市政道路橋頭跳車成因及防治措施探討思路構(gòu)架實踐

文／徐學(xué)蓮 大連市市政設(shè)計研究院有限責(zé)任公司杭州分公司 浙江杭州 310000

引言：

橋頭跳車是市政道路橋梁工程中比較常見的病害問題，車輛在橋頭部分發(fā)生跳躍，不僅會影響行車安全以及行車的舒適性，而且還會對道路橋梁工程結(jié)構(gòu)造成一定的破壞，影響市政道路橋梁工程的使用壽命。不均勻沉降是導(dǎo)致市政道路產(chǎn)生橋頭跳車問題的主要原因之一，同時道路橋梁的結(jié)構(gòu)剛度改變以及市政道路橋梁工程設(shè)計施工中的缺陷問題也都是引發(fā)橋頭跳車的重要因素。因此應(yīng)高度重視橋頭跳車的危害性，并對橋頭跳車的成因及機理進行全面的分析。在此基礎(chǔ)上應(yīng)綜合考慮路面行車荷載以及橋頭沉降等要素合理選擇橋頭跳車的防治措施，以保證市政道路橋梁工程的質(zhì)量安全。

1、市政道路橋頭跳車病害的成因及機理分析

1.1 市政道路橋頭跳車的危害

（1）行車速度下降

當(dāng)市政道路橋梁工程出現(xiàn)橋頭跳車病害時，車輛會在橋頭搭板部分的縱坡轉(zhuǎn)折部分發(fā)生較為劇烈的跳動沖擊，此時車輛駕駛?cè)藛T必須采取減速剎車措施以降低行車驅(qū)動的正常傳遞能力，這不僅會使得車輛有明顯的跳動顛簸，而且行車速度明顯降低。

（2）對行車安全構(gòu)成威脅

一旦在市政道路橋梁工程的橋臺處發(fā)生跳車現(xiàn)象時，車輛會受到明顯的沖擊而發(fā)生顛簸，這會對車輛駕駛?cè)藛T的操作產(chǎn)生較大的影響，嚴重威脅行車安全，甚至引發(fā)嚴重的交通安全事故，造成人員傷亡和經(jīng)濟財產(chǎn)損失。

（3）養(yǎng)護成本增加

當(dāng)市政道路橋梁工程的橋頭部分頻繁發(fā)生跳車現(xiàn)象時，過渡段路面在車輛振動以及沖擊荷載的作用下會受到破壞，甚至導(dǎo)致橋梁支座以及伸縮縫受損，不僅嚴重影響了市政道路橋梁工程的使用壽命，而且對養(yǎng)護工作提出了較高的要求，養(yǎng)護部門不得不加大養(yǎng)護力度，投入更多的人財物資源，客觀上增加了養(yǎng)護成本，進而可能會引發(fā)一些社會性問題的出現(xiàn)。

（4）車輛運營成本增加

當(dāng)車輛在市政道路橋梁工程的橋頭部分發(fā)生跳車現(xiàn)象時，往往需要通過頻繁減速來達到減輕顛簸程度的目的。而車輛的顛簸以及減速行駛都會增加車輛輪胎以及相關(guān)部件的損耗，從而加大了車輛的保養(yǎng)維護成本。此外車輛的頻繁減速還會對燃油造成浪費，并使汽車尾氣排放量增加。在發(fā)生橋頭跳車后，通常車輛行駛速度下降，客觀上了也造成行車時間增加，也導(dǎo)致車輛運營成本提高。

（5）市政道路資源無法充分利用

當(dāng)市政道路橋梁工程出現(xiàn)橋頭跳車病害后，車輛在橋頭段的行駛速度減慢，嚴重影響了該路段的通行效率，造成城市道路交通資源利用率下降。同時，為了對橋頭跳車問題進行處理，還需要采取道路封閉管理以及維修措施，往往會引起城市交通擁堵等情況，而且還會加大城市管理難度，不利于城市經(jīng)濟的發(fā)展以及城市居民的正常交通，進而產(chǎn)生一系列的社會以及經(jīng)濟問題。

1.2 市政道路橋頭跳車的成因

（1）市政道路橋臺與路堤的沉降差

導(dǎo)致市政道路橋梁工程發(fā)生橋頭跳車問題的原因較為復(fù)雜，其中過渡段路堤與橋臺的沉降不一致是重要的影響因素之一。在市政道路橋梁工程的施工過程中橋臺就能夠在自重作用下實現(xiàn)沉降穩(wěn)定，其在后續(xù)運營使用中的沉降極為有限。然而路堤工程受填土性質(zhì)以及壓實施工條件等因素的限制，往往在工程竣工通車后還會產(chǎn)生一定的沉降，而橋臺與路堤之間的沉降差就成為了導(dǎo)致橋臺跳車問題產(chǎn)生的一個主要原因。

（2）市政道路天然地基沉降

臺后路堤的天然地基通車能夠在其自身重力影響下完成正常固結(jié)。但是當(dāng)在天然地基上進行路堤的修筑施工后，路堤所產(chǎn)生的附加荷載也會作用于地基上，使地基成為了欠固結(jié)結(jié)構(gòu)并導(dǎo)致沉降變形的出現(xiàn)。特別是當(dāng)?shù)鼗馏w的承載性能相對較差時，其沉降更為明顯。當(dāng)?shù)鼗鶠榫哂休^大壓縮性的土質(zhì)時，由于其需要更長的固結(jié)時間，因此當(dāng)上部路基填土荷載作用于地基上時就會出現(xiàn)孔隙水壓力緩慢消散，且應(yīng)力擴散速度較慢的情況，使得臺后路堤在市政道路橋梁工程建成通車后還會繼續(xù)產(chǎn)生沉降。

而隨著城市化進程的推進，城市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度不斷加快，對市政道路橋梁工程的施工工期有較高的要求，這往往會造成地基壓實時間不足，進一步加劇了臺后地基的沉降。此外，如果在路基設(shè)計方案中所選擇的填料自重較大，且填筑標高設(shè)計不合理等也都會使地基產(chǎn)生明顯沉降，進而造成橋臺跳車問題的發(fā)生。

（3）市政道路積水無法及時排出

在市政道路橋梁工程的過渡段，路堤與橋頭之間往往會有連接縫隙存在。當(dāng)降雨下滲到縫隙內(nèi)后會對填料產(chǎn)生軟化侵蝕等影響。一旦填方壓實度未達到技術(shù)標準時，填料強度在軟化侵蝕作用下會進一步下降，并導(dǎo)致填方出現(xiàn)沉降變形現(xiàn)象。而且過渡段路面層和路基土在雨水的沖刷侵蝕下也會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)強度下降的問題，各結(jié)構(gòu)層以及路基土體內(nèi)的含水量加大，并導(dǎo)致地基的細粒土流失，同時綜合路面行車荷載等多種因素的共同作用，就會導(dǎo)致市政道路橋臺產(chǎn)生跳車病害。

（4）市政道路橋臺伸縮縫損壞

為調(diào)節(jié)市政道路橋梁工程中建筑材料物理力學(xué)性能，改善車輛荷載環(huán)境，在工程設(shè)計中通常需要在結(jié)構(gòu)連接處設(shè)計伸縮縫。一旦伸縮縫設(shè)置位置不合理，或者設(shè)計方案中所采用的材料、工藝存在缺陷，都會導(dǎo)致橋臺伸縮縫在運營過程中受損并在伸縮縫位置有臺階形成，進而造成橋臺跳車問題的出現(xiàn)。

1.3 市政道路橋頭跳車的機理分析

當(dāng)市政道路路面與橋頭部分連接類型不同時，跳車形式以及機理也存在一定的差異。目前在市政道路橋梁工程中，路面與橋頭連接部分的連接設(shè)計主要包括有搭板設(shè)置以及無搭板設(shè)置這兩種方式。

（1）有搭板設(shè)置

在有搭板設(shè)置時，行車線形在不均勻沉降的作用下一般表現(xiàn)為折線型，此時由于縱坡發(fā)生變化，在搭板兩端會形成突變式的縱坡轉(zhuǎn)折形式。而當(dāng)采用的無搭板設(shè)計時，橋頭和路段之間則會形成臺階式跳躍形式。在搭板路段的設(shè)計中，搭板長度一般與橋頭填土的設(shè)計標高密切相關(guān)，而在搭板兩端的路基發(fā)生不均勻沉降時，就會形成縱坡轉(zhuǎn)折形式。車輛在經(jīng)過橋頭的2個縱坡轉(zhuǎn)折時，其輪胎線形近似于反向豎曲線，且在該豎曲線上會有向心加速度以及向心力形成。一旦向心力超過車輛以及車輛內(nèi)人員的重力時，車輛就可能發(fā)生騰空飛躍線形，甚至可能會沖出行車道，發(fā)生翻車等嚴重的交通事故。當(dāng)向心力達到車輛重量的10%時，車輛醋魚臨界跳車狀態(tài)下，而當(dāng)向心力達到車輛重量的20%時，則車輛已處于極限狀態(tài)下，無法保證連續(xù)運行的安全性。

（2）無搭板設(shè)置

當(dāng)市政道路橋梁工程過渡段未采用搭板設(shè)計時，在橋頭會形成臺階或者陡坎，此時如形成速度較快，且臺階高度超過3.5m以上時，就會使車輛產(chǎn)生明顯的顛簸。特別是當(dāng)臺階高度達到5m以上，且車輛行駛速度達到80km/h以上時，車輛顛簸更加明顯，且會顯著降速，車輛駕駛?cè)藛T難以準確控制方向盤，存在較大的安全風(fēng)險隱患。

2、路橋過渡段行車荷載的計算

在市政道路橋頭跳車的防治中，設(shè)計人員可以根據(jù)路橋過渡段行車荷載的計算分析成果來選擇臺背路基的處理對策。目前在路橋過渡段行車荷載的計算中，主要是根據(jù)動荷系數(shù)、綜合系數(shù)以及標準軸載調(diào)節(jié)下的最大應(yīng)力值來計算荷載應(yīng)力。但該計算方法并不適用于橋頭存在沉降差時的計算要求。在市政道路橋梁工程的設(shè)計時間中，應(yīng)充分考慮動荷系數(shù)在理想條件下以及動能損失后的修正系數(shù)，對路橋過渡段動能進行計算。其中修正系數(shù)為無量綱量，其大小與過渡段的修筑材料以及沖擊點位置等因素密切相關(guān)。

3、不均勻沉降計算

在對過渡段不均勻沉降進行計算時應(yīng)分別計算地基沉降以及路堤填土沉降。在計算地基沉降時可以將地基劃分為多個薄層，并分別根據(jù)各層的平均自重應(yīng)力以及附加應(yīng)力進行計算分析，且應(yīng)結(jié)合各層孔隙比來計算其位移差值。當(dāng)各層位移差值相加后就可獲得地基整體沉降值。路堤填土沉降則可以根據(jù)填料沉降以及壓實度設(shè)計值等參數(shù)來計算。同時，在不均勻沉降計算中，還應(yīng)合理確定不均勻沉降的具體限制標準，為道路橋梁設(shè)計提供標準的參考依據(jù)。設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)不同的行車速度、沉降特征長度以及跳車極限豎曲線半徑等參數(shù)對臨界沉降值進行計算，臨界沉降值即為不均勻沉降限制標準值。計算時應(yīng)根據(jù)道路橋梁的不同等級標準、設(shè)計時速等科學(xué)確定行車速度取值，以確保臨界沉降值的計算結(jié)果客觀準確。

4、橋頭搭板結(jié)構(gòu)構(gòu)造及計算

在計算橋頭搭板結(jié)構(gòu)各項構(gòu)造參數(shù)時，設(shè)計人員應(yīng)首先構(gòu)建力學(xué)模型，并按照簡支板來進行計算分析。其中橋頭搭板長度應(yīng)根據(jù)搭板兩端沉降差以及縱坡變化值來計算。通常搭板長度應(yīng)達到6m以上。在計算確定橋頭搭板寬度時，應(yīng)綜合考慮行車道寬度等因素，一般應(yīng)為路緣石與行車道相加后的數(shù)值。橋頭搭板厚度應(yīng)根據(jù)跨徑以及彈性地基支撐范圍等參數(shù)來計算。由于搭板結(jié)構(gòu)呈雙向受力特征，因此應(yīng)將受力鋼筋設(shè)置在其橫縱方向上，并根據(jù)搭板的內(nèi)力受力情況確定配筋率。在斜交搭板設(shè)計中，由于斜度的大小直接關(guān)系到其內(nèi)力受力，因此其配筋率可按照以下原則來計算：

（1）當(dāng)其搭板斜度在45°以內(nèi)時，縱向配筋量應(yīng)與縱向彎矩相適應(yīng)，且橫縱向配筋量之比應(yīng)控制在1:2。

（2）而當(dāng)其搭板斜度在45°以內(nèi)時，橫縱向配筋量之比應(yīng)控制在1:1。

5、市政道路橋頭跳車病害的綜合防治技術(shù)

5.1 地基處治技術(shù)研究

在市政道路橋梁工程中，為了使橋梁能夠與橋頭臺背部分的路基銜接平順，往往會在設(shè)計方案中增加路基的高度，這使得路基荷載加大，客觀上導(dǎo)致地基更容易發(fā)生變形。因此設(shè)計人員應(yīng)充分了解過渡段地基條件，準備計算地基承載能力，并要對軟弱地基采取必要的加固處理措施，以改善地基的承載性能、剛度以及強度，從而達到防治橋梁跳車的目的。

現(xiàn)階段在市政道路橋梁工程設(shè)計中，比較常見的地基處理方法主要包括真空預(yù)壓技術(shù)、堆載預(yù)壓技術(shù)、深層攪拌樁技術(shù)、混凝土預(yù)應(yīng)力灌注技術(shù)以及CFG樁技術(shù)等。其中當(dāng)市政道路橋梁工程過渡段為淤泥質(zhì)地基時，設(shè)計人員可以選擇強夯技術(shù)、沙井技術(shù)。振沖技術(shù)、堆載預(yù)壓技術(shù)以及換填技術(shù)等對地基進行處理。在對粘質(zhì)土質(zhì)地基進行處理時，設(shè)計人員應(yīng)準確測定地基含水量，并綜合使用開挖翻曬、換填等多種技術(shù)方法，確保地基承載能力能夠達到技術(shù)規(guī)范要求，從而有效控制不均勻沉降，避免橋頭發(fā)生跳車問題。

在設(shè)計中還可以采用變剛度設(shè)計等方法，利用疏密樁以及長短樁技術(shù)等，使臺背地基剛度能夠?qū)崿F(xiàn)漸次過渡。此外，在對橋頭路基進行處理時，設(shè)計人員還應(yīng)盡量選擇輕質(zhì)泡沫土或者EPS材料等強度高、質(zhì)量輕的材料作為路基填料，以降低路基荷載。在路基加筋設(shè)計中則應(yīng)選擇合成土工材料，以提高路基結(jié)構(gòu)剛度。設(shè)計人員應(yīng)通過級配實驗等方式合理確定填料的最佳級配，且路基形式應(yīng)采用階梯狀，或者將坡率控制在1:1。

設(shè)計人員應(yīng)加強路基的排水設(shè)計，可以采取設(shè)置泄水管以及橫向盲溝等方式促使臺后填料中的積水順利排出。另外還應(yīng)在擋土墻背部設(shè)置反濾層等，以便通過泄水孔導(dǎo)出積水，從而避免路基產(chǎn)生不均勻沉降，達到防治橋頭跳車的目的。

5.2 路堤處治技術(shù)研究

在市政道路橋梁工程的過渡段，由于臺背路堤往往處于相對較高位置，而臺背填土作業(yè)則需要在橋臺等其他構(gòu)造物施工完成后才能進行，這會導(dǎo)致過渡段路堤由于沉降固結(jié)時間不足而產(chǎn)生明顯的壓縮沉降，而路堤的沉降不均勻則是引發(fā)橋頭跳車問題的重要因素。因此，在市政道路過渡段路堤的設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)加強對現(xiàn)場施工情況的了解，并根據(jù)其施工特點優(yōu)化設(shè)計方案，合理選擇路堤填筑工藝，科學(xué)確定填料的各項質(zhì)量性能指標參數(shù)。設(shè)計人員應(yīng)盡量選擇自重相對較輕的材料作為填料，且應(yīng)充分考慮填料的經(jīng)濟性。設(shè)計人員還可以采用土工格柵加筋等方式使市政道路過渡段路基填土具有更高的整體性和承載能力，從而有效防止橋頭跳車問題的出現(xiàn)。

以采用強夯工藝進行臺背路堤工程設(shè)計為例，設(shè)計人員應(yīng)準確掌握市政道路橋梁工程規(guī)模、橋臺類型、工程區(qū)域地基條件和工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)剛度等各項數(shù)據(jù)信息，根據(jù)臺背路堤施工現(xiàn)場的實際情況合理確定夯點布局形式、夯點間距和數(shù)量，并可以通過現(xiàn)場試驗驗證等方式對夯實機具類型型號、夯錘重量、夯擊順序以及夯擊遍數(shù)等關(guān)鍵性工藝參數(shù)加以確定，以確保路堤的壓實度符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，從而達到控制不均勻沉降、防治橋頭跳車的目的。在采用土工格柵技術(shù)對市政道路過渡段路基進行防治處理設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)按照土工格柵抗拉強度的設(shè)計值對路基不同深度條件下土工格柵的層間距進行計算分析，并對路基深度與格柵層間距之間的關(guān)系繪制曲線圖，以便確定臺背加筋是的布筋最大間距。同時，設(shè)計人員應(yīng)嚴格遵守相關(guān)技術(shù)規(guī)范，并通過有限元分析確定格柵間距，從而優(yōu)化布筋設(shè)計方案，達到防治目的。

5.3 路面處治技術(shù)研究

在對市政道路過渡段路面進行設(shè)計時，設(shè)計人員可以根據(jù)工程的實際情況采取不同的橋頭跳車防治措施。在路面設(shè)計中可以采取預(yù)留反向坡度的設(shè)計方法。反向坡度一般應(yīng)選擇預(yù)留與臺堤結(jié)合部位，且應(yīng)按照臺堤沉降差的具體測算數(shù)據(jù)來確定坡度值。同時，在過渡段的路面設(shè)計中還可以采取在橋頭處的部分路段設(shè)置過渡性臨時路面，并在路堤沉降穩(wěn)定后，再按照市政道路正常路段的路面設(shè)計標準進行改鋪。設(shè)計人員應(yīng)合理控制過渡段路面臺帽以及背墻的設(shè)計標高，且應(yīng)利用背墻頂面擱置搭板一端，以減少接縫數(shù)量，降低橋頭跳車現(xiàn)象發(fā)生的概率。

在市政道路橋頭設(shè)置搭板是治理橋頭跳車問題的常用方法。在橋頭搭板設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)結(jié)合市政道路橋梁工程橋面行車道的具體寬度等因素準確計算搭板寬度、長度、厚度以及配筋率等各項設(shè)計參數(shù)，以確保橋頭搭板結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計科學(xué)合理。同時，設(shè)計人員還應(yīng)按照市政道路橋梁工程要求確定搭板連接形式、是否使用漸變板以及脹縫的設(shè)置位置和數(shù)量，并要準確計算橋梁斜交角等參數(shù)，以便確定板塊的數(shù)量。

由于應(yīng)力往往集中作用于枕梁下方路基上，因此在對市政道路過渡段路面進行設(shè)計時還應(yīng)根據(jù)搭板形式的不同進行相應(yīng)枕梁設(shè)置，以提高其承載能力。通常在多段式搭板的假鉸處應(yīng)采用枕梁的設(shè)計，且應(yīng)合理控制枕梁底截面的寬度。設(shè)計人員應(yīng)準確計算枕梁下地基的實際容許承載力，以確保其達到250KPa以上。

5.4 排水設(shè)施的改進技術(shù)研究

傳統(tǒng)的市政道路排水設(shè)施在排水能力以及效率方面難以滿足現(xiàn)階段的實際需要，為確保積水能夠及時排出，應(yīng)對排水設(shè)施加以改進。在排水設(shè)計中可以從路基底部開始，從下向上依次設(shè)置粘土層、隔離層以及透水層。

（1）隔離層以及粘土層的設(shè)置值能夠有效提高隔水效果，避免路面積水向路基下滲，對路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及強度產(chǎn)生不利的影響。在設(shè)計隔離層時，可以根據(jù)工程具體情況選擇油氈等材料，且應(yīng)在粘土層上直接鋪設(shè)。

（2）應(yīng)選擇厚度在2cm到5cm左右的中砂層，利用其對隔離層材料加以保護，避免其受到透水層材料的擠壓破壞。為避免積水沿臺背向下滲入，還應(yīng)采用瀝青等材料涂刷在臺背處。在透水層設(shè)計中應(yīng)合理控制碎石級配，而在盲溝的設(shè)計中則應(yīng)選擇粒徑相對較大的碎石作為填料。

（3）在接觸透水層的進水口位置應(yīng)設(shè)置反濾層，且反濾層材料可以選擇土工織物等。同時應(yīng)經(jīng)雙層隔水層設(shè)置在盲溝四周，以避免積水滲入。結(jié)構(gòu)層地波的縱坡坡度應(yīng)控制在3%左右，以提高排水的效率。

（4）在排水設(shè)計中應(yīng)充分考慮排水性能以及成本等因素合理選擇臺背填料，可以采用輕質(zhì)粉煤灰等作為填料，以改善市政道路過渡段的排水能力，從而避免沉降不均勻現(xiàn)象的發(fā)生，有效解決橋頭跳車問題。

結(jié)語：

為避免市政道路橋頭發(fā)生跳車問題，市政設(shè)計等相關(guān)部門應(yīng)加強對橋頭跳車現(xiàn)象的成因的分析研究，準確掌握各項影響要素，結(jié)合市政道路工程的實際情況準確計算橋頭過渡段沉降差以及路面行車荷載等各項參數(shù)，以便以此為依據(jù)不斷優(yōu)化市政道路橋梁工程設(shè)計方案，科學(xué)地選擇防治措施，對市政道路橋梁工程的傳統(tǒng)排水設(shè)施加以改進完善，提高其排水能力，降低不均勻沉降發(fā)生的概率，從而有效防止橋頭跳車問題的出現(xiàn)，全面提高市政道路橋梁工程的設(shè)計水平，為保證城市交通的安全暢通奠定良好的基礎(chǔ)。