施工中預(yù)防橋頭跳車的技術(shù)措施

河南中原高速公路股份有限公司 張曉 趙歡

施工中預(yù)防橋頭跳車的技術(shù)措施

河南中原高速公路股份有限公司 張曉 趙歡

橋頭跳車是高速公路運(yùn)營(yíng)和維護(hù)中常見的病害之一，也是困擾公路行業(yè)的一大難題。它不僅影響行車速度及其舒適性、安全性，而且還會(huì)使路面結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)遭到破壞，從而降低了高速公路的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。因此，在道路工程施工中如何有效地減少或消除橋頭跳車現(xiàn)象，已成為高速公路建設(shè)與營(yíng)運(yùn)中亟待解決的問(wèn)題。

一、橋頭跳車成因分析

1.橋頭兩側(cè)構(gòu)造差異。橋臺(tái)和臺(tái)背回填路基的構(gòu)造存在較大差異。橋臺(tái)一般由剛性很大的堅(jiān)石砌筑或鋼筋混凝土澆筑而成，幾乎不發(fā)生變形，而臺(tái)背回填路基為柔性體，剛度較小，承受荷載后變形較大。在車輛荷載大量通過(guò)后，這一剛度差異，必然導(dǎo)致橋頭連接處產(chǎn)生較大不均勻沉降，俗稱“錯(cuò)臺(tái)”，從而使高速行駛的車輛通過(guò)時(shí)出現(xiàn)顛簸跳躍，也叫橋頭跳車，見圖1。

2.設(shè)計(jì)問(wèn)題。橋臺(tái)基礎(chǔ)通常做加固處理，沉降量小，臺(tái)背路基一般填土較高，且許多設(shè)計(jì)對(duì)填土類型和具體施工無(wú)特別要求。公路竣工通車后，在自重和交通荷載作用下，路堤填土產(chǎn)生固結(jié)壓縮的情況在不同土質(zhì)路段是不一樣的。規(guī)范對(duì)不同填土類型的臺(tái)背路基沉降差值的控制尚無(wú)詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)，一般由設(shè)計(jì)單位根據(jù)實(shí)際填土類型，按經(jīng)驗(yàn)值各自確定指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不明確是設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)產(chǎn)生問(wèn)題的主要原因。

3.施工問(wèn)題。

（1）設(shè)備選擇限制。臺(tái)背回填施工距離橋頭太近，大型碾壓設(shè)備無(wú)法作業(yè)，只能采用小型機(jī)具壓實(shí)或人工夯實(shí)，因此土方壓實(shí)度很難得到保證，路橋連接處易產(chǎn)生較大的不均勻沉降，從而形成“臺(tái)階”。

（2）沒有嚴(yán)格地按照施工規(guī)范作業(yè)。施工時(shí)沒有按分層填筑、分層碾壓、分層檢測(cè)“三分法”施工；在每層填土厚度、碾壓遍數(shù)、壓實(shí)度等方面放松要求；檢測(cè)手段是否合理有效也值得商榷。

（3）工期安排不合理。規(guī)范要求，雨季一般不安排臺(tái)背填土作業(yè)。雨季土體含水量較高，即使添加石灰、粉煤灰、沙礫等，也不容易控制土體含水量，壓實(shí)度也難以達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)，易出現(xiàn)較大塑性沉降從而產(chǎn)生跳車。

（4）橋臺(tái)填土沒嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。設(shè)計(jì)一般要求在橋臺(tái)及5～10m長(zhǎng)度引道內(nèi)，用沙性土等材料填筑，對(duì)于非嚴(yán)寒地區(qū)的無(wú)透水性土，可就地取土經(jīng)處理后填筑。但是很多施工單位在施工進(jìn)度的壓力下、在利益的驅(qū)使下，常?！熬偷厝〔摹保粚?duì)當(dāng)?shù)靥钔磷鋈魏翁幚砭瓦M(jìn)行填筑，為以后運(yùn)行中的大幅度沉降埋下禍根。

二、施工中預(yù)防橋頭跳車的措施

根據(jù)以上分析，橋臺(tái)與路堤連接處產(chǎn)生較大的不均勻沉降變形是引起橋頭跳車的直接原因。因此，在施工中可以從臺(tái)背地基、路基、路面等部分采取有效措施以彌補(bǔ)設(shè)計(jì)中的不足，盡量減小工后沉降，防止橋頭跳車現(xiàn)象的發(fā)生。

1.臺(tái)背不良地基處理。不良地基直接影響著路基和路面的性能，主要有軟土地基、黃土地基、膨脹土地基等幾種類型。

（1）臺(tái)背軟弱地基的處理，是控制橋頭跳車的重要措施。地基處理通常采用換填法、強(qiáng)夯法、排水固結(jié)法和振動(dòng)碎石樁等技術(shù)，以提高地基強(qiáng)度和承載力，減小工后沉降量。當(dāng)軟弱地基不深時(shí)，可換填當(dāng)?shù)厣车[或中粗砂，也可用石灰或水泥作淺層加固處理，然后進(jìn)行適當(dāng)?shù)哪雺?；?qiáng)夯法也適用于淺層軟弱地基，利用強(qiáng)大的沖擊能將地基土壓密、振實(shí)，以加固地基土、減少不均勻沉降、縮短工期。軟弱地基較厚時(shí)，可對(duì)地基設(shè)置豎向排水體加載預(yù)壓，以縮短土體固結(jié)沉降時(shí)間，待沉降基本完成后再開展臺(tái)背回填作業(yè)。

（2）黃土地基受水浸濕后會(huì)產(chǎn)生較大的沉陷，處理措施通常有土墊層法、強(qiáng)夯法、沖擊輾壓和DDC法等。其中，DDC法即孔內(nèi)深層強(qiáng)夯技術(shù)，綜合重錘夯實(shí)、強(qiáng)夯、土樁等地基處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，具有動(dòng)能沖擊、高壓強(qiáng)、強(qiáng)擠密等特點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。其主要適用于大面積濕陷性黃土地基以及濕軟黃土地基。

（3）膨脹土地基處理不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致路基龜裂、邊坡失穩(wěn)等病害，目前常采用預(yù)濕泡水法、機(jī)械方法、化學(xué)方法以及換土法進(jìn)行治理。機(jī)械法是利用機(jī)械設(shè)備，將處于最佳含水量的土基壓實(shí)到規(guī)定壓實(shí)度，或在土基上采用加載的方法以限制土膨脹；采用化學(xué)法時(shí)，普遍采用石灰、粉煤灰、水泥等進(jìn)行處理，通常在加入外摻劑后，土的性能可得到較大改善，膨脹量與膨脹壓力有不同程度的減小，并且在強(qiáng)度上會(huì)有所提高。資料顯示，施工中采用摻石灰改善取土場(chǎng)含水量時(shí)，每摻入1%的石灰，可降低含水量0.68%～1.29%。

2.臺(tái)背路基處理。

（1）選擇強(qiáng)度高、易壓實(shí)、摩擦角大且透水性好的材料作填料，如卵石土、碎石土、中粗砂粗顆粒材料，填料要求級(jí)配合理，縱向填筑長(zhǎng)度須在5m以上。由于粗顆粒材料剛度大、壓實(shí)較快，故地基沉降較小，從而能夠控制總的沉降。材料良好的透水性也有利于臺(tái)背縫隙中滲入雨水的流動(dòng)，減少其滯留時(shí)間。同時(shí)注重路基防排水，使?jié)B水盡快排到路基外，避免因土體含水量增加而出現(xiàn)路基承載力下降和路橋連接處發(fā)生沉陷的現(xiàn)象。

（2）嚴(yán)格控制壓實(shí)質(zhì)量。實(shí)踐表明，不適合大型壓實(shí)設(shè)備作業(yè)的臺(tái)背回填段路基，可采用強(qiáng)夯法處理。按照施工規(guī)程碾壓，消除壓實(shí)死角，保證壓實(shí)度達(dá)到95%以上。

（3）應(yīng)用土工格柵處理橋頭過(guò)渡段。土工格柵可設(shè)置在搭板末端底部，也可全長(zhǎng)布置，它既擴(kuò)大了荷載作用面積，又減少了臺(tái)背填土的沉降變化，避免“二次跳車”的出現(xiàn)。由此可見，土工格柵可有效控制橋頭跳車，且費(fèi)用較低。

（4）利用注漿技術(shù)加固路基。注漿法是通過(guò)鉆孔和利用注漿設(shè)備，將漿液注入路基，排出土顆粒間裂隙中的水分和空氣，并充填土顆粒間的空隙，降低路基孔隙比；漿液凝固后與周圍土顆粒板結(jié)為一體，形成一個(gè)強(qiáng)度高、防水性好的結(jié)構(gòu)物。注漿壓力和漿液濃度是保證注漿質(zhì)量的重要因素，對(duì)于不同填料和形態(tài)的路基，需選取合理的注漿參數(shù)，以達(dá)到充填加固路基的目的。

3.臺(tái)背路面處理。

（1）設(shè)置橋頭搭板。橋頭搭板是預(yù)防橋頭跳車的常用方法之一，是將路橋連接處較大的不均勻沉降分散到搭板長(zhǎng)度的范圍內(nèi)，使路面縱坡控制在3‰～6‰內(nèi)，從而達(dá)到消除橋頭跳車的目的。因此，搭板長(zhǎng)度的選取至關(guān)重要。假定縱坡Δi為5‰，橋頭差異沉降量X為10cm，由式（1）計(jì)算可得到，完全依賴橋頭搭板緩和路面縱坡突變時(shí)搭板長(zhǎng)度為17～33m。顯然，其經(jīng)濟(jì)性較差，經(jīng)驗(yàn)表明實(shí)際施工中搭板長(zhǎng)度一般選取4m，6m，8m為宜。

Δi≥X/L。

搭板的設(shè)置減少了車輛顛簸的現(xiàn)象，而搭板末端的路基由于應(yīng)力集中通常會(huì)發(fā)生局部繼續(xù)沉降，引發(fā)二次跳車。為了改善搭板末端的受力狀態(tài)，搭板末端底部宜鋪設(shè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的枕梁，將搭板傳遞來(lái)的荷載分散到更大面積的路基上。

然而，枕梁的設(shè)置易造成搭板下出現(xiàn)脫空現(xiàn)象，增加了板底部的彎拉應(yīng)力，搭板出現(xiàn)斷裂的可能性增大。調(diào)查資料表明，在枕梁下方設(shè)置水泥穩(wěn)定碎石層既為搭板提供了均勻支承，又改善了枕梁處應(yīng)力集中的現(xiàn)象，從而消除二次跳車。

（2）預(yù)拋高處理。估算路基的工后沉降，綜合考慮行車舒適性，在橋頭路基頂面預(yù)留適宜的拋高量以預(yù)防橋頭跳車。該法可抵消一定的工后沉降，但因?yàn)轭A(yù)留沉降值不能影響新建公路的行車舒適性，故預(yù)防效果有限，只在道路養(yǎng)護(hù)處治時(shí)應(yīng)用較多。

（3）設(shè)置過(guò)渡性路面。其基本思路是在橋頭一定范圍內(nèi)鋪設(shè)過(guò)渡性路面，待路基沉降基本結(jié)束后，再重新鋪設(shè)原設(shè)計(jì)路面，從而消除路橋連接處的差異沉降現(xiàn)象。常用的過(guò)渡路面類型有預(yù)制混凝土六棱塊、條石鋪砌、半剛性過(guò)渡層及瀝青表處過(guò)渡層等。該法可有效消除工后沉降的影響，適用于路基沉降規(guī)律難以掌握的路段。