 5 结束语 在如今我国高度兴旺的交通中，公路与桥梁建设尤其重要，而路基与桥梁过渡段的问题又格外突出和重要，要解决这一问题，必须从每一个细节方面一步一步去考虑、解决。要做好路桥过渡段地基处治，结构设计恰当，加强控制过渡段结构施工的各个环节以及每道工序的工程质量和工作质量。采取合理的设计理念和方法，防止在今后的交通中出现类似的问题，使我国的交通更加顺畅。 【参考文献】 【1】交通部第二公路勘察设计院.路基M.2版.北京：人民交通出版社，1