路橋工程銜接處壓實度影響因素及控制措施研究

摘要 路橋工程的銜接處若存在壓實度差異，會導致“橋頭跳車”現象，對行車安全及路橋使用壽命造成影響。基于此，對路橋工程銜接處壓實度影響因素及控制措施研究，針對不同的搭板長度和坡率對路面壓實度影響因素進行分析。結果表明，銜接處搭板長度、縱向坡率是造成銜接處壓實度差異性的主要原因，當搭板長度為5 m、斜向坡率為1%、車輛速度達到80 km/h時，會處于臨界跳車狀態；樁長與樁土面積置換率增加會降低橋頭處的沉降，但是過高會引發二次跳車，在實際施工時，應根據現場實際情況對樁長與樁土面積置換率進行設計。

關鍵詞 路橋銜接處；壓實度；搭板；水泥攪拌樁

中圖分類號 U445.4 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）05-0126-03

0 引言

“橋頭跳車”現象是路橋工程銜接處路面壓實度存在差異性的最直觀體現[1]。當橋頭與路面銜接處高度差超過1 cm時，造成的顛簸感會對駕駛人員產生影響。當高差超過1.5 cm，會降低車輛的行駛速度，一般高差每增加1 cm，行駛速度會下降3.5 km/h。當高差超過5 cm，不僅車輛行駛速度會受到影響，嚴重的甚至會影響車輛運行的安全性。不僅如此，橋頭跳車還會破壞公路和橋梁的結構，導致路橋工程的使用壽命下降。基于此現象，對路橋銜接處的路面壓實度不合格的原因進行了研究，提出施工要點，以期避免因路橋銜接處路面的壓實度不夠，對汽車以及橋梁的穩定運行造成影響，為路橋工程銜接處的施工提供技術參考。

1 銜接處路面壓實度差異性原因分析

為了更好地分析差異性存在的原因，利用在銜接處設置搭板的方式進行分析[2]。在實際路橋工程中，其銜接處的搭板長度一般控制在3～9 m，搭板兩側連接路面與橋臺，如圖1（a）所示。假設搭板長度為5 m，搭板斜率i為1%，則搭板在路面產生的沉降為5 cm。

行駛車輛于路橋銜接處的受力機理極其復雜，會受到車輛行駛速度、路面與橋臺的沉降及搭板長度等的影響。為直觀地研究差異性成因，將車輛在路橋銜接處行駛的輪胎軌跡進行曲線化和線性簡化處理，見圖1（b）。

如圖1（b）所示，可將該行駛路段的軌跡視為平滑曲線，則車輛行駛時所受的離心力F見式（1）：

（1）

式中，F——車輛受到離心力；M——車輛質量；v——車輛行駛速度；r——曲線半徑。

當離心力達到一定數值時，會發生跳車現象，而跳車現象的發生存在臨界值[3]。通過對式（1）進行變換，可得臨界跳車時豎曲線半徑r見式（2）：

（2）

式中，g——重力加速度。

曲線半徑r的計算見下式（3）：

（3）

式中，l——路橋銜接處長度；α——雙邊夾角。

又由于可將斜坡的坡率i視作和雙邊夾角α相等，則可得式（4）：

（4）

假設，路橋銜接處的長度l=5 m，斜坡坡率i=1%，則曲線半徑r=500 m。將r代入式（2），可得路橋銜接處車輛行駛速度v≈80 km/h。因此在該條件下，路橋銜接處車輛行駛速度到達80 km/h時，車輛處于跳車的臨界點。

車輛行駛過程中的速度會變化。在行駛至銜接處時，對于車輛速度變化具有與之對應的變化曲線，進而又存在對應的豎向曲線半徑，而豎向曲線半徑又與搭板長度和縱向坡率有關，因此，搭板長度與縱向坡率是影響橋頭跳車的主要因素。

2 影響路橋工程銜接處路面壓實度因素分析

對于路橋銜接處地基的處理，水泥攪拌樁地基處理方式應用得較為廣泛，因此從水泥攪拌樁出發，分析其設計參數（如水泥攪拌樁對于路橋銜接處的處理方式、攪拌樁的樁長l）對于橋頭跳車現象的影響[4]，并對參數變化進行研究，確定路橋銜接處的沉降差異Δs與坡率i。

假設水泥攪拌樁的初始樁長l為15 m，樁土面積置換率m分別取m=4.9%、m=8.7%，利用不同的樁土面積置換率形成對比，通過控制樁長的變化反映路橋銜接處沉降變化。見圖2。

由圖2可知，樁土面積置換率一定，樁長增加，路橋銜接處沉降升高、坡率降低；樁長一定時，樁土面積置換率升高，沉降和坡率下降。原因為樁長以及樁土面積置換率均可以使沉降降低。由于兩者共同的影響，需要控制樁長l以及樁土面積置換率m，選擇一個合理的區間，既能保證路橋銜接處的沉降最小，施工成本又最經濟。

在路橋工程銜接處縫隙處理施工中，由于水泥攪拌樁的作用，此時地基所承受應力會被分散到銜接處兩側。因此，若想控制橋面上不發生跳車，則需要控制樁土面積置換率。假設，路橋銜接處的地基縫隙的處理段范圍是水泥攪拌樁并向外延伸1 m所含范圍，樁長及樁土面積置換率不變。橋頭段處理處差異沉降變化情況見圖3。

由圖3可知，樁土面積置換率一定，樁長增加，處理段沉降先降后升。這說明在此過程中，樁長設計不是越長越好。樁長過長時，橋頭段結束處的沉降可能會超過原有沉降，引發二次跳車。當樁長一定時，樁土面積的置換率增加，處理段結束處沉降也增加，且當樁土面積置換率過大時，沉降會上升，甚至會超過原有沉降。

路橋銜接處的樁長變化率β如式（5）所示：

（5）

式中，Δs——相鄰處樁的變化差值；P——水泥攪拌樁最大設計長度。

假設m=8.7%，l=9 m，此時樁長變化率β可以用樁底之間的連線與水平面的夾角α表示，路橋銜接處和處理段結束處沉降值Δs隨著夾角α的變化情況見圖4。

由圖4可知，在路橋銜接處，樁長增加，沉降值變化很小，基本保持在一定范圍內，而在處理段結束處，樁長增加沉降值下降。因此，在路橋工程施工中，為防止出現二次跳車現象，需要結合實際情況對銜接處樁長進行設計，保證路橋銜接處的沉降差異最小。

3 路橋工程銜接處路面壓實度施工控制技術

3.1 搭板設置

橋頭搭板設計可分為2種：

（1）在面層處布設搭板，使路橋銜接處的基層處于剛性狀態，防止基礎沉降的產生，見圖5（a）所示。但是，該種方法施工難度較高。

（2）在面層處布設與面層平行的搭板，既可保證路橋銜接處的剛度，也可降低施工難度。因此，結合前兩種方法，在面層下方布設一定厚度且可以調節的鋼板，可以保證路橋銜接處剛度的一致性，有效提升路基和橋梁的承載能力，見圖5（b）所示。

3.2 地基處理

路橋工程的銜接處施工中，地基的處理十分重要。地基處理得好，橋頭跳車現象發生的風險與概率就低。針對軟弱地基的施工，處理技術主要有對地基的填土進行置換和注入水泥砂漿進行承載力的提升等。具體采用哪種方法，應根據現場實際情況進行選擇，以提高地基承載力為前提，盡量控制路橋銜接處的地基沉降[5]。若地基為軟土地基，在上方長時間的荷載作用下，會對橋臺產生擠壓力，導致橋臺位置橋墩支座的受力特性被破壞，影響橋梁穩定運行。因此，對于路橋銜接處的地基處理，需要增強其承載力，選擇可以更好提高地基結構性能的處理方式。

3.3 臺后填筑

路橋工程施工中會產生數量較多的回填土，而回填土密實度會對地基承載性能造成直接影響。由于橋梁工程在修筑時緊鄰水體，提高了對填土質量的要求。另外，在銜接處施工時，由于工作面狹小，對施工的要求也相應提高。

在相關規范及標準中，規定了路橋工程銜接處的填土壓實度要求。地基基底到橋臺面層的壓實度應控制在95%。在填土過程中，分層厚度應大于20 cm。同時，需要注意的是由于涉及橋臺背面的施工，該位置較為特殊，空間較為狹小，大型的壓路機械難以通行和施工，因此需要通過人工使用小型機械進行施工，進而達到滿意的壓實度效果。

4 結論

通過對路橋工程銜接處壓實度影響因素及控制措施的研究與分析，得出主要結論如下：

（1）壓實度存在差異性會導致銜接處橋頭跳車，臨界跳車邊坡率與臨界跳車豎向曲線具有相關性，搭板長度和縱向坡率是導致壓實度存在差異性的主要因素。

（2）增大樁長、樁土面積的置換率，可以解決銜接處橋頭跳車問題，但是增加過度會產生二次跳車等不良影響。

（3）利用結構性能更加優秀的地基處理方式以及提高回填土壓實的緊密度，可以有效少路橋銜接處壓實度差異問題，減少橋頭跳車現象的發生。

參考文獻

[1]羅海松. 橋頭跳車病害問題的研究[J]. 交通世界， 2022

（11）： 146-149.

[2]陸文亮， 江淮. 搭板加筋路基處理路橋過渡段差異沉降研究[J]. 交通科技， 2020（1）： 63-67.

[3]魏相榮. 有關離心模型試驗的路橋變形耦合特性數值模擬研究[J]. 科技創新導報， 2014（23）： 103.

[4]劉辰. 水泥混凝土施工技術在市政路橋施工中的應用探究[J]. 工程機械與維修， 2022（4）： 57-59.

[5]秦浪朝. 橋頭軟土地基加固對路橋過渡段變形特性的影響[J]. 江蘇建筑職業技術學院學報， 2022（2）： 19-23.