淺議公路橋頭跳車的原因、危害及防治措施

張 堃，姜景山

(南京工程學(xué)院建筑工程學(xué)院)

目前，已投入使用的公路都普遍存在一個(gè)問(wèn)題，即道路在橋梁臺(tái)背回填處出現(xiàn)不同程度的沉降，導(dǎo)致在橋梁構(gòu)造物和臺(tái)背路基之間產(chǎn)生一個(gè)較大的沉降差，使得橋頭處路面產(chǎn)生一個(gè)較大的坡度變化，路面原有的平順性受到較大破壞，使來(lái)往車輛在通過(guò)橋頭時(shí)產(chǎn)生跳躍，既對(duì)橋面、路面和汽車產(chǎn)生沖擊，加速橋面、路面和汽車的損壞，增加了運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用，影響了交通通行，也會(huì)對(duì)車輛內(nèi)的司機(jī)和乘客造成一定的不適感，影響了行車舒適性，嚴(yán)重的橋頭跳車可導(dǎo)致交通事故，如2001年6月8日凌晨1 時(shí)40 分，廣西欽州市靈山縣靈東大橋發(fā)生一起由于橋頭跳車所引發(fā)的大客車墜落水庫(kù)的特大交通事故，共造成29 人死亡。而如果要保證行車舒適性，則勢(shì)必要降低行車速度，則既會(huì)影響通行效率，也會(huì)由于橋頭處突然減速給道路行車安全帶來(lái)一些隱患，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致生命和財(cái)產(chǎn)損失。因此，橋頭跳車已經(jīng)成為公路工程的一大通病和詬病，它不僅威脅到了人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，也損害了公路工程的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。因而，如何消除公路橋頭跳車問(wèn)題是很有意義和亟待解決的課題。

1 橋頭跳車形成的原因

橋頭跳車是指由于橋梁構(gòu)造物與橋梁臺(tái)后的路基之間的沉降差超過(guò)某一限定值造成汽車經(jīng)過(guò)該路段時(shí)車輪產(chǎn)生上下振動(dòng)的現(xiàn)象。一般認(rèn)為當(dāng)這種沉降差(臺(tái)階高度)達(dá)到1.5 cm 后就會(huì)給司機(jī)、乘客帶來(lái)不舒適感。

橋墩基礎(chǔ)一般直接坐落在巖石上或者是良好的持力層上，不論從勘察、設(shè)計(jì)還是從施工階段人們對(duì)橋梁的技術(shù)要求和重視程度都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于臺(tái)背路基，因而沉降量很小。而臺(tái)背地基在路基荷載和汽車荷載的長(zhǎng)期作用下會(huì)產(chǎn)生較大的沉降，再加上路基填土由于本身含有水分、存在孔隙、壓實(shí)度很難達(dá)到100%，并且臺(tái)背處場(chǎng)地狹窄施工質(zhì)量難以保證，因而沉降量較大。因此，橋臺(tái)和臺(tái)背路基之間產(chǎn)生了較大的差異沉降，致使橋梁與臺(tái)背道路縱坡產(chǎn)生了較大的縱坡變化，導(dǎo)致車輛在經(jīng)過(guò)橋頭時(shí)產(chǎn)生跳躍和顛簸現(xiàn)象，如圖1所示。而橋梁與臺(tái)背路基之間產(chǎn)生過(guò)大的差異沉降的根本原因是各種因素(勘察、設(shè)計(jì)、施工等)所導(dǎo)致兩種結(jié)構(gòu)剛度差異太大所致，橋梁屬于剛性結(jié)構(gòu)，而臺(tái)背路基屬于相對(duì)柔性結(jié)構(gòu)，這種剛度的巨大差異導(dǎo)致在相同荷載作用下也產(chǎn)生的較大的差異變形(差異沉降)，因此橋頭跳車的防治一種可以從協(xié)調(diào)橋梁和臺(tái)背路基的剛度入手，即采取相應(yīng)措施使剛度漸進(jìn)過(guò)渡，最終使變形逐漸協(xié)調(diào);另外就是直接協(xié)調(diào)橋梁和臺(tái)背路基的變形，使橋梁能夠適應(yīng)臺(tái)背路基的沉降，使橋梁和道路縱坡平順變化。

圖1 橋梁與道路縱坡的變化示意圖

2 橋頭跳車產(chǎn)生的危害

由于橋梁結(jié)構(gòu)物與臺(tái)背的不均勻沉降，致使路橋過(guò)渡段出現(xiàn)不同程度的凹陷甚至臺(tái)階等，從而使路面平整度受到影響，嚴(yán)重影響了公路的正常使用功能，有如下危害:

2.1 影響行車舒適性

由于車輛通過(guò)橋頭陡坎時(shí)引起跳車，使車輛顛簸，引起乘客及駕駛員的不適，同時(shí)對(duì)駕駛員產(chǎn)生一定的心理影響，引起駕駛員在經(jīng)過(guò)橋頭跳車路段時(shí)心率加快和血壓升高等不良反映，嚴(yán)重的橋頭跳車會(huì)對(duì)駕駛員造成較大的心理壓力，可能會(huì)影響駕駛員對(duì)車輛的正確操作，造成行車事故。

2.2 降低行車速度

當(dāng)車輛行至橋頭縱坡轉(zhuǎn)折處，為防止車輛的劇烈沖擊跳動(dòng)，駕駛員被迫剎車減速或減小油門(mén)，從而降低行車速度。另外，車輛經(jīng)過(guò)橋頭路段發(fā)生騰空跳躍時(shí)，驅(qū)動(dòng)力的傳遞也會(huì)受到影響，減小了行車速度。行車速度降低的影響表現(xiàn)在:一方面橋頭區(qū)域車輛突然減速容易引發(fā)交通事故，造成交通擁堵;其次，通行速度的降低了減小了道路的通行效率;最后，車輛減速容易增大車輛及燃料的損耗，造成浪費(fèi)，污染環(huán)境。

2.3 影響行車安全

車輛通過(guò)橋頭區(qū)域產(chǎn)生的沖擊和顛簸，會(huì)對(duì)駕駛?cè)藛T產(chǎn)生不利的心理影響，嚴(yán)重時(shí)則會(huì)影響其對(duì)車輛的正確操作，造成車輛失控，引起行車事故。在國(guó)內(nèi)曾多次發(fā)生因橋頭跳車嚴(yán)重而造成的翻車事故，如前述的2001年6月8日的廣西靈山縣特大交通事故，就是由于橋頭跳車引發(fā)駕駛員操作不當(dāng)所引發(fā)的交通事故。

2.4 增加車輛運(yùn)營(yíng)和保養(yǎng)成本

因橋頭跳車而不得不在橋頭頻繁減速，以減輕汽車的顛簸，無(wú)論減速行駛還是顛簸現(xiàn)象的發(fā)生，都對(duì)汽車部件造成不同程度的損壞和輪胎的磨耗;同時(shí)汽車行駛速度的不穩(wěn)定，無(wú)形中既浪費(fèi)了燃料，也增加了廢氣的排放;另外，還增加了車輛的行駛時(shí)間。因此，橋頭跳車的出現(xiàn)，提高了車輛的運(yùn)營(yíng)成本。而車輛通過(guò)橋頭時(shí)產(chǎn)生的跳動(dòng)和沖擊，也加劇了車輛部件、輪胎等的磨損，降低了車輛的使用壽命，提高了運(yùn)營(yíng)成本。

2.5 增加公路養(yǎng)護(hù)費(fèi)用

臺(tái)階的存在使得車輛通過(guò)橋頭時(shí)產(chǎn)生跳動(dòng)和沖擊，從而對(duì)橋梁和道路產(chǎn)生附加的沖擊荷載，加速了橋臺(tái)、橋頭搭板、支座、伸縮縫以及路面的損壞，特別是支座和伸縮縫的破壞。為了維持良好的使用狀況，要經(jīng)常對(duì)路橋過(guò)渡段進(jìn)行及時(shí)的維修與養(yǎng)護(hù)，既增加了大量的人力、物力和財(cái)力，而且也產(chǎn)生了不良的社會(huì)影響。

國(guó)內(nèi)外眾多資料表明，因橋頭跳車問(wèn)題而增加的道路運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)費(fèi)用驚人，如美國(guó)約有1/4 的公路橋梁(約150 000座橋梁、通道等構(gòu)造物)受到橋頭跳車的影響，為此每年花費(fèi)的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用高達(dá)1 億美元以上。同樣，在我國(guó)在橋頭跳車的養(yǎng)護(hù)方面也耗費(fèi)了大量的財(cái)力，以湖北武漢——宜昌高速公路橋頭跳車養(yǎng)護(hù)費(fèi)用進(jìn)行分析推算，全國(guó)高速公路年均養(yǎng)護(hù)過(guò)渡段的費(fèi)用要高于1 億元。

2.6 降低道路資源利用率

車輛在經(jīng)過(guò)橋頭跳車路段時(shí)減速慢行降低了道路資源的利用，同時(shí)橋頭跳車區(qū)域經(jīng)常性維修保養(yǎng)封閉道路造成道路資源的利用降低，也容易造成的交通擁堵，引發(fā)公眾對(duì)公路服務(wù)部門(mén)的不滿，降低政府的公信力，也影響了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的和諧發(fā)展。

由此可見(jiàn)，橋頭跳車的發(fā)生使公路不能達(dá)到安全行駛、高效運(yùn)營(yíng)、舒適乘車的目標(biāo)，降低了公路服務(wù)水平，增加了運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)成本，影響了社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。因此，必須對(duì)橋頭跳車的病害進(jìn)行有效的防治。

3 橋頭跳車的防治措施

引起橋頭臺(tái)背處公路沉降的原因有地基沉降、路基沉降、設(shè)計(jì)原因、施工原因等，針對(duì)沉降的原因，通常采取如下防治措施。

3.1 地基處理

橋頭臺(tái)背處路基為了與橋梁平順銜接，路基高度設(shè)計(jì)的相對(duì)較高，路基荷載也較大促使地基產(chǎn)生了較大的地基變形，特別是軟弱地基，變形更大甚至?xí)绊懙降鼗吐坊姆€(wěn)定性。因此，必須采取有效的地基處理措施對(duì)地基進(jìn)行加固，增加地基的剛度，減小地基變形。

目前，地基處理常用的方法有:深層攪拌樁、CFG 樁、砂樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、真空預(yù)壓聯(lián)合堆載預(yù)壓等。此外，為了使剛度平穩(wěn)過(guò)渡，現(xiàn)在很多設(shè)計(jì)采用變剛度設(shè)計(jì)原則，如采用長(zhǎng)短樁或疏密樁等方法使臺(tái)背地基剛度逐漸過(guò)渡。

3.2 路基處理

橋頭臺(tái)背處路基較高，如不對(duì)橋頭路基進(jìn)行有效處理和控制，在汽車長(zhǎng)期反復(fù)荷載作用下也會(huì)產(chǎn)生較大沉降，最終導(dǎo)致橋梁與臺(tái)背路基之間較大的沉降差引起橋頭跳車。目前路基處理常用的方法有控制臺(tái)背路基填料選擇和路基壓實(shí)質(zhì)量，采用輕質(zhì)高強(qiáng)材料(如EPS、泡沫輕質(zhì)土等)，使用土工合成材料對(duì)路基進(jìn)行加筋，對(duì)已有路基也會(huì)采用注漿加固等措施進(jìn)行處理，通過(guò)增強(qiáng)路基剛度或減小路基荷載等方法減小臺(tái)背路基的沉降。

3.3 路面處理

此外，針對(duì)路面也可采取一定的措施，盡量減小臺(tái)背路基過(guò)大沉降的影響。如工程中常采用橋頭搭板使柔性路基的沉降逐漸過(guò)渡到橋臺(tái)上，使路面縱坡平順過(guò)渡。也有些工程采取過(guò)渡性路面的方式進(jìn)行處理，待路基沉降穩(wěn)定后再修筑正式路面，以瀝青過(guò)渡路面較為常見(jiàn)。對(duì)于已發(fā)生橋頭跳車的路段目前實(shí)際應(yīng)用中主要以重新修補(bǔ)路面為主，即先銑刨已損壞的路面，然后重新攤鋪瀝青路面。

4 防治橋頭跳車的新思路

上述防治橋頭跳車的方法，主要是從提高地基和路基剛度或使剛度逐漸剛?cè)徇^(guò)渡的角度出發(fā)，其目的使臺(tái)背路基沉降小一點(diǎn)、沉降快一點(diǎn)或使沉降在較大范圍內(nèi)平順變化，出發(fā)點(diǎn)都是從減小臺(tái)背路基的沉降入手，屬于“被動(dòng)”適應(yīng)路基的沉降，即前文所述的第一種思路，目前還較少?gòu)臉蛄航Y(jié)構(gòu)物入手考慮“主動(dòng)”適應(yīng)路基的沉降。

事實(shí)上，采用這種相對(duì)“主動(dòng)”的方法來(lái)應(yīng)對(duì)沉降的思路在一些土木工程已經(jīng)得到了應(yīng)用。如日本的關(guān)西國(guó)際機(jī)場(chǎng)是世界上的一座大型海上機(jī)場(chǎng)，位于距離大阪南部大約40 km 處的一個(gè)人工島上，1994年投入運(yùn)營(yíng)。工程首先在水深近20 m 的海上填海造陸，海底是厚厚的軟黏土，為了應(yīng)對(duì)機(jī)場(chǎng)建成后可能產(chǎn)生的沉降，事先在機(jī)場(chǎng)建筑的底座上預(yù)先安放了眾多大型的千斤頂以應(yīng)對(duì)日后可能的沉降和不均勻沉降，這是目前“主動(dòng)”適應(yīng)沉降的一個(gè)著名案例。

采用這種“主動(dòng)”適應(yīng)沉降的思想來(lái)處理橋頭跳車無(wú)論是從技術(shù)還是從經(jīng)濟(jì)上都是可行的。技術(shù)上采用一定的裝置預(yù)先安裝在橋梁上，這種調(diào)節(jié)裝置最常見(jiàn)的就是各種類型的千斤頂，當(dāng)然也可以是其他各類能夠方便調(diào)節(jié)高度的裝置，等路基沉降較大產(chǎn)生橋頭跳車時(shí)，調(diào)整裝置使得橋梁的高程“主動(dòng)”適應(yīng)路基的沉降從而消除橋頭跳車，這里主要介紹橋頭跳車處理的新思路，具體的調(diào)節(jié)裝置及原理將在后續(xù)的專利和論文中詳述，此處不再贅述。從經(jīng)濟(jì)上安裝能調(diào)節(jié)高度的裝置造價(jià)上也不會(huì)高出很多，因?yàn)檎{(diào)節(jié)裝置本身構(gòu)造上不復(fù)雜，采用材料也是很常用的建筑材料，制造和安裝等也都沒(méi)有很高的要求，因此，成本上很容易被建設(shè)方所接受。此外，安裝這種高度調(diào)節(jié)裝置“主動(dòng)”適應(yīng)路基的沉降當(dāng)需要調(diào)節(jié)時(shí)，由于主要在橋梁下和橋墩之間的區(qū)域作業(yè)對(duì)道路通行的影響也較小，對(duì)于提高道路資源利用，緩解交通擁堵都是十分有利的。

5 結(jié) 論

橋頭跳車已經(jīng)成公路工程的一大通病，為廣大民眾所詬病，有效消除橋頭跳車具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。深入分析了橋頭跳車形成的原因、產(chǎn)生的危害，并總結(jié)了目前常用的防治橋頭跳車的措施。在上述深入分析的基礎(chǔ)上，建議了一種主動(dòng)防治橋頭跳車的新思路，即通過(guò)預(yù)先安裝一種高度可調(diào)的裝置，使橋梁高程“主動(dòng)”適應(yīng)臺(tái)背路基的沉降。

［1］曠開(kāi)萃，黃宏偉.高等級(jí)公路橋頭跳車的綜合分析和防治［J］.華東公路，2001，(5):77－81.

［2］馮忠居，方貽立，龔堅(jiān)城，等.高等級(jí)公路橋頭跳車的危害及其機(jī)理的分析［J］.西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，19(4):33－35.

［3］陳華明.橋頭跳車綜合治理研究［J］.中外公路，2004，24(2):54－57.

［4］田忠.高速公路橋頭跳車成因及處治對(duì)策［J］.鐵道建筑，2007，(6):20－21.

［5］周晉冬，潘曉東，馬小翔.橋頭跳車對(duì)人體心率負(fù)荷強(qiáng)度影響因素的研究［J］.公路工程，2013，38(6):38－42.

［6］李博.注漿加固技術(shù)在橋頭跳車病害防治的應(yīng)用［D］.成都:西南交通大學(xué)，2005.

［7］黃瑞強(qiáng).復(fù)合地基在解決橋頭跳車問(wèn)題中的應(yīng)用［J］.中外公路，2007，27(4):188－190.

［8］侯天順，黃雄，李永鴻.高速公路橋頭跳車的機(jī)理與防治研究［J］.路基工程，2007，(2):86－88.

［9］蔡可鍵，鄭慧振，應(yīng)柏平，等.EPS 泡沫塑料在軟土地基橋頭跳車防治中的應(yīng)用［J］.施工技術(shù)，2008，37(6):83－85.

［10］周志剛，鄭健龍，宋蔚濤，等.土工格網(wǎng)處理橋頭跳車的設(shè)計(jì)、施工與檢測(cè)［J］.公路，2000，(8):12－14.

［11］胡幼常，許愛(ài)華，董必昌，等.雙向土工格柵處理橋頭跳車的試驗(yàn)研究［J］.公路交通科技，2008，25(6):50－54.