淺談公路橋涵臺背跳車的原因及處理措施

宋安紅

橋涵臺背跳車是公路橋涵與臺背回填處由于差異沉降而使路面出現顯著的縱坡變化(統稱臺階),從而導致車輛通過時產生跳躍的現象。隨著國家經濟發展,我國公路建設得到了突飛猛進的發展,但從使用情況上看,出現了橋涵臺背跳車這個較為普遍的問題,尤其在一些軟土地基地段更為嚴重,這不僅給公路養護部門帶來了很大困難,降低路面和橋涵的使用壽命,增加后期養護難度和費用,而且制約道路的通行能力和服務水平,嚴重危及生命財產安全。

1 橋涵臺背跳車原因分析

橋涵臺背跳車產生的根本原因是構造物與接線路堤的沉降差。沉降差的產生及形成是多方面的,包括地基地面條件、填料、施工材料以及設計、施工等諸多方面的原因。

1)地基沉陷。由于橋涵通常位于溝壑地段,地下水位較高,且多屬于軟弱基礎,在路基營運荷載的作用下,使地基產生壓縮變形,形成地基沉陷。特別是由于軟弱地基一般都具有天然含水率高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低、滲透系數小的特點,地基沉降更為嚴重,并且需要相當長的時間才能趨于穩定。同時,由于高等級公路多為全封閉、全立交,為了滿足被交公路、航道等凈空的要求,橋臺后的路基高度一般都較高。因此,產生的地基應力相對較大,更容易引起地基沉降,從而導致橋臺后的路基隨地基在一定時間內逐漸下沉。2)臺背填料壓縮沉降。臺背填料一般為砂類土或透水性材料,這些材料孔隙率大,所含的水分多,加上施工時受施工作業方面影響,壓實機具不能過分靠近接觸臺背,不能將填料顆粒間孔隙完全消除,在車輛荷載和自身重力作用下,孔隙率逐漸降低,臺后填料在一定期限內產生壓縮變形、壓縮沉降,造成跳車。在工程實踐中,就是施工時工序符合要求,壓實度達到要求,但臺背填土較高,隨著時間推移,也會產生不可避免的沉降。3)施工不合理。個別承包商對橋頭填筑的重要性認識不夠,在工期及經濟利益的促使下,沒有嚴格按施工規程作業,施工方法不當,臺背填土速度過快,對地基造成擾動和破壞,沒有充分的時間固結,用料沒有把好質量關,排水措施沒有做好,壓實度沒有達到要求。這些人為因素使臺背回填不穩定,工后沉降大,且不均勻,是造成跳車現象的主要原因之一。4)剛性與柔性的突變。橋涵臺與臺背路面在結構上存在著差異。從路面結構組合可以看出,它們是兩個不同性質路面體系,一側是鋪設在橋涵臺背墻頂面柔性面層與剛性橋臺組成雙層路面體系,另一側為柔性或半剛性多層路面體系,在車輛荷載作用下,墊層、基層密實度迅速增加,結構層壓縮,而橋涵臺由于巨大建筑作用,加上基礎處理較好,一般認為沉降已經完成,相對于路基而言,沉降可視為零,而鋪裝層壓縮也不大。這樣,兩側抗變形能力不同,相對沉降就不可避免的出現,使路面結構破壞,造成跳車。5)設計不周。設計人員有時對施工過程如何便于碾壓考慮不周,對于填料的要求不嚴格,臺背排水考慮欠佳。橋涵結構物兩端的路堤由于過水、跨線或通道的要求,一般填土都較高,低的3 m左右,高的可達10 m或更高,除了過水的橋涵兩側路堤往往受水浸淹,地基條件也較差,設計上對路基斷面結構和邊坡防護上有所考慮外,其他多數情況對高路基設計上并無特別的要求,如壓實度等指標與一般路堤無異。但由于路堤較高,在填筑以后受到自重和行車荷載的作用,路堤填土必然要產生豎向變形值。

2 橋涵臺背跳車病害防治措施

橋涵臺背跳車產生的原因是構造物與兩端接線路堤的沉降差。目前要完全消除沉降差難以做到,因此應從設計、施工、管養等多方面采取綜合治理措施減少其沉降差。

1)橋涵臺背地基加固處理。為消除橋臺和臺后填方段的差異沉降變形,需對地基進行加固,對一般地基可采用加固土(水泥土、石灰土等)的方法進行加固;對軟弱地基處理,現在國內有換填法、超載預壓、塑料排水板、粉噴樁復合地基等常用方法。就目前情況看,水泥粉噴樁復合地基加固軟土效果明顯,施工工期短,但費用高;超載預壓一般可利用施工荷載作為軟基預壓荷載,但施工工期較長,剩余沉降量也大;塑料排水板法加固效果好,工期較短,施工簡單,經驗較為成熟,是目前處理軟基較為常用的方法。我們要根據當地實際情況,采用適用于各自特點的特殊地基處理方法,以改善地基、提高承載力、減少工后沉降。

2)對接頭處路面進行處理。考慮橋臺與臺背路面在結構、材料、剛柔、脹縮等方面存在的差異,因此,如何消除和減少結構突變影響,使其在縱、橫向都能平順逐漸過渡,使兩個對接性質不同路面體系在抗垂直形變上能平順過渡,是解決問題的關鍵。對連接瀝青路面,則在橋涵臺處增設變厚式水泥混凝土埋板,對連接水泥混凝土路面,則將連接處路面板改為變厚式。在搭板、埋板或變厚式板下,為保證連接部位的剛柔層次在水平和垂直方向均漸次變化,宜采用強度及回彈模量均高于土基的路面材料,以提高該部位的整體受荷和抗沖能力,利于減少錨臺幅度,調整不均勻沉降。

3)臺背填料的選擇。設計及施工中,臺背填料應在現場擇優選用。采用粗顆粒材料填筑橋涵兩端路堤,不僅改善了壓實性能,使其易達到要求的壓實度,而且對北方地區特別有利于減緩凍融的危害。國外臺后填方采用輕質填料,其目的也是減輕填方土體對地基的壓力,提高地基的承載力和抗變形能力。在挖方地段的臺背回填部位,因場地窄小,應選用當地的石渣、砂礫等優質填料(在濕陷性黃土地區宜用水泥、白灰穩定土),填料的施工厚度,以壓實后小于20 cm為宜。

4)妥善處理好接縫。參考柔性路面與剛性路面接縫處理方法,合理地使體系逐漸過渡,避免出現結構突變點。橋梁與水泥混凝土路面間接縫,如處理不好,容易造成錯臺。橋梁與瀝青路面間接縫,往往由于該處瀝青路面難以碾壓密實而沉陷和出現壅包。

5)嚴格控制施工方法及工藝。合理安排好施工計劃,施工時符合規定,是有效減少橋涵臺背跳車的關鍵,施工過程中盡可能擴大施工場地,以便充分發揮一般大型填方壓實機械的使用,認真施工,給予充分壓實。當場地受限制時,可采用橫向碾壓法,不能靠近臺背時,可采用小型壓路機配合人工夯實進行碾壓,控制好填料質量,盡量采用輕型材料,滲水性好的填料。厚度控制在15 cm～20 cm之間,控制好碾壓遍數,并對每層填筑質量實施檢測,特別是控制好壓實度,最終使壓實滿足設計要求。

6)設置完善排水設施。排水設施對填方的穩定極為重要,特別是靠近結構背后的填料,在施工中及施工后易積水下沉,因此設計及施工時,應保證施工中的排水坡度,設置必要的地下排水設施。另外也可以在橋臺與填方段結合處及過渡段的路面下設置墊層,防止路面下滲水進入填方體。對中間為砂礫石填料、兩側為土類填料的填方體與加固地基的連接處,做30 m～50 m縱向集水管和每5 m～10 m的橫向排水管,以排泄填方體與加固地基之間的下滲水。

3 結語

橋涵臺背跳車問題討論已有很多見解,雖然不能從根本上解決問題,但個人認為應從設計、施工和管護等方面,針對不同原因,提出方案,采取綜合有效的治理措施,這樣才能有效地減免橋涵臺背跳車病害產生,有效地改善行車條件,促進經濟發展。

[1]方福森.路面工程[M].北京：人民交通出版社,1990.

[2]王 玉.公路工程質量通病防治指南[M].北京：人民交通出版社,2007.