解決高等級公路橋頭跳車的理論與施工

摘　要： 簡述橋頭跳車的原因及其對行車速度的影響，并從理論與施工上論述解決高等級公路橋頭跳車的措施。
　　關鍵詞： 公路；橋頭跳車；地基；路基；路面；處理方法
　　中圖分類號： U448.25；U448.43；TU312.1
　　文獻標識碼： A　　　文章編號： 1003-4722(1999)03-0052-03

　　Abstract: Bumping reasons at Bridge-head and its effects to driving speed were briefly introduced. How to resolve the bump problems at bridge-head of high grade highway were expounded theoretically and constructionally.
　　Key words: highway; bumping at bridge-head；ground；subgrade;pavement;processing method

1　前　言
　　目前，已投入使用的高等級公路(包括高速公路)中，普遍存在一個問題：路面在臺背回填處出現(xiàn)不同程度的沉降斷裂(沉降值一般為10～30 cm，有的甚至超過60 cm)，使車輛通過時產(chǎn)生跳躍和沖擊，從而對橋涵和路面造成附加的沖擊荷載，使司機和乘客感到顛簸不適，甚至造成車輛大幅度減速，嚴重的可導致交通事故(特別是車輛機械事故)。因此，如何解決高等級公路橋頭跳車問題，本文提出了一點膚淺的認識與見解，從理論與施工上進行了摸索和探討。

2　橋頭跳車產(chǎn)生的原因及其對行車速度的影響
2.1　橋頭跳車產(chǎn)生的原因
2.1.1　地基土質(zhì)不良造成的沉降
　　橋涵通常位于溝壑地段，地下水位較高，且多屬軟土。由于軟土一般都具有天然含水量高、孔隙比大、壓縮性強和抗剪強度低等特點，在軟土上填筑路基，便極易產(chǎn)生沉降(包括瞬時沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降)。同時，橋頭路基填筑高度較其它地段大，產(chǎn)生基底應力相對較大，更易引起地基沉降，特別是工后沉降較大。
2.1.2　臺背填料壓縮引起路基的沉降
　　臺背填料因含水份，存在孔隙，施工中采取任何措施也難將填料顆粒間的孔隙完全消除。在公路自重及車輛的垂直荷載與振動荷載作用下，孔隙率逐漸降低，填料逐漸壓縮，密實度逐漸增大，便在一定期限內(nèi)產(chǎn)生路基沉降。因此，壓縮沉降主要取決于填料性質(zhì)、施工條件及臺前臺背的防護排水工程的設置等情況。根據(jù)有關資料調(diào)查研究：當土堤壓實度為95%時，每米填土工后的沉降約為1 cm。
2.1.3　剛?cè)嵬蛔円鸬某料萏?BR>　　剛度不同的路面在跳車處所產(chǎn)生的振動效果不同，柔性材料對能量的吸收要比剛性材料大。由于結(jié)構物橋臺一般采用剛性很大的堅石砌筑或鋼筋混凝土澆注而成，具有較大的整體剛度，屬剛性體；而與結(jié)構物橋臺相連的道路，具有剛性較小柔性較大的特性，屬彈塑性體。顯然，道路與結(jié)構物橋臺之間存在著較大的剛度差，這個剛度差的存在必然引起道路與結(jié)構物橋臺之間產(chǎn)生較大的塑性變形相對差和較大的剛度突變，勢必增強橋頭跳車的振動效果。
2.2　橋頭跳車對行車速度的影響
　　由于橋臺背沉陷、斷裂而形成了臺階，使車輛的行駛速度受到不同程度的影響。車速的降低幅度與臺階高度、路面類型、道路等級、車輛類型和行駛的初速度等有關。根據(jù)實地觀察和有關資料調(diào)查表明，當橋頭臺階達1.5 cm時，對車速就產(chǎn)生明顯的影響，臺階每增加1 cm，速度就會降低3 km/h左右；而當臺階高達5 cm時，車輛行駛顯著減速，其減速幅度平均可達9～13 km/h，對行車產(chǎn)生嚴重影響。剛性路面對車速的影響要比柔性路面大；以60～80 km/h速度行駛時減速幅度要比小于60 km/h和大于80 km/h速度行駛時大；較高臺階對小車行駛的影響較大，而載重貨車對臺階不如空車敏感?？拐裥阅懿煌能囕v以同一速度在同一路面上行駛，其振動的效果也不一樣。一般來說，汽車遇到橋頭臺階，要提前150～180 m實行減速，駛達臺階以后還在大約相同的距離進行加速以恢復正常速度行駛。當然，司機的心理狀態(tài)，對道路的熟悉程度等，對通過臺階時的速度降低也有不同程度的影響。

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3　解決橋頭跳車的措施
3.1　地基處理
　　處理好橋頭軟弱地基，是控制跳車的關鍵。目前對橋頭軟弱地基處理，國內(nèi)已有加固土樁法、料粒樁法、豎向排水體預壓法、堆載預壓法和淺層處治法等措施，下面介紹幾種行之有效的常用方法。
3.1.1　采用深層攪拌法加固橋頭軟基
　　該法屬加固土樁類型，主要適應于軟弱粘性土。深層攪拌法是本世紀60年代由日本和瑞典分別開發(fā)的軟土加固新技術，一般借助于壓縮空氣，采用專門深層攪拌機械設備，從不斷回轉(zhuǎn)的中心軸端向四周被攪松的土中噴出漿體或粉體固化劑(如水泥等)，經(jīng)葉片攪拌，并吸收周圍水份，在加固的深層軟土中進行一系列物理――化學反應，使軟土硬結(jié)成具有整體性和一定強度的優(yōu)質(zhì)復合地基，從而提高橋頭軟土地基承載力，減少沉降量(特別是工后沉降)，縮短固結(jié)期，提高邊坡穩(wěn)定性。其主要施工工藝程序：整平原地面→鉆機定位→鉆桿下沉鉆進→上提噴粉(或噴漿)、強制攪拌→復拌→提桿出孔→鉆機移位。施工過程中路基填土速率不受限制，且無振動、無污染，對周圍環(huán)境及建筑物無不良影響，近10年來已在廣深珠高速公路和佛開高速公路等高等級公路得以廣泛應用。其最大優(yōu)點是工后沉降小，缺點是造價較高。
3.1.2　采用砂樁加固橋頭軟基
　　該法屬料粒樁類型，適用于松砂地基、雜填土或軟土，對地基土起置換作用、豎向排水作用和擠密作用，在本世紀30年代起源于歐洲。主要施工工藝程序：整平原地面→機具定位→樁管沉入→加料壓密→拔管→機具移位。為加速地基固結(jié)，減少后期沉降，一般根據(jù)實際情況，配合堆載預壓或超壓施工，使地基強度顯著提高，同時改善地基的整體穩(wěn)定性。砂樁堆載預壓法在深汕高速公路、汕頭海灣大橋北引道等高速公路都應用過，其造價在深層攪拌法與堆載預壓法之間。
3.1.3　塑料排水板堆載預壓法。該法屬豎向排水體預壓類型，主要適用于透水性低的軟弱粘性土。塑料排水板是由芯體和濾套組成的復合體，或是由單一材料制成的多孔管道板帶，自1983年在天津塘沽新港施工試驗成功以來，在全國各地高速公路軟基處理都得以廣泛推廣應用，其主要施工工藝程序：整平原地面→攤鋪下層砂墊層→機具就位→塑料排水板→穿靴→插入套管→拔出套管→割斷塑料排水板→機具移位→攤鋪上層砂墊層。為加速排水固結(jié)，減少后期沉降，一般都配合堆載預壓或超壓施工，使地基土的有效應力增大、抗剪強度和承載力及穩(wěn)定性都得以提高。其特點是施工簡便快捷，造價較低，但效果比上述兩種類型略差，仍存在少量工后沉降。
3.2　路基處理
3.2.1　采用超輕質(zhì)材料作路堤
　　鋪設輕質(zhì)材料可以減輕路堤自重，有效降低地基應力，減少沉降并增大穩(wěn)定安全系數(shù)，常用的輕質(zhì)材料如粉煤灰等。現(xiàn)在廣東等地開始試驗推廣的新型超輕質(zhì)材料――泡沫聚苯乙烯塊，其密度很小(約30 kg/m3左右)，抗壓強度約為0.25 MPa，且吸濕性極小，耐水性能很好。所以使用泡沫聚苯乙烯塊，可大大減輕路堤體的重量，能成功地遏止橋涵連接路堤的過渡沉陷，從而避免垂直錯位；另外還具有施工簡便，不污染環(huán)境，能縮短工期等優(yōu)點；同時還可以減少橋臺等構筑物的土壓力及側(cè)向壓力，從而減少構筑物的移動變位，改善結(jié)構物的穩(wěn)定性。聚苯乙烯塊規(guī)格一般為0.5 m×1 m×5 m(厚×寬×長)，其缺點是在汽油或柴油作用下有溶解傾向，所以有必要加以保護。一般在聚苯乙烯塊上面澆注一層10 cm的鋼筋混凝土板，以減少路面總厚度和防止化學腐蝕，并在泡沫聚苯乙烯兩側(cè)設置包邊土，減少紫外線、汽油或柴油的影響。修建泡沫聚苯乙烯路堤，在鋪筑塊件之前，為確保地基的平整性，應鋪上一層10 cm厚的砂整平層。鋪設塊件時，從路中線向兩邊鋪設，各層成垂直狀態(tài)，接縫注意錯開，塊件之間采用馬釘固定，防止移動。
3.2.2　臺背回填處理方式
　　橋臺后宜選用摩擦角大、強度高、壓實快、透水性好的填料，如巖渣、礫石、砂礫等。同時，選用內(nèi)摩擦角較大的填料也有利于從臺背縫隙中滲入的雨水沿盲溝或泄水管順利排到路基外，從而減緩雨水的危害，而且也有利于改善壓實性能，使路基容易達到設計要求的密實度。填料的鋪筑一般在基底處沿路堤縱向長度距橋臺背不小于2 m、且與路基相接處按不大于1∶1設置斜坡或臺階，回填高度視路堤高度而定，一般取2～4 m。橋頭回填處理的另一方式是在路基上部(約50 cm范圍內(nèi))設置水泥穩(wěn)定料改善層次，使路堤體的剛度有所提高。一般穩(wěn)定層結(jié)構是沿路堤縱向距橋臺背約10 m長，用一定劑量(如4%～6%)的水泥進行穩(wěn)定，并且遠橋臺端與路基相銜接處，采用1∶1設置斜坡。上述兩種處理方式均能達到減少豎向變形和剛?cè)嵬蛔兊某尚?。如兩種方式同時考慮，則效果更佳。
3.2.3　臺背回填處的壓實
　　為減少橋涵兩端路堤的工后沉降，從而使橋涵兩端路堤與橋臺結(jié)構物的相對沉降盡量小一些，一般可選填筑路堤預壓，讓路基排水固結(jié)，待路堤沉降基本完成以后再開挖涵洞或橋臺位置土方，然后再施工橋涵。臺背填筑前，宜在處理后的基底頂面上設置橫向泄水管或盲溝。臺背回填宜在完成臺前防護工程及橋涵上部結(jié)構吊裝之后進行，同時注意結(jié)構物兩端對稱填筑施工。臺背回填的壓實質(zhì)量是影響臺背回填沉降的一個主要因素。由于臺背回填位于路基與橋臺相銜接這個特殊位置，成為碾壓的一個薄弱環(huán)節(jié)，壓路機難以碾壓到位，且大噸位機械振動力太大時，對橋臺有影響。因此，臺背回填近橋臺處的壓實機械宜選用小型壓實機具，且嚴格控制每層填筑厚度(宜取10～15 cm內(nèi))碾壓遍數(shù)，并對每層填筑質(zhì)量實施檢測，力求壓實度達到96%以上；對于機械夯實碾壓不到之處，應及時采用人工補充夯實。
3.3　路面處理
3.3.1　設置橋臺搭板
　　搭板設置可以使在柔性路堤產(chǎn)生的較大沉降逐漸過渡至剛性橋臺上，使車輛通過時跳躍現(xiàn)象大為減少。橋頭搭板長度設計應根據(jù)路基的容許工后沉降值計算確定，常取3～15 m(當超8 m時，宜設計成兩段式或三段式搭板)。搭板的近臺端一般擱置在橋臺前墻頂面或其牛腿上。當橋頭引道為剛性路面時，搭板的縱坡可采用與路面設計縱坡平行方式(稱平置式搭板)；而當引道為柔性路面時，則搭板的遠臺端常置于路面面層與基層之間(稱斜置式搭板)。為預防搭板下沉，也可在搭板上先鋪設一層瀝青面層，通車后搭板若下沉時，則在其上加鋪瀝青混凝土或瀝青砂。
3.3.2　設置變厚式埋板
　　為避免二次跳車，常在搭板的尾端加設一段淺埋的變厚式埋板，其長度一般取3～5 m，對于水泥混凝土路面，也可將與搭板連接處的路面板改為變厚式板。在搭板、埋板或變厚式板的下層，為保證與橋臺連接部位的剛?cè)釋哟卧谒胶痛怪狈较蚓軡u次變化，建議采用強度及回彈模量均高于其它路段相對應的路面結(jié)構層材料，以提高該部位的整體受荷和抗沖能力，有利于減少錯臺幅度，調(diào)整不均勻沉陷，改善橋頭跳車或二次跳車現(xiàn)象。
3.3.3　采用過濾性路面
　　根據(jù)橋涵的長度和路基的容許工后沉降值計算等情況，在橋頭一定長度范圍內(nèi)鋪設過渡性路面，待路堤沉降基本完成(一般為3～5年)后，再改鋪原設計永久性路面。常用的過渡性路面類型有預制水泥混凝土六棱塊(邊長34.6 cm、厚20 cm)、條石鋪砌(25 cm×25 cm×40 cm)、半剛性過渡層或瀝青表處過渡層等。其中水泥混凝土六棱塊和條石鋪砌僅適應于水泥混凝土路面，最大優(yōu)點是翻修處理速度快；但不易鋪砌平整，行車仍有抖動感覺，且其砌縫應采用防水材料，以防滲入雨水損害路基。值得推廣的簡便有效方法是瀝青表處過渡層類型，其優(yōu)點是當出現(xiàn)較大沉降時，及時補充鋪設一層瀝青混凝土或瀝青砂，以能確保行車暢順，有效避免跳車現(xiàn)象。

參　考　文　獻：
［1］　JTJ 017-96，公路軟土地基路堤設計與施工技術規(guī)范［S］.