论公路桥头跳车现象产生的原因及其防治措施
青岛市政监理咨询有限公司 黄平、张言虎、杨帆
摘要:桥头跳车问题已成为高等级公路的工程质量和造价的重要影响因素。桥头跳车问题一直是困扰市政管理工程技术人员的难题之一, 也是多年来大家所关心的热门话题之一, 但是由于研究力度和深度的不足, 至今未见有效而系统的设计理论, 是一种普遍存在的公路病害, 对其形成原因进行剖析, 并在此基础上论述了一些防治措施。
关键词: 公路; 桥头跳车; 原因; 防治
桥头跳车的危害主要表现为: 影响行车安全、降低行车速度、影响车辆运营费用和加速桥梁及路面的病害, 对道路桥梁的运行影响极大。如何解决高等级公路桥头跳车问题, 对于我国公路建设具有较现实意义。
1 产生桥头跳车现象的原因
桥头跳车的根本原因是桥梁结构物与路基间的沉降差超过某个限值所致。究其根源, 主要有如下几个方面:
1.1 路桥的刚度相对差很大。桥梁结构物本身刚性较大, 而道路是路面( 柔性或刚性) 与路基( 柔性) 的组合, 由于刚度的不同, 在外部荷载及自身重力作用下, 无论是基础以下还是结构本身相对产生的压缩( 或沉降) 都会完全不同。桥跨结构刚度较大, 变形很小, 且基础以下部分不会产生明显变形。而作为路基填料的土基部分则不同, 它本身是一种柔性结构, 在自身重力和外部荷载的作用下, 会产生弹性变形和永久变形, 相对来说, 稳定性较差,容易产生变形。
1.2 地基土质不良。桥涵通常位于沟壑地段, 地下水位高, 且多属软土, 由于软土天然含水量大, 压缩性高, 空隙比大, 抗剪强度低等特点, 一旦受到荷载影响, 则极易产生沉降, 再加上桥头路基填筑高度较大, 产生基底应力也大, 在车辆荷载作用下更容易引起地基沉陷, 特别是工后沉降较大。
1.3 台背填料压缩引起路基的沉降。台背填料因含水份, 存在孔隙, 施工中采取任何措施也难将填料颗粒间的孔隙完全消除。在公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。因此, 压缩沉降主要取决于填料性质、施工条件及台前台背的防护排水工程的设置等情况。根据有关资料调查研究: 当土堤压实度为95%时, 每米填土工后的沉降约为1cm。
2 桥头跳车病害的防治措施
2.1 地基处理。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, 国内有换填法、塑料排水板堆载预压法、深层搅拌法等措施, 下面介绍几种行之有效的常用方法。
2.1.1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。深层搅拌法是借助于压缩空气, 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。其主要施工工艺程序: 整平原地面→钻机定位→钻杆下沉钻进→上提喷粉(或喷浆)、强制搅拌→复拌→提杆出孔→钻机移位。
2.1.2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, 在20 世纪30 年代起源于欧洲。主要施工工艺程序: 整平原地面→机具定位→桩管沉入→加料压密→拔管→机具移位。为加速地基固结, 减少后期沉降, 一般根据实际情况, 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。
2.1.3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, 其主要施工工艺程序: 整平原地面→摊铺下层砂垫层→机具就位→塑料排水板→穿靴→插入套管→拔出套管→割断塑料排水板→机具移位→摊铺上层砂垫层。为加速排水固结, 减少后期沉降, 一般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。
2.2 路基处理
2.2.1台背回填处理方式。桥台后宜选用摩擦角大、强度高、可压缩性小、压实快、透水性好的填料, 如岩渣、砾石、砂砾等, 并要求填料级配适当。当采用非透水性土, 当为粘土或粉质亚粘土时,应掺入灰剂量不小于6%的Ⅲ级以上石灰进行改良; 当为塑性指数较小的砂土、亚砂土或粉土时, 应掺入灰剂量不小于3.5%的标号325 以上的普硅水泥进行稳定, 必要时还可采用土工合成材料加筋处理。填料的铺筑一般在基底处沿路堤纵向长度距桥台背不小于2m, 且与路基相接处按不大于1∶1 设置斜坡或台阶, 回填高度视路堤高度而定, 一般取2～4m。桥头回填处理的另一方式是在路基上部(约50cm范围内)设置水泥稳定料改善层次, 使路堤体的刚度有所提高。一般稳定层结构是沿路堤纵向距桥台背约10m长, 用一定剂量(如4%～6%)的水泥进行稳定, 并且远桥台端与路基相衔接处, 采用1∶1 设置斜坡。上述两种处理方式均能达到减少竖向变形和刚柔突变的成效。如两种方式同时考虑,则效果更佳。
2.2.2台背回填处的压实。由于台背回填处位于路基和桥台衔接的特殊位置, 成为碾压的薄弱环节, 压路机难以碾压到位, 距离太近时对桥台有影响, 故要求台背回填每层松铺厚度不得大于20cm, 压实度必须达到95%, 回填材料最大粒径不大于5cm, 且有良好的级配和透水性, 压实机械宜选用小型机具分层压实, 对于机械夯实碾压不到之处, 应及时采用人工补充夯实。
2.2.3采用“填筑路堤预压”的施工方法。为减少桥涵两端路堤的工后沉降, 从而使桥涵两端路堤与桥台结构物的相对沉降尽量小一些, 一般可采用填筑路堤预压的施工方法, 让路基排水固结, 待路堤沉降基本完成以后再开挖涵洞或桥台位置土方, 然后再施工桥涵。
2.3 路面处理
2.3.1设置桥台搭板。搭板设置可以使在柔性路堤产生的较大沉降逐渐过渡至刚性桥台上, 使车辆通过时跳跃现象大为减少。桥头搭板长度设计应根据路基的容许工后沉降值计算确定, 常取3～15m(当超8m时, 宜设计成两段式或三段式搭板)。搭板的近台端一般搁置在桥台前墙顶面或其牛腿上。当桥头引道为刚性路面时, 搭板的纵坡可采用与路面设计纵坡平行方式( 称平置式搭板) ; 而当引道为柔性路面时, 则搭板的远台端常置于路面面层与基层之间( 称斜置式搭板) 。为预防搭板下沉, 也可在搭板上先铺设一层沥青面层, 通车后搭板若下沉时, 则在其上加铺沥青混凝土或沥青砂。
2.3.2设置变厚式埋板。为避免二次跳车, 常在搭板的尾端加设一段浅埋的变厚式埋板, 其长度一般取3～5m, 对于水泥混凝土路面, 也可将与搭板连接处的路面板改为变厚式板。在搭板、埋板或变厚式板的下层, 为保证与桥台连接部位的刚柔层次在水平和垂直方向均能渐次变化, 建议采用强度及回弹模量均高于其它路段相对应的路面结构层材料, 以提高该部位的整体受荷和抗冲能力, 有利于减少错台幅度, 调整不均匀沉陷, 改善桥头跳车或二次跳车现象。
对桥头跳车问题讨论, 设计部门、施工部门和养护部门应尽力协调, 针对不同原因, 提出方案, 合理缩小造价和缩短施工期,才能有效地避免桥头跳车病害产生, 有效地改善行车条件, 促进经济发展。
鲁公网安备37010302000818号