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浅谈道路桥头跳车的防治与控制
作者：蔡文江
来源：《现代企业文化·理论版》2010年第14期
摘要:文章详细分析了桥头跳车的原因,阐述了道路桥头跳车的成因及其对行车的影响,并提出了道路桥头跳车的防治与控制措施。 关键词:桥头跳车;地基沉降;台背回填
桥头跳车是指由于道路桥头及伸缩缝(桥头引道)处的差异沉降或伸缩缝破坏而使路面纵坡出现台阶引起车辆通过时产生跳跃的现象,桥头跳车问题一直是困扰桥梁工程技术人员的难题之一,特别是近几年来随着我国高等级公路的迅速发展,桥头跳车直接影响行车速度,跳车会增加行车风险并且会大大增加每年的养护费用,也影响了行车的舒适与安全,甚至造成行车事故。本文对道路桥头跳车成因、防治及控制作探讨并提出行之有效的改善、解决方法,可为类似工程参考。
一、桥头跳车的成因分析
桥头跳车的主要原因有不均匀沉降、刚度突变和车速与车辆本身的抗振性能等。就高等级道路路况而言,主要是柔性道路与刚性结构物之间的连接处发生不均匀沉降,产生错台所致。桥梁与路基、路面的组成材料、刚度、强度、胀缩性等存在差异,且桥头连接处受力时易形成集中应力。在车辆荷载、结构自重、自然因素作用下,桥梁与道路同时发生沉降,但两者的沉降量有很大差异,道路的沉降量远大于桥梁的沉降量,形成错台,导致行车时发生桥头跳车。
(一)桥台与路堤间的沉降差
1 地基土质不良造成的沉降。桥涵通常位于沟壑地段,且地下水位较高,多属软土地基。由于软土都具有天然含水量高、孔隙比大、压缩性强和抗剪强度低等特点,在软土上填筑路基,便极易产生沉降(包括瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降)。同时,桥头路基填筑高度较其他地段大,产生基底应力相对较大,更易引起地基沉降,特别是工后沉降较大。
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2 台背填料压缩引起路基的沉降。台背填料在道路自重及车辆的垂直荷载与振动荷载作用下,孔隙率逐渐降低,填料逐渐压缩,密实度逐渐增大,便在一定期限内产生路基沉降。路堤填土因其固有的压缩徐变性质,即使经充分压实也难以避免因土基固结等因素造成的沉降,需待通车一段较长时间后才能趋于稳定。在路堤自重和车辆垂直荷载及冲击振动荷载作用下,路基填料逐渐被压缩,孔隙率降低,密实度逐渐增大,从而在一定期限内产生路堤填土沉降。
3 排水不畅及填土流失造成路基沉陷。在桥涵与路堤的连接部位,由于存在缝隙,雨水会沿缝隙渗透,下渗水对桥台不产生破坏作用,但对土类填料易产生浸蚀和软化,特别对填方体压实不够,易产生侵蚀和软化,降低强度,导致填方体变形。在外部车辆荷载冲击作用下,必然造成桥头路基沉陷。
(二)刚柔突变引起的沉陷跳车
刚度不同的路面在跳车处所产生的振动效果不同,柔性材料对能量的吸收要比刚性材料大。桥台具有较大的整体刚度,属刚性体;而与桥台相连的道路,具有刚性较小柔性较大的特性,属弹塑性体。显然,道路与结构物桥台之间存在着较大的刚度差,引起道路与结构物桥台之间产生较大的塑性变形相对差和较大的刚度突变,势必增强桥头跳车的振动效果。
(三)对桥头高填土及软基等处理措施不确切
如路基穿越软土地基或采用高路堤方案,势必存在较大工后沉降;桥涵构造物选用桩基或扩大基础等不同形式,其工后沉降差异很大;对软土地基路段采用不同的处理方法、对路堤填筑速率和填筑材料的控制不同,其效果也大不一样;在考虑桥台结构时,往往忽略桥台与路堤的恰当衔接,在连接部位有的设接缝,有的设连续铺装,由于路基不均匀沉降的存在,在使用过程中形成裂缝。虽然有考虑设置搭板调节连接部位的不均匀沉降,但对承受搭板一端的路堤部位未进行处理,让搭板一端直接置于土基上,从而在那里形成凹陷,以致搭板滑落。
(四)施工质量控制不严
施工中如台背填筑速度过快,沉降也较快,对台背挡土墙等构造物的挤压相对较大。如果台前护坡或挡墙砌筑不及时,则可能引起土体滑移,影响压实机械作业效果,严重时还会危害桥基。台背填土时,施工面窄而工期要求又较紧,靠近桥面部分的填土平面形状不规则,如果缺乏适当的压实机具,采用人工夯实,则密实度难达要求;即使有压实机械,由于受地形、便道、作业面及机械等的限制,桥头填土压实密度亦很难达到要求,特别是台墙后侧及翼墙内侧填土,达到压实密度要求更有一定的难度。
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二、桥头跳车病害的防治及质量控制
(一)加固处理台背填筑前的地基
处理好桥头软弱地基,是控制跳车的关键。目前对桥头软弱地基处理,国内已有加固土桩法、料粒桩法、竖向排水体预压法、堆载预压法和浅层处治法等措施,下面介绍几种行之有效的常用方法:
1 采用深层搅拌法加固桥头软基该法属加固土桩类型,主要适应于软弱粘性土。深层搅拌法借助于压缩空气,采用专门深层搅拌机械设备,从不断回转的中心轴端向四周被搅松的土中喷出浆体或粉体固化剂(如水泥等),经叶片搅拌,并吸收周围水份,在加固的深层软土中进行一系列物理——化学反应,使软土硬结成具有整体性和一定强度的优质复合地基,从而提高桥头软土地基承载力,减少沉降量(特别是工后沉降),缩短固结期,提高边坡稳定性。施工过程中路基填土速率不受限制,且无振动、无污染,对周围环境及建筑物无不良影响,近年来已在高等级公路得以广泛应用。其最大优点是工后沉降小,缺点是造价较高。
2 采用砂桩加固桥头软基该法属料粒桩类型,适用于松砂地基、杂填土或软土,对地基土起置换作用、竖向排水作用和挤密作用。为加速地基固结,减少后期沉降,根据实际情况,配合堆载预压或超压施工,使地基强度显著提高,同时改善地基的整体稳定性。砂桩堆载预压法在高速公路都应用过,其造价在深层搅拌法与堆载预压法之间。
3 塑料排水板堆载预压法。该法属竖向排水体预压类型,主要适用于透水性低的软弱粘性土。塑料排水板是由芯体和滤套组成的复合体,或是由单一材料制成的多孔管道板带,在全国各地高速公路软基处理都得以广泛推广应用。为加速排水固结,减少后期沉降,都配合堆载预压或超压施工,使地基土的有效应力增大、抗剪强度和承载力及稳定性都得以提高。其特点是施工简便快捷,造价较低,但效果比上述两种类型略差,仍存在少量工后沉降。
上述几种方法可以根据实际情况应用,以改善地基性能,提高地基承载力,减少沉降,缩小桥台与路堤的沉降差,避免错台。
(二)台背填筑材料的选择与施工
1 采用超轻质材料作路堤铺设轻质材料可以减轻路堤自重,有效降低地基应力,减少沉降并增大稳定安全系数,常用的轻质材料如粉煤灰等。目前业内试验推广的新型超轻质材料——泡沫聚苯乙烯块,其密度很小,抗压强度约为0.25MPa,且吸湿性极小,耐水性能很好。使用泡沫聚苯