解決高等級(jí)公路橋頭跳車的理論與施工論文
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(jí)公路橋頭跳車的措施。
關(guān)鍵詞：公路；橋頭跳車；地基；路基；路面；處理方法
1、前 言
目前，已投入使用的高等級(jí)公路（包括高速公路）中，普遍存在一個(gè)問題：路面在臺(tái)背回填處出現(xiàn)不同程度的沉降斷裂（沉降值一般為10～30cm，有的甚至超過60cm），使車輛通過時(shí)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(jī)和乘客感到顛簸不適，甚至造成車輛大幅度減速，嚴(yán)重的可導(dǎo)致交通事故（特別是車輛機(jī)械事故）。因此，如何解決高等級(jí)公路橋頭跳車問題，本文提出了一點(diǎn)膚淺的認(rèn)識(shí)與見解，從理論與施工上進(jìn)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(qiáng)和抗剪強(qiáng)度低等特點(diǎn)，在軟土上填筑路基，便極易產(chǎn)生沉降（包括瞬時(shí)沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降）。同時(shí)，橋頭路基填筑高度較其它地段大，產(chǎn)生基底應(yīng)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(tái)背填料壓縮引起路基的沉降臺(tái)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(dòng)荷載作用下，孔隙率逐漸降低，填料逐漸壓縮，密實(shí)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(tái)前臺(tái)背的防護(hù)排水工程的設(shè)置等情況。根據(jù)有關(guān)資料調(diào)查研究：當(dāng)土堤壓實(shí)度為95%時(shí)，每米填土工后的沉降約為1cm.
2.1.3剛?cè)嵬蛔円鸬某料萏噭偠炔煌穆访嬖谔囂幩a(chǎn)生的振動(dòng)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(gòu)物橋臺(tái)一般采用剛性很大的堅(jiān)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(gòu)物橋臺(tái)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(gòu)物橋臺(tái)之間存在著較大的剛度差，這個(gè)剛度差的存在必然引起道路與結(jié)構(gòu)物橋臺(tái)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(qiáng)橋頭跳車的振動(dòng)效果。
2.2橋頭跳車對行車速度的影響由于橋臺(tái)背沉陷、斷裂而形成了臺(tái)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(tái)階高度、路面類型、道路等級(jí)、車輛類型和行駛的初速度等有關(guān)。根據(jù)實(shí)地觀察和有關(guān)資料調(diào)查表明，當(dāng)橋頭臺(tái)階達(dá)1.5cm時(shí)，對車速就產(chǎn)生明顯的影響，臺(tái)階每增加1cm，速度就會(huì)降低3km/h左右；而當(dāng)臺(tái)階高達(dá)5cm時(shí)，車輛行駛顯著減速，其減速幅度平均可達(dá)9～13km/h，對行車產(chǎn)生嚴(yán)重影響。剛性路面對車速的影響要比柔性路面大；以60～80km/h速度行駛時(shí)減速幅度要比小于60km/h和大于80km/h速度行駛時(shí)大；較高臺(tái)階對小車行駛的影響較大，而載重貨車對臺(tái)階不如空車敏感。抗振性能不同的車輛以同一速度在同一路面上行駛，其振動(dòng)的效果也不一樣。一般來說，汽車遇到橋頭臺(tái)階，要提前150～180m實(shí)行減速，駛達(dá)臺(tái)階以后還在大約相同的距離進(jìn)行加速以恢復(fù)正常速度行駛。當(dāng)然，司機(jī)的心理狀態(tài)，對道路的熟悉程度等，對通過臺(tái)階時(shí)的速度降低也有不同程度的影響。
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(guān)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(yù)壓法、堆載預(yù)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(yīng)于軟弱粘性土。深層攪拌法是本世紀(jì)60年代由日本和瑞典分別開發(fā)的軟土加固新技術(shù)，一般借助于壓縮空氣，采用專門深層攪拌機(jī)械設(shè)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(jìn)行一系列物理——化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)復(fù)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(jī)定位→鉆桿下沉鉆進(jìn)→上提噴粉（或噴漿）、強(qiáng)制攪拌→復(fù)拌→提桿出孔→鉆機(jī)移位。施工過程中路基填土速率不受限制，且無振動(dòng)、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(jí)公路得以廣泛應(yīng)用。其最大優(yōu)點(diǎn)是工后沉降小，缺點(diǎn)是造價(jià)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(jì)30年代起源于歐洲。主要施工工藝程序：整平原地面→機(jī)具定位→樁管沉入→加料壓密→拔管→機(jī)具移位。為加速地基固結(jié)，減少后期沉降，一般根據(jù)實(shí)際情況，配合堆載預(yù)壓或超壓施工，使地基強(qiáng)度顯著提高，同時(shí)改善地基的整體穩(wěn)定性。砂樁堆載預(yù)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(yīng)用過，其造價(jià)在深層攪拌法與堆載預(yù)壓法之間。
3.1.3塑料排水板堆載預(yù)壓法。該法屬豎向排水體預(yù)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(fù)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(yàn)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(yīng)用，其主要施工工藝程序：整平原地面→攤鋪下層砂墊層→機(jī)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(jī)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(yù)壓或超壓施工，使地基土的有效應(yīng)力增大、抗剪強(qiáng)度和承載力及穩(wěn)定性都得以提高。其特點(diǎn)是施工簡便快捷，造價(jià)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(shè)輕質(zhì)材料可以減輕路堤自重，有效降低地基應(yīng)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(yàn)推廣的新型超輕質(zhì)材料——泡沫聚苯乙烯塊，其密度很�。s30kg/m3左右），抗壓強(qiáng)度約為0.25MPa，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(cuò)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(diǎn)；同時(shí)還可以減少橋臺(tái)等構(gòu)筑物的土壓力及側(cè)向壓力，從而減少構(gòu)筑物的移動(dòng)變位，改善結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性。聚苯乙烯塊規(guī)格一般為0.5m×1m×5m（厚×寬×長），其缺點(diǎn)是在汽油或柴油作用下有溶解傾向，所以有必要加以保護(hù)。一般在聚苯乙烯塊上面澆注一層10cm的鋼筋混凝土板，以減少路面總厚度和防止化學(xué)腐蝕，并在泡沫聚苯乙烯兩側(cè)設(shè)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(yīng)鋪上一層10cm厚的砂整平層。鋪設(shè)塊件時(shí)，從路中線向兩邊鋪設(shè)，各層成垂直狀態(tài)，接縫注意錯(cuò)開，塊件之間采用馬釘固定，防止移動(dòng)。
3.2.2臺(tái)背回填處理方式橋臺(tái)后宜選用摩擦角大、強(qiáng)度高、壓實(shí)快、透水性好的填料，如巖渣、礫石、砂礫等。同時(shí)，選用內(nèi)摩擦角較大的填料也有利于從臺(tái)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(shí)性能，使路基容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度。填料的鋪筑一般在基底處沿路堤縱向長度距橋臺(tái)背不小于2m、且與路基相接處按不大于1∶1設(shè)置斜坡或臺(tái)階，回填高度視路堤高度而定，一般取2～4m.橋頭回填處理的另一方式是在路基上部（約50cm范圍內(nèi)）設(shè)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(gòu)是沿路堤縱向距橋臺(tái)背約10m長，用一定劑量（如4%～6%）的水泥進(jìn)行穩(wěn)定，并且遠(yuǎn)橋臺(tái)端與路基相銜接處，采用1∶1設(shè)置斜坡。上述兩種處理方式均能達(dá)到減少豎向變形和剛?cè)嵬蛔兊某尚АＨ鐑煞N方式同時(shí)考慮，則效果更佳。
3.2.3臺(tái)背回填處的壓實(shí)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(tái)結(jié)構(gòu)物的相對沉降盡量小一些，一般可選填筑路堤預(yù)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(tái)位置土方，然后再施工橋涵。臺(tái)背填筑前，宜在處理后的基底頂面上設(shè)置橫向泄水管或盲溝。臺(tái)背回填宜在完成臺(tái)前防護(hù)工程及橋涵上部結(jié)構(gòu)吊裝之后進(jìn)行，同時(shí)注意結(jié)構(gòu)物兩端對稱填筑施工。臺(tái)背回填的壓實(shí)質(zhì)量是影響臺(tái)背回填沉降的一個(gè)主要因素。由于臺(tái)背回填位于路基與橋臺(tái)相銜接這個(gè)特殊位置，成為碾壓的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，壓路機(jī)難以碾壓到位，且大噸位機(jī)械振動(dòng)力太大時(shí)，對橋臺(tái)有影響。因此，臺(tái)背回填近橋臺(tái)處的壓實(shí)機(jī)械宜選用小型壓實(shí)機(jī)具，且嚴(yán)格控制每層填筑厚度（宜取10～15cm內(nèi)）碾壓遍數(shù)，并對每層填筑質(zhì)量實(shí)施檢測，力求壓實(shí)度達(dá)到96%以上；對于機(jī)械夯實(shí)碾壓不到之處，應(yīng)及時(shí)采用人工補(bǔ)充夯實(shí)。
3.3路面處理
3.3.1設(shè)置橋臺(tái)搭板搭板設(shè)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(tái)上，使車輛通過時(shí)跳躍現(xiàn)象大為減少。橋頭搭板長度設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)路基的容許工后沉降值計(jì)算確定，常取3～15m（當(dāng)超8m時(shí)，宜設(shè)計(jì)成兩段式或三段式搭板）。搭板的近臺(tái)端一般擱置在橋臺(tái)前墻頂面或其牛腿上。當(dāng)橋頭引道為剛性路面時(shí)，搭板的縱坡可采用與路面設(shè)計(jì)縱坡平行方式（稱平置式搭板）；而當(dāng)引道為柔性路面時(shí)，則搭板的遠(yuǎn)臺(tái)端常置于路面面層與基層之間（稱斜置式搭板）。為預(yù)防搭板下沉，也可在搭板上先鋪設(shè)一層瀝青面層，通車后搭板若下沉?xí)r，則在其上加鋪瀝青混凝土或?yàn)r青砂。
3.3.2設(shè)置變厚式埋板為避免二次跳車，常在搭板的尾端加設(shè)一段淺埋的變厚式埋板，其長度一般取3～5m，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(tái)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(qiáng)度及回彈模量均高于其它路段相對應(yīng)的路面結(jié)構(gòu)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(cuò)臺(tái)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(jì)算等情況，在橋頭一定長度范圍內(nèi)鋪設(shè)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(shè)計(jì)永久性路面。常用的過渡性路面類型有預(yù)制水泥混凝土六棱塊（邊長34.6cm、厚20cm）、條石鋪砌（25cm×25cm×40cm）、半剛性過渡層或?yàn)r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(yīng)于水泥混凝土路面，最大優(yōu)點(diǎn)是翻修處理速度快；但不易鋪砌平整，行車仍有抖動(dòng)感覺，且其砌縫應(yīng)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(diǎn)是當(dāng)出現(xiàn)較大沉降時(shí)，及時(shí)補(bǔ)充鋪設(shè)一層瀝青混凝土或?yàn)r青砂，以能確保行車暢順，有效避免跳車現(xiàn)象。
參考文獻(xiàn)：
［1］JTJ017-96，公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范［S］。
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