關于公路橋頭跳車成因及處理對策的探討

方向隴

（中國市政工程西北設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

“橋頭跳車” 現(xiàn)象，是由于公路橋頭及伸縮縫（橋頭引道）處的差異沉降或伸縮縫破壞而使路面縱向坡度出現(xiàn)臺階，引起車輛通過時產(chǎn)生跳躍的現(xiàn)象。橋頭跳車現(xiàn)象作為公路工程技術中的一個通病，一直是我們公路工程技術人員討論最多的問題之一。橋頭跳車不僅影響到行駛車輛的舒適性和安全性，若橋頭跳車現(xiàn)象嚴重且車速較快時，甚至會造成車輛偏移或側翻，引起交通事故，從而造成公路橋梁、路面損壞，影響公路的使用年限。所以從最大限度降低此現(xiàn)象的發(fā)生，具有重大的意義。本文從設計角度入手，從“橋頭跳車”現(xiàn)象的成因分析，并針對“橋頭跳車”現(xiàn)象成因提出相應的處理措施，希望本文可以供其他類似工程參考。

1 橋頭跳車成因

引起橋頭跳車的主要原因有不均勻沉降、結構剛度突變和車速與車輛本身的荷載等。從設計角度來說，造成不均勻沉降的原因有很多：天然地基未能達到設計要求的承載力等要求卻未進行地基處理，臺背過渡段填料選擇不合理，設計未明確橋梁過渡段設計的壓實度要求等相關指標，設計措施不完善等會引起橋臺與橋頭路基的差異沉降。橋梁與路基段路面結構層的組成材料、剛度、強度、脹縮性等存在差異，且橋頭連接處受力時易形成集中應力。在車輛荷載、公路自重、振動荷載等荷載作用下，橋梁與道路同時發(fā)生沉降，但兩者的沉降量有很大差異，道路的沉降量遠大于橋梁的沉降量，形成錯臺，導致行車時“橋頭跳車”現(xiàn)象發(fā)生。

1.1 地基沉降引起的差異沉降

當天然地基為軟土、松散土時，因原狀土性質(zhì)差，未能達到設計要求的原地基要求，如若再不進行原地基的處理而在施工時直接完成天然地基以上橋臺背過渡段的施工，在橋臺、路基、路面結構自重、運營車輛荷載、振動荷載等荷載作用下，會壓縮地基原狀土，造成沉降，從而產(chǎn)生“橋頭跳車”現(xiàn)象。尤其在西北地區(qū)，大多為黃土，黃土具有特有的濕陷性，如果不進行黃土的濕陷性處理，黃土在一定壓力作用下，受水浸濕后產(chǎn)生顯著濕陷性，更容易引起沉降。

1.2 臺背路基填料引起的差異沉降

為控制橋臺背填土的不均勻沉降，路基與橋臺背連接處設置過渡段，臺背過渡段填料設計中會選用不同于一般路基段的填料，設計一般采用滲水性填料，填料孔隙較大，施工竣工后，在結構自重、車輛荷載等多種荷載的反復作用下，臺背路基填料逐漸碾壓密實，孔隙率降低，一定時間內(nèi)造成路基沉降，但是最終沉降會趨于穩(wěn)定，但橋臺多為剛性結構，且基礎處理多采用樁基礎，所以橋臺沉降在施工完畢后即趨于穩(wěn)定，時間差上造成的差異沉降也會造成橋頭跳車。當橋頭路基填筑高度越大，沉降趨于穩(wěn)定的時間更久，且路基邊坡破壞也會加速路基沉降。

1.3 結構類型差異引起的差異沉降

在很多的橋梁設計中，大多采用剛性結構，橋梁路面鋪裝采用在剛性橋臺結構上鋪筑路面結構層，而橋頭路基為柔性結構，路基段路面多為半剛性基層的柔性路面結構。因結構類型不同、結構的剛度、強度、脹縮性等存在差異，在施工竣工后，在車輛荷載、振動荷載等荷載反復作用下，橋頭路基路面結構層壓縮引起沉降，而橋梁剛性結構在以上荷載作用下沉降不大，從而造成差異沉降，造成“橋頭跳車”現(xiàn)象。

1.4 施工質(zhì)量差引起的差異沉降

設計針對橋頭跳車雖然會提出相應的處理措施，但因施工不能及時推進，施工質(zhì)量不能保證，也會造成竣工及運營中的沉降。臺背施工作業(yè)面較小，重型壓路機不能接近臺背，機械碾壓不到的部位，通常采用人工壓實，如若在不嚴格進行分層填筑和分層碾壓密實，沒有做好排水措施，達不到設計要求的壓實度，這些因素都會造成橋臺背不均勻沉降，從而引起“橋頭跳車”現(xiàn)象發(fā)生。

2 針對橋頭跳車提出的設計措施

2.1 橋頭路基地基處理

加固處理臺背填筑前的地基。處理好臺背軟弱地基，是控制橋頭跳車的重要措施，采用相應的地基處理措施來改善地基性能，提高地基承載力，減少地基沉降，縮小橋臺與路堤的沉降差，避免錯臺。

以下為個人最近幾年完成的設計項目，針對不同的原地基采用了不同的地基加固措施來控制橋頭路基與橋頭間的沉降差異：

項目一：橋頭路基基底為可液化粉細砂層，為控制沉降對路基穩(wěn)定性的影響，基底設置碎石樁，碎石樁成孔直徑為0.5m，樁間距1.1～1.2m，正方形布置，最大樁長按8m控制，碎石樁樁頂設置0.5m厚碎石墊層，碎石墊層中鋪設一層雙向土工格柵，土工格柵極限抗拉強度≥80kN/m，對應縱、橫向伸長率≤10%。鋪設土工格柵時，必須拉直拉平，幅與幅之間要對齊對好。為了保證復合地基結構質(zhì)量，土工格柵必須耐碎石擠壓，不得在填筑碾壓墊層時出現(xiàn)折斷。碎石樁加固地基橫向處理寬度為兩側坡腳外3m。

項目二：橋頭路基基底為濕陷性黃土層，為控制和減少橋頭路基與橋頭間的沉降差異，對濕陷性黃土厚度不大的采用挖除所有濕陷性黃土后，基底沖擊碾壓后分層填筑二八灰土并碾壓密實處理；對原地基濕陷性黃土厚度較大的采用灰土樁加固地基處理，灰土樁成孔直徑為0.4m，樁間距0.9～1.1m，正三角形布置，濕陷性黃土厚度不大時，灰土樁應盡量穿透濕陷性黃土層，濕陷性黃土厚度過大時，最大樁長按15m控制?；彝翗稑俄斾佋O一層整體拉伸型塑料雙向土工格柵,其上設置30cm厚二八灰土墊層，土工格柵極限抗拉強度≥45kN/m，對應縱、橫向伸長率≤10%。加固寬度為路堤兩側排水溝外緣側?；彝翑D密樁縱向設計處理長度一般為30～50m。為防止橋臺背過渡段與一般路基段地基處理措施差異大引起差異沉降，本項目橋臺臺背路基灰土樁地基加固處理路段與一般路段地基加固處理路段應設置過渡段銜接，過渡段按正常設置灰土樁段→樁長減短過渡段→一般路段超挖沖碾（強夯）進行。此措施可更有效的防止路基不均勻沉降。

個人認為，除了針對原狀土的特性選用合理的地基處理措施以外，還應保證地基處理措施的處理范圍，即橫向處理寬度和縱向處理長度。因為處理措施范圍若不徹底，同樣會造成路基的沉降差異。

2.2 橋頭路基（臺背）填料及壓實度控制

為控制橋臺背填土的不均勻沉降，路基與橋臺背連接處設置過渡段，順線路方向設置成倒梯形，過渡段縱向設計長度宜按照《公路路基設計規(guī)范》（JTG D30-2015）計算確定。過渡段宜采用水穩(wěn)定性較好、內(nèi)摩擦角較大的填料填筑，例如卵、碎石土。過渡段范圍內(nèi)路基壓實度不應小于96%。若未按照規(guī)范中對過渡段填料要求的壓實度而采用一般路基相應部位的壓實度，沉降值及沉降速率均有差異。

當橋臺背區(qū)以外的路基尚未填筑時，橋臺背填筑段的施工長度宜大于50m；當橋臺背區(qū)以外的路基已經(jīng)填筑壓實時，應將已填筑壓實路基端部開挖成臺階狀，保證新、老壓實區(qū)的有效銜接。

橋臺背2m范圍內(nèi)，土石方施工碾壓不得采用重型壓實機具施工，宜采用小型機械壓實或人工夯實達到設計要求的密實度?？刂坪妹繉犹钪穸?、碾壓遍數(shù)，并對每層填筑質(zhì)量實施檢測，特別是控制好壓實度達到要求。

2.3 橋頭路基補強

研究表明，采用土工材料加筋橋涵、通道等過路構造物臺背的路基填土，可有效減少構造物臺背與路基填土之間的不均勻沉降。但采用土工合成材料僅僅是協(xié)調(diào)路堤不均勻沉降，不能有效減少總沉降量。因此，橋頭路基地基處理與填筑填料壓實度控制更為重要。

若選用土工材料對路基進行補強時，除了臺背填料要求良好的水穩(wěn)定性與壓實性能以外，宜選擇能與土工合成材料產(chǎn)生良好摩擦與咬合作用的砂石土、碎石土等填料。分層鋪設土工材料時，最下層宜鋪設在構造物基礎頂面，最上一層宜鋪設在路基頂面，豎向?qū)娱g距應按《公路土工合成材料應用技術規(guī)范》（JTG/T D32-2012）中的公式計算。最小鋪設間距應不小于分層填筑壓實土層厚度，自路基頂面往下5m深度范圍內(nèi)，最大鋪設間距不宜大于0.8m。

要求雙向格柵滿足物理力學的性能，每延米縱、橫向拉伸屈服力≥50kN/m；縱、橫向2%伸長率時的抗拉強度≥20kN/m。

施工中土工合成材料的鋪設層數(shù)、范圍等應嚴格按照設計要求施工，上、下層土工合成材料搭接縫應交替錯開。

2.4 橋頭搭板及過渡板路面過渡

因橋臺與臺背路面在結構、材料、剛柔等方面存在的差異，為了在其縱、橫向都能由剛性路面往柔性路面平順逐漸過渡，可采取設置搭板和過渡板的措施。此措施可有效防止橋端連接部分的不均勻沉降。車輛行駛時可起到緩沖作用。

搭板縱向設置長度一般為6～8m，采用鋼筋混凝土搭板，搭板下設置30cm厚碎石墊層，墊層橫向?qū)挸龃畎甯?0cm。橋頭搭板與路基銜接部位設置過渡板，過渡板縱向設置長度一般為3～4m，采用混凝土澆筑，鋼筋混凝土搭板與混凝土過渡板表面必須橫向拉毛，以增強瀝青面層與鋼筋混凝土搭板、混凝土過渡板的黏結。因過渡板為素混凝土澆筑，為提高路面過度的穩(wěn)定性，過渡板與搭板間的橫縫采用設拉桿平縫形式，過渡板應按照《公路水泥混凝土路面設計規(guī)范》（JTG D40-2011）中的相關規(guī)定進行設計，設置相應的接縫設計，橫向接縫傳力桿、縱向接縫拉桿設置的間距和尺寸均應滿足《公路水泥混凝土路面設計規(guī)范》（JTG D40-2011）中的要求，當橋梁為斜交時，銳角部分應采用角隅鋼筋進行補強。為防止水泥混凝土面板產(chǎn)生反射裂縫，于橋頭搭板與現(xiàn)澆混凝土過渡板間接縫頂面與瀝青混凝土面層間鋪設（滿鋪）一層防裂貼，鋪設寬度延伸至銜接縫兩側各1m。防裂貼應滿足：抗拉強度≥1500N/50mm、高溫抗剪強度≥0.12MPa、低溫柔韌度在-20℃情況下無裂紋等技術指標要求。

另外，橋面鋪裝層起保護橋梁結構、保障行駛安全、提高行駛舒適性的作用。工程實踐表明，橋面瀝青混合料鋪裝層比路基段路面更易出現(xiàn)病害，需多方面采取措施保證橋面鋪裝性能。這些措施包括做好防排水設計，減少降水進入及滯留于鋪裝層；做好橋面板處理和黏結層設計，保證瀝青混合料鋪裝層與橋面板間有效黏結；選擇具有低滲透性、抗變形性能好的鋪裝層瀝青混合料等。

2.5 完善橋頭路基排水

為避免路表水通過構造物與填料交界部位滲入并滯留與填料內(nèi)，引起不均勻沉降，在臺背與填料間設置30cm厚的反濾層，當臺背過渡段填料采用與反濾層相同的填料時，不再單獨設置反濾層；為防止地下水進入臺背填料，降低填料強度，增大荷載，在原地面設置厚度不小于30cm的級配碎石排水墊層，碎石排水墊層攤鋪前，應將地面平整成4%的雙向橫坡，必要時還應設置4%的縱坡，將水引至橋臺區(qū)以外。

3 針對橋頭跳車提出的施工控制措施

為了更有效的防止橋頭跳車現(xiàn)象，除了設計提出相應完善的措施外，施工也是必不可少的一環(huán)。選擇好的施工工藝、施工方法，嚴格控制施工質(zhì)量，嚴格按照設計方案施工，以確保橋頭部位的施工質(zhì)量。

嚴格控制填料質(zhì)量、分層鋪筑厚度，填筑時填料的最佳含水量控制在±2%范圍以內(nèi)，壓實機械的選擇以及分層填筑后壓實指標的控制均影響施工后的質(zhì)量。

橋頭路基地基在施工過程控制及施工完畢后的質(zhì)量控制驗收也需嚴格控制，例如采用碎石樁加固地基時，施工前應先進行工藝性試樁，通過相關試驗檢驗成孔質(zhì)量和擠密效果，檢驗機具性能及施工工藝中的各項技術參數(shù)。當成樁質(zhì)量不能滿足設計要求時，應調(diào)整施工參數(shù)后，重新進行試驗或通知有關單位處理。嚴格控制水壓、電流和振動器在固定深度位置的留振時間。成樁過程中，應對已打樁的樁頂進行位移監(jiān)測。為保證填夯質(zhì)量，應認真控制并記錄每一孔的填料數(shù)量和夯實時間，同時按規(guī)定抽查一定數(shù)量樁孔的夯實質(zhì)量。碎石樁施工結束后，應間隔不少于7d后方可進行質(zhì)量檢驗，每段碎石樁施工完成后應進行檢測和驗收。

臺背回填部分的路床宜與路堤路床同步填筑。橋臺背和錐坡的回填施工宜同步進行，一次填足并保證壓實整修后能達到設計寬度要求。

施工過程中應根據(jù)相關規(guī)范中的要求，進行相應的沉降觀測。施工中應按設計要求進行施工，并進行動態(tài)監(jiān)控。施工過程中應進行沉降觀測，按照設計要求控制填筑速率。填筑過程中，路堤中心線地面沉降速率每晝夜應不大于10～15mm，坡腳水平位移速率每晝夜應不大于5mm。應結合沉降和位移發(fā)展趨勢對觀測結果進行綜合分析。填筑速率以水平位移控制為主，超過標準應立即停止填筑。觀測儀表應再地基處理之后埋設，并在觀測到穩(wěn)定的初始值后，方可進行路堤填筑。

4 結論

隨著國家大力發(fā)展公路，“橋頭跳車”現(xiàn)象作為公路常見病害，一直是工程行業(yè)內(nèi)討論的問題，該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因有很多種，個人認為應從設計源頭抓起，針對設計中可能產(chǎn)生“橋頭跳車”的原因進行梳理，因地制宜的提出相對應并且統(tǒng)一的設計措施，同時嚴抓施工質(zhì)量。但是想完全消除橋臺與橋頭路基的不均勻沉降，筆者認為，目前看來是達不到的，能做的就是嚴控橋梁、路基工程質(zhì)量，盡量把這個不均勻沉降差值降低，有效提高行車舒適感。隨著科學技術的進步，對橋頭跳車問題的處理將更加合理、更加完善。