橋頭跳車機(jī)理分析和防治措施

張艷妮

（鎮(zhèn)江市航道管理站 鎮(zhèn)江市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院 江蘇 鎮(zhèn)江 212005）

橋頭跳車機(jī)理分析和防治措施

張艷妮

（鎮(zhèn)江市航道管理站 鎮(zhèn)江市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院 江蘇 鎮(zhèn)江 212005）

“橋頭跳車”是指橋梁、涵洞等構(gòu)造物本身及臺背由于行車荷載和自重的作用而繼續(xù)沉降，通常構(gòu)造物沉降與臺背沉降不一致即產(chǎn)生不均勻沉降，致使臺背與構(gòu)造物連接處的路面出現(xiàn)臺階，從而導(dǎo)致高速行駛的車輛通過臺背回填處產(chǎn)生顛簸跳躍的現(xiàn)象。橋頭跳車是目前公路建設(shè)中常見的通病之一，嚴(yán)重影響了行車舒適性，降低了車輛的行駛速度和道路的通行能力，是道路交通安全的重要隱患之一，損害了高等級公路建設(shè)的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。本文在分析橋頭跳車機(jī)理與成因的基礎(chǔ)上，提出一些降低橋頭跳車發(fā)生的措施，僅供大家參考。

橋頭跳車；機(jī)理；成因；措施

1 引言

道路與橋涵端部接連處的過渡段普遍存在于公路橋梁中，過渡段不僅擁有普通路堤的全部特性，另有其自身一定的特異性。由于橋涵與道路兩者之間的強(qiáng)度、剛度、沉降變形等均相差很大，這勢必會引起過渡段的不平順。過渡段的不平順會導(dǎo)致車輛通行時發(fā)生橋頭跳車現(xiàn)象。橋頭跳車現(xiàn)象嚴(yán)重影響了公路的使用功能，對行車的安全性、舒適性及道路車輛的經(jīng)濟(jì)性帶來了巨大的危害，其產(chǎn)生的危害主要表現(xiàn)為以下幾個方面：（1）對行車的舒適度和安全性造成影響。車輛在行駛過路橋過渡段時，此處沉降差異造成的臺階會導(dǎo)致車輛產(chǎn)生跳躍和沖擊的現(xiàn)象，車輛跳離橋面，處于失重狀態(tài)，下落時會產(chǎn)生很大的沖擊荷載，而沖擊荷載作為一種動載，它的力學(xué)效應(yīng)一般是靜載的幾倍以上，跳車現(xiàn)象使車內(nèi)人體感覺到顛簸搖晃，影響駕駛?cè)藛T和乘車人員的舒適性，更是對駕駛?cè)藛T產(chǎn)生相當(dāng)不利的心理影響，影響駕駛?cè)藛T對車輛的正常操作和控制，影響行車的安全性，嚴(yán)重時導(dǎo)致車輛失控，引發(fā)事故。（2）對車輛造成傷害，增加運(yùn)營成本和維修保養(yǎng)費(fèi)用。駕駛?cè)藛T為了減輕跳車產(chǎn)生的巨大跳動和顛簸，通常會在跳車發(fā)生處進(jìn)行減速行駛，但是顛簸和減速都會對車輛造成不同程度的損壞并加速輪胎的磨損。（3）對公路造成損害，縮短公路的使用年限，增加維修和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。車輛通過路橋過渡段的臺階時，車輛發(fā)生跳動跳離橋面，落下時對橋面產(chǎn)生反向作用力——附加沖擊荷載，這種沖擊荷載會加速路面的損壞、路堤的工后沉降、橋頭搭板的變形斷裂、支座及橋頭伸縮縫的破損，降低道路的通行能力，是公路交通安全的重大隱患之一。因此，研究橋頭跳車機(jī)理，提出有效措施，對交通安全具有重要意義。

2 橋頭跳車產(chǎn)生機(jī)理分析

2.1 橋頭跳車?yán)碚摲治?/p>

當(dāng)橋頭路基與橋臺出現(xiàn)工后沉降差時，就會在路橋連接處形成“錯臺”或在一定距離內(nèi)形成一個相對于竣工通車時路線縱坡(設(shè)計(jì)縱坡)的附加坡度(設(shè)置橋頭搭板，Δi：S／L，圖1)。由于“錯臺” 或附加坡度Δi的存在，高速行駛的汽車在橋頭的運(yùn)動軌跡將會“脫離” 橋面或路面，這個“脫離” 的過程也是跳車的過程。

圖1 橋頭跳車示意圖

2.2 橋頭跳車產(chǎn)生的原因分析

橋頭路堤跳車產(chǎn)生的直接原因是剛性橋臺與柔性路堤在行車荷載的反復(fù)作用，因剛度的較大差異引起的差異沉降導(dǎo)致的。造成跳車的原因很多，主要包括設(shè)計(jì)、施工、材料等問題。

2.2.1 設(shè)計(jì)原因分析

主要是設(shè)計(jì)上沒有因地制宜的采取有效措施，設(shè)計(jì)相對簡單。對特殊路基處理設(shè)計(jì)方面考慮不周，導(dǎo)致施工過程對橋頭路堤及錐坡范圍內(nèi)的地基穩(wěn)定性的處理不能滿足地基穩(wěn)定性的要求，錐坡填挖交界處的處理設(shè)計(jì)過于簡單；臺后和構(gòu)造物兩側(cè)的填料選用不當(dāng)；碾壓方式控制相對簡單。

2.2.2 施工原因分析

施工組織不合理，造成橋頭路堤兩側(cè)的碾壓作業(yè)面過小，又沒有采用特殊的手段來保證壓實(shí)充分，以致壓實(shí)度差異較大引起差異沉降；工序安排不合理，橋頭兩側(cè)的路堤最后壓實(shí)，造成與先填筑部分沉降速度不一致，導(dǎo)致差異沉降；施工過程中，對橋頭構(gòu)造物兩側(cè)的填料壓實(shí)控制不嚴(yán)，主要是含水率和壓實(shí)度控制不嚴(yán)，達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求；路面兩側(cè)排水沒有充分重視，防護(hù)工程不完善，引起路基土受到?jīng)_刷，降低了路基的強(qiáng)度；路面滲水侵入路基，使路基土干濕狀態(tài)發(fā)生變化，進(jìn)而引起強(qiáng)度變化；對特殊地基認(rèn)識不足，沒有按設(shè)計(jì)和施工規(guī)范要求進(jìn)行處理。

2.2.3 材料的力學(xué)性質(zhì)原因分析

從材料變形力學(xué)角度出發(fā),用對比法區(qū)分主要和次要因素引起橋頭跳車的原因。

（1）橋梁所用建筑材料為彈性材料(可視為剛體), 雖然在荷載作用下會發(fā)生變形, 但其變形量很小； 橋梁基礎(chǔ)埋入地下, 在自重及荷載作用下會發(fā)生沉降, 正常情況下其沉降量很小, 可忽略不計(jì)。

（2）路面所用建筑材料同樣為彈性材料, 基層為半剛性材料.雖然在荷載作用下會發(fā)生變形, 但其變形量很小, 僅在理論上值得解析, 工程中可忽略不計(jì)。

（3）路基填筑材料為彈塑性材料, 在荷載作用下會發(fā)生變形, 而且變形量較大；其基礎(chǔ)建在地面上, 在自重及荷載作用下易發(fā)生沉降, 而且沉降量較大, 應(yīng)是產(chǎn)生橋頭跳車的主要原因之一。

（4）路堤依靠地面承載力支承, 地面雖經(jīng)填前碾壓但其畢竟為天然基礎(chǔ), 沉降明顯；另外, 路堤本身在荷載作用下產(chǎn)生塑性變形；水浸后粒料內(nèi)部顆粒之間產(chǎn)生縱向位移, 是產(chǎn)生橋頭跳車的另一主要原因,必須認(rèn)真解析。

從上述材料的力學(xué)性質(zhì)分析可以看出，彈性體基本上不發(fā)生變形及沉降, 塑性體發(fā)生變形及沉降；而彈性體與塑性體恰恰在橋頭處相接, 中間無過渡體。因此,在同一橫斷面處(即橋頭), 由于彈性體與塑性體直接相接, 沉降量產(chǎn)生變異, 引起路面標(biāo)高突變, 造成行車時車輛跳躍, 即橋頭跳車, 影響行車安全與舒適。

3 橋頭跳車定量計(jì)算

3.1 橋臺和路基變形量的定量分析

（1）橋臺大多為水泥砼結(jié)構(gòu)和砌石結(jié)構(gòu), 在荷載作用下產(chǎn)生彈性變形, 殘余變形近乎為零。即∶ 橋

（2）路基填筑材料主要為天然材料, 如粘土、碎石土、風(fēng)化砂礫等。在荷載作用下產(chǎn)生塑性變形, 存在殘余變形。另外, 路基頂面有水滲透人路基體內(nèi)部, 路基底面有毛細(xì)水上升到路基體內(nèi)部；在水分的綜合作用下, 材料內(nèi)部顆粒之間發(fā)生重新組合, 產(chǎn)生縱向位移, 使局部密實(shí)度減弱, 形成不均勻沉降, 在荷載作用下加快塑性變形, 即∶ 路

式中：k-常數(shù)；n- 累積時間；t-時間；n1-固結(jié)時間內(nèi)累積荷載；t1-固結(jié)時間。

路基和橋臺在橋頭截面處的變形差值為∶

3.2 橋梁基礎(chǔ)和引道地基沉陳量的定量分析

（1）橋梁基礎(chǔ)大部分為鉆孔灌注樁, 一般為摩擦樁, 主要依靠摩擦力支承基礎(chǔ)頂部荷載, 其沉降量很小, 即使是擴(kuò)大基礎(chǔ)或其它型式的淺基礎(chǔ), 靠地基承載力支承, 其沉降量也很小, 即∶ 橋ΔH2≈0。

（2）路提依靠地面承載力支承，地面雖然經(jīng)過填前碾壓，但其畢竟為天然基礎(chǔ), 沉降明顯。即∶ 路。這一殘余變形是隨荷載和時間而變化的函數(shù)∶

式中：k-常數(shù)；n- 累積時間；t-時間；n2-固結(jié)時間內(nèi)累積荷載；t2-固結(jié)時間。

在地面標(biāo)高位置橋臺和土地基在橋頭截面處沉降變形的差值∶

綜上所述, 橋臺豎向位移和引道豎向位移的為∶

這些豎向位移的差值H 是隨荷載和時間而變化的函數(shù)∶

正是因?yàn)檫@些位移差值H 的存在, 使路橋相接之處同一橫斷面出現(xiàn)高差, 引起標(biāo)高突變, 造成行車時車輛跳躍, 移差值H是隨荷載和時間變化的。

4 橋頭跳車的解決措施

4.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)理論

橋的設(shè)計(jì)著重在結(jié)構(gòu)、地基承載力和穩(wěn)定性上進(jìn)行計(jì)算, 對總體沉降只作規(guī)定,跨徑小于100m 不進(jìn)行驗(yàn)算; 而路面設(shè)計(jì)則是以整體彎沉和彎拉應(yīng)力作為控制指標(biāo), 路基設(shè)計(jì)又是壓實(shí)度和高度來控制豎向變形。從抗變形能力即彈性模量看, 不論是輕型橋臺還是重力式橋臺, 其彈性模量值是臺后填土(或石渣、摻灰等) 彈性模量值千倍左右, 因此兩者在沉降方面產(chǎn)生了明顯差異, 同時在路橋連接處沒有專門的設(shè)計(jì)要求, 而是路橋分別按各自的指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì), 沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn), 加之在結(jié)構(gòu)上又沒有進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì), 所以從設(shè)計(jì)上分析, 路橋連接處沒有共同的設(shè)計(jì)參數(shù)控制, 是間斷不連續(xù)的。由此可見，設(shè)計(jì)上參數(shù)的不銜接是導(dǎo)致橋路的不等值沉降。因此, 特殊設(shè)計(jì)應(yīng)以沉降理論為基點(diǎn), 計(jì)算出橋路沉降值差, 根據(jù)差值作相應(yīng)的結(jié)構(gòu)處理措施, 使其差值盡量小或趨于零。根據(jù)土質(zhì)土力學(xué)理論, 將臺背后的沉降區(qū)作為一個單元, 視為均質(zhì)體, 側(cè)向不膨脹。依據(jù)規(guī)范、規(guī)程、規(guī)定分別計(jì)算出橋臺及路基地基的沉降量, 取其大者比較, 根據(jù)差值提出路面結(jié)構(gòu)型式、路基填料及路基路面的控制指標(biāo)和地基處理方案, 最后驗(yàn)算調(diào)整使路橋沉降值相等或接近,進(jìn)而從設(shè)計(jì)理論上解決了跳車的內(nèi)在因素。

4.2 設(shè)置橋頭搭板

橋涵與橋頭引道是兩個剛度差異很大的結(jié)構(gòu)物，橋涵是剛性結(jié)構(gòu)物，而橋頭引道是柔性結(jié)構(gòu)物。正是由于這種剛度上的不同導(dǎo)致了差異沉降。橋頭搭板的作用便是采用一端支承在橋臺背墻的牛腿上，而另一端擱置于路堤上并與路堤一起沉降來平順過渡橋頭引道的沉降凹槽，以此來消除橋頭沉降的突變，使坡度得到一定緩和，從而保證行車順暢（見圖2、圖3）。橋頭搭板作為一種特殊的過渡結(jié)構(gòu)來保證橋頭結(jié)合部位的沉降過渡和剛度過渡。即沉降結(jié)束后，搭板仍是從柔性路堤向剛性橋臺的一種過渡結(jié)構(gòu)，故應(yīng)滿足強(qiáng)度和剛度的要求。

圖 2未設(shè)置橋頭搭板

圖3 設(shè)置橋頭搭板

其實(shí)也就是設(shè)置一種特殊的梯形搭板，并在其上鋪設(shè)柔性路面材料，從而實(shí)現(xiàn)路面結(jié)構(gòu)的剛度變化，以達(dá)到順坡的目的。

4.3 采用過渡性路面

對于已經(jīng)發(fā)生而且還可能繼續(xù)發(fā)生大量沉降的臺背填土，還可以采用設(shè)置過渡性路面，過渡性路面可采用預(yù)制水泥混凝土六棱塊、條石鋪砌、半剛性過渡層或?yàn)r青過渡層等類型。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，它的最大優(yōu)點(diǎn)是翻修處理速度快，缺點(diǎn)是不易鋪砌平整，行車仍有抖動感覺，且其砌縫應(yīng)采用防水材料，以防滲入雨水損害路基。綜合比較，最簡便而有效方法是瀝青過渡層類型，其優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)出現(xiàn)較大沉降時，可及時補(bǔ)充鋪設(shè)一層瀝青混凝土或?yàn)r青砂，便能確保行車暢順，有效避免跳車現(xiàn)象。

4.4 設(shè)置縱向反坡

所謂的縱向反坡就是在可能產(chǎn)生沉降的范圍內(nèi)，根據(jù)沉降的經(jīng)驗(yàn)值設(shè)置一定的縱向路面超高，以抵消在運(yùn)營過程中的路基沉降，從而達(dá)到消除橋頭跳車的目的，通常有設(shè)置搭板和不設(shè)搭板兩種。

4.5 嚴(yán)格控制施工質(zhì)量

嚴(yán)格施工, 加強(qiáng)手段來防止橋頭跳車設(shè)計(jì)方案確定以后, 施工是關(guān)鍵, 尤其在橋頭等薄弱部位, 加強(qiáng)施工手段, 嚴(yán)格按操作規(guī)程辦, 引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備更為重要。首先要在橋頭處原地面進(jìn)行處理, 若遇下濕、軟土、沼澤等不良地質(zhì)段, 要按特殊地質(zhì)采用砂井、板樁、灌漿等辦法處理, 以使地基達(dá)到足夠的強(qiáng)度和密度; 其次是路基填土或填料, 根據(jù)壓實(shí)設(shè)備的性能, 嚴(yán)格控制填土的層厚和分層壓實(shí)的標(biāo)準(zhǔn),碾壓遍數(shù)和密實(shí)度要求要提高; 另外在靠近橋臺一定范圍的死角處, 要采用夯板或汽錘等先進(jìn)壓實(shí)工具使其密實(shí)度達(dá)到98%。在填筑臺背的材料上盡量選用砂礫、石渣或灰土穩(wěn)定類材料, 橋頭的防護(hù)盡量完善, 防護(hù)的施工決不能馬糊, 一定要認(rèn)真細(xì)致, 確保質(zhì)量。因此, 嚴(yán)格施工, 加強(qiáng)手段也是防止橋頭跳車的關(guān)鍵。

4.6 綜合處治措施

路面、路基、地基是道路的重要組成部分，它們之間相互作用、相互影響，是一個密不可分的整體。地基是道路的基礎(chǔ)，起著承受上部荷載和保持其穩(wěn)定性的主體，一旦出現(xiàn)問題必然引起上部結(jié)構(gòu)破壞；路堤不但傳遞上部荷載，對其上下的結(jié)構(gòu)也有很大的影響，如路堤的不均勻沉降即會引起上部結(jié)構(gòu)的凹陷，還會引起地基局部受力過大；同樣路面破壞后，雨水入滲也可能造成路基的破壞。因此在對橋頭進(jìn)行處治時，往往是對破壞段路基、路面同時進(jìn)行綜合處治，而且在處治過程中往往是多種方法相結(jié)合。如先處治地基，再架設(shè)橋頭搭板、設(shè)置過渡段來減輕病害的發(fā)生。

5 結(jié)束語

總之, 橋頭跳車是一個比較普遍存在的突出問題, 關(guān)系到設(shè)計(jì)、施工、材料質(zhì)量等綜合問題, 只有綜合共同配合并且針對不同原因,采取行之有效的處理措施,就能減輕橋頭跳車現(xiàn)象,改善行車條件。

[1]公路橋涵設(shè)計(jì)手冊.《橋梁附屬構(gòu)造與支座》人民交通出版社.

[2]公路橋涵施工手冊. 人民交通出版社.

[3]謝永利. 路橋過渡段路基作用機(jī)理與處治對策. 公路交通科技，2015.

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1007-6344（2017）01-0231-02