高等級公路橋頭跳車病害的原因分析及控制措施
2015-12-29
如今，我國的高等級公路發(fā)展迅速，截至2010年底，全國公路網(wǎng)總里程達(dá)到398.4萬公里，（其中高速公路通車?yán)锍踢_(dá)到7.4萬公里，農(nóng)村公路通車?yán)锍踢_(dá)到345萬公里），在公路運(yùn)行過程中所出現(xiàn)的各種病害越來越多，橋頭跳車就是其中一個(gè)比較普遍的現(xiàn)象。在我國某些沿海地區(qū)，由于地基土的承載力不足，不能直接在地基土層上修建公路，因此要修筑許多跨線橋涵；由于高等級公路對行車安全、舒適、迅速有很高的要求，所以橋頭跳車現(xiàn)象的存在給行車的安全性、舒適性帶來很大的影響。橋頭跳車使車輛通過時(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。國內(nèi)外研究和分析橋頭跳車這個(gè)問題的著述已不少，至今還沒有一種非常有效的解決辦法；因此它造成的危害也已成為我國公路行業(yè)中一個(gè)亟待解決的技術(shù)難題。本文從高等級公路橋頭跳車病害產(chǎn)生原因及特征進(jìn)行分析，對橋頭跳車病害的處理提出了幾點(diǎn)控制措施。
1、橋頭跳車病害的產(chǎn)生原因及特征分析
1.1地基土質(zhì)不良造成的沉降
橋涵通常位于溝壑地段，地下水為較高，且多屬于軟土。由于軟土一般具有天然含水量高、空隙比大、壓縮性和抗剪強(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)生基地應(yīng)力相對較大，更容易引起地基沉降。
1.2臺(tái)背填料壓縮引起路基本身的沉降
臺(tái)前填料本身含有水分，存在空隙。施工中無論采用何種措施，也不可能完全消除填料顆粒間的空隙。在填料自重及車輛荷載的作用下，孔隙率將逐漸降低，路基填料將被壓縮，從而在一定時(shí)期內(nèi)產(chǎn)生壓縮沉降。壓縮沉降主要決定于填料性質(zhì)，施工條件及前臺(tái)，臺(tái)背防護(hù)工程的設(shè)置情況。一般地：透水性較好的土，級配較好的砂石料，壓縮沉降較小，施工符合工序，壓實(shí)符合要求時(shí)，壓縮沉降也較??；臺(tái)前、臺(tái)背設(shè)有擋土墻，護(hù)面墻等防護(hù)構(gòu)造物時(shí)，其壓縮沉降也較小。
1.3地質(zhì)不均勻造成的沉降
在工程地質(zhì)勘查中，大約每隔100米進(jìn)行一次鉆孔取樣。而修建高等級公路時(shí)，路基寬度很大，同時(shí)引橋路堤的長度也在百米以上。所以在如此大的范圍內(nèi)如果都按照一個(gè)點(diǎn)的地質(zhì)勘察報(bào)告進(jìn)行統(tǒng)一的設(shè)計(jì)和施工，必然會(huì)使橋頭路堤產(chǎn)生不均勻沉降。從另外一方面來說，鉆孔點(diǎn)再密也不可能達(dá)到1米，而鄰近橋涵路段地基差而不均勻是不爭的事實(shí)；地基處理不可能在該路段采用很多不同的處理方法，這樣必然會(huì)產(chǎn)生路堤不均勻沉降。這些不均勻沉降包括橫向和縱向兩個(gè)方面。
1.4不合理的工程方案設(shè)計(jì)造成的沉降
不合理的工程方案設(shè)計(jì)，可以造成基礎(chǔ)沉降，主要表現(xiàn)在如下方面：
?。?）、橋涵構(gòu)造物本身尺寸偏小
由于受造價(jià)等因素的限制，有時(shí)不得不壓縮孔徑尺寸。在一些大河面、大溝壑中，小跨徑采用較多，有些橋涵的跨境甚至達(dá)不到河面寬度的一半，這往往會(huì)造成橋頭路堤過長，過高，且大多處于排水較差，土質(zhì)較軟弱的地基上，從而使路堤在通車后沉降過大。
?。?）、臺(tái)前、臺(tái)背防護(hù)工程設(shè)計(jì)不合理
在路堤填料的壓力作用下，可能產(chǎn)生或多或少的水平位移，引起橋頭路基的沉陷。
?。?）、填料選擇欠佳
為節(jié)省投資，往往就地取材，且對填料不做適當(dāng)處理，使填料質(zhì)量本身存在問題，引起沉降。
（4）、水泥混凝土路面的脹縫設(shè)計(jì)寬度不足
由于水泥混凝土路面的脹縫設(shè)計(jì)寬度不足，導(dǎo)致橋頭混凝土板塊擠壓橋臺(tái)臺(tái)帽及橋面，形成跳車。
?。?）、橋臺(tái)路段水泥混凝土路面與瀝青路面的銜接接縫處理不當(dāng)
由于橋臺(tái)路段水泥混凝土路面與瀝青路面的銜接接縫處理不當(dāng)，在車輛及雨水的共同作用下產(chǎn)生沉降。
1.5不合理的工程施工工藝造成的沉降
不合理的工程施工工藝，也可造成基礎(chǔ)沉降，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
?。?）、施工工序不符合要求
若臺(tái)背填筑速度過快，沉降也較快，對臺(tái)背擋土墻等構(gòu)造物的擠壓相對較大。若前臺(tái)護(hù)坡或擋墻砌筑不及時(shí)，則可能引起土體的滑移，影響壓實(shí)機(jī)械作業(yè)效果。嚴(yán)重時(shí)還會(huì)危害橋梁基礎(chǔ)。
（2）、壓實(shí)度不滿足要求
臺(tái)背填土?xí)r，施工面窄而工期要求又較緊，靠近橋面部分的填土平面形狀不規(guī)則，如缺乏適當(dāng)?shù)膲簩?shí)機(jī)具，采用人工夯實(shí)，則密實(shí)度難以達(dá)到要求；即使有壓實(shí)機(jī)械，由于受地形、便道、作業(yè)面及機(jī)械的限制，橋頭填土壓實(shí)密度也很難達(dá)到規(guī)定要求。特別是臺(tái)強(qiáng)后側(cè)及翼墻內(nèi)側(cè)，達(dá)到規(guī)定要求更有一定的難度。
?。?）、施工管理不規(guī)范，對橋頭沉陷病害嚴(yán)重性認(rèn)識不足，未引起足夠的重視
在施工時(shí)，責(zé)任不落實(shí)，施工組織不科學(xué)，管理不規(guī)范。如沒有嚴(yán)格要求按三分法施工，沒有嚴(yán)格把好填料質(zhì)量關(guān)，以及沒有嚴(yán)格按操作規(guī)程及選擇合適的氣候條件進(jìn)行施工作業(yè)等。
2、橋頭跳車病害的控制措施
2.1從設(shè)計(jì)角度來減少差異沉降或緩和抑制其錯(cuò)臺(tái)
可考慮選作水平推力、垂直沉降不同的橋臺(tái)，能夠減少路橋二者相對沉降量。也可在連續(xù)處增設(shè)變厚式水泥混凝土埋板，是連續(xù)處剛?cè)釋哟卧谒?、垂直方向有一個(gè)均勻緩沖的變化，減小錯(cuò)臺(tái)幅度，車輛通過不至于突然跳車，但是，板的下臥層不宜用一般路基土來做，這容易形成板端的二次沉降錯(cuò)臺(tái)，最后用高強(qiáng)、穩(wěn)定性好的填料或基層材料作其下臥層。
對于涵洞處，可先一次填土碾壓做成路基，經(jīng)過一定沉降期，然后開挖做涵洞，也可采用擴(kuò)大基礎(chǔ)的箱涵來減小沉降量。
2.2采用優(yōu)質(zhì)回填料
施工規(guī)范中提出的不能用于填筑路基的土最好嚴(yán)禁采用，盡量采用輕質(zhì)的、塑性較小的土，最合適的土是砂類土，滲水性土，特別是砂礫土，易于壓實(shí)，又有足夠的穩(wěn)定性，排水性、抗滑性，遇水不致過分變軟，壓實(shí)后的土干密度大，塑性變形小，填筑路堤沉陷量相對小得多，甚至幾乎無沉陷。當(dāng)然礫石土也具有類似的特點(diǎn)，但其在狹窄的工作面上，不能采用大型碾壓機(jī)具，壓實(shí)很困難，然而一旦壓實(shí)，特別是級配集料，具有很好的密實(shí)度、水穩(wěn)定性和高的強(qiáng)度。從經(jīng)濟(jì)和工程質(zhì)量考慮，能夠采用上述材料做臺(tái)背回填料最好。
2.3對品質(zhì)差的填料土進(jìn)行改良
當(dāng)因某些因素，如缺少合適的填料，遠(yuǎn)運(yùn)砂類土、滲水性土不經(jīng)濟(jì)、不可能時(shí)，可采用石灰、水泥、工業(yè)廢渣等無機(jī)結(jié)合料來穩(wěn)定土。摻加石灰、水泥等無機(jī)結(jié)合料來穩(wěn)定透水性差的土，土經(jīng)過改良后具有一定的板體性，降低了最佳含水量值，增加了其強(qiáng)度，改善了其物理力學(xué)性能。當(dāng)然采用無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定的粗、中粒土，即用路面基層材料來做臺(tái)背回填料效果會(huì)更好，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，當(dāng)回填量很大時(shí)，投資會(huì)增大，但相比后期頻繁維修，加大養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，用此方法比較經(jīng)濟(jì)。
2.4重視施工工序和工藝
路基和橋梁施工規(guī)范對臺(tái)背回填土有明確的規(guī)定，只要按照規(guī)范的要求施工，采用合適的施工工序，有效地防治薄弱帶出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)物和臺(tái)背路基同部施工，可減少臺(tái)斷裂及錐坡、防護(hù)工程的破壞。哈雙高速公路的許多經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，可以把壓實(shí)度要求值提高3個(gè)百分點(diǎn)，更利于抵抗路基沉降。另外，路基和路面施工一般應(yīng)跨越一個(gè)冬季，抓好中間這段時(shí)間可以對路基采用超載預(yù)壓，加快土基固結(jié)，施工后沉降量大為減小，當(dāng)然我們不能忽視對軟土、過濕土等不良地基采取合適的方式進(jìn)行處理，保證其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。
2.5嚴(yán)格進(jìn)行質(zhì)量管理控制，確保工程質(zhì)量
嚴(yán)格進(jìn)行質(zhì)量管理控制，是確保橋頭不產(chǎn)生跳車病害的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對建設(shè)單位來講，在與施工單位簽訂合同時(shí)，必須明確職責(zé)，在施工結(jié)束通車兩年內(nèi)不出現(xiàn)橋頭下沉和跳車現(xiàn)象，否則由施工單位負(fù)責(zé)維修。
對設(shè)計(jì)單位來講，要求必須抓好設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量管理控制。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)資料齊全與否，精度高低、可靠性程度是保證工程質(zhì)量的基礎(chǔ)，必須確保為工程提供盡可能詳盡準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提出處理橋頭跳車可靠地技術(shù)方案，避免工程質(zhì)量的先天不足。
3、結(jié)論
以上分析了高等級公路橋頭跳車病害產(chǎn)生的各種可能因素，并結(jié)合一些施工現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)闡述了對橋頭跳車病害的控制措施。希望可以幫助工程技術(shù)人員在了解橋頭跳車病害的成因下，采取一些預(yù)防跳車的措施，來有效的控制跳車產(chǎn)生。實(shí)踐證明，在采用優(yōu)質(zhì)回填料、對品質(zhì)差的填料土進(jìn)行改良、重視施工工序和工藝、嚴(yán)格進(jìn)行質(zhì)量管理控制，確保工程質(zhì)量
等方面采取有效的技術(shù)措施，相信高等級公路橋頭跳車病害這一技術(shù)難題將會(huì)得以更好地改善。
