桥头跳车产生原因及防治措施研究.doc

桥头跳车产生原因及防治措施研究摘要: 运用国内外有关桥头跳车方面的研究成果, 对桥头跳车产生的原因进行了综合分析, 并对处理方法进行了归纳总结, 最后对解决桥头跳车问题的处理方案提出了一点建议。关键词: 桥头跳车; 土工织物; 桥头搭板前言随着我国国民经济的迅速发展, 高等级公路的修建也越来越多, 桥头跳车在高等级公路建设中已成为一个比较突出的问题。所谓桥头跳车, 即桥(涵) 两端一定范围内路基顶面与桥面产生不平顺, 从而车辆行驶过程中引起车辆震动导致司乘人员不适应或必须减速行驶。车辆通过桥头腾空时产生的跳车和冲击加速了桥头搭板、支座及伸缩缝的损坏,同时也加剧了车辆机件的磨损,降低了两者的使用寿命。另据汽车杂志有关资料认为,汽车经过跳点,每制动一次平均增加耗油60 mL, 也就是说在一条日平均交通量为5 000 车次的道路上, 每个跳点将增加耗油300 L 。除此之外, 公路建成通车后在处理桥头跳车的费用上也需要花费大量资金。因此解决桥头跳车问题不仅具有经济效益, 而且具有巨大的社会效益。1 桥头跳车产生的原因产生桥头跳车的原因主要有客观因素和主观因素两个方面。1.1 客观因素引起桥头跳车客观因素引起桥头跳车主要是指桥梁结构物与台背填土差异沉降所造成的错台现象, 如果错台的高差达到一定程度时, 即会产生桥头跳车现象。台背路基的沉降主要是由三个部分组成。第一部分是路面结构层的压密沉降。大量的行车荷载对柔性路面结构层有压密作用, 路面结构层愈厚, 其压密变形量愈大。高速公路、一级公路推荐结构层厚度一般大于47 cm , 因此在高等级公路路面结构层的压密变形对桥头跳车现象的发生起到了明显的加剧作用, 但由于这部分的压缩变形量很小, 故不是造成桥头跳车的主要原因。第二部分是台背填土的沉降。这部分沉降量的大小和台背回填料有关, 不同性质的回填土在相同条件下的沉降量差别很大, 如果控制好回填土的性质就能有效的减轻桥头跳车现象的发生, 因此这部分是我们解决桥头跳车问题的重点。第三部分是台背地基沉降。这部分沉降与地基的性质和其上的填土高度有关。在软土地基或高路堤的填土荷载较大时, 其沉降量一般都不能忽视, 它们在台背的总沉降中占的比例往往会很大, 因此在某些情况下地基的正确处理亦是控制桥头跳车的重点。1.2 主观因素造成的桥头跳车由主观因素造成的桥头跳车主要是指人为因素引起的跳车现象。有设计方面的原因, 如设计不合理的台背回填土, 设计不合理的搭板, 及设计不合理的地基处理方法等; 也有施工方面的原因, 如台后填土范围小, 压路机工作面受到限制, 紧靠台背部分填土往往达不到压实度要求; 施工单位管理不当、路基填料未按要求处理或桥台立柱施工顺序安排涵洞盖板进度慢造成桥(涵) 台后不能及时填土等其它原因也会造成桥头跳车现象。2 处治办法由于桥头跳车问题的复杂性, 加之各地土质、地基及工程情况差异, 因此提出的解决方案也很多。处治办法总体上可以分为对客观因素引起的桥头跳车问题的处治和对主观因素引起的桥头跳车问题的处治。2.1 处治客观因素引起的桥头跳车问题2.1.1 针对路面的处理1) 由于路面结构层过厚对桥头跳车的产生起加剧作用, 在设计路面结构层厚度时应在规范允许范围内尽量减小其厚度, 在材料的选择上应尽量选择压缩性小的材料。2) 预设反向坡度。当能预测出路基沉降规律时, 可采取在台堤结合段预留反向坡度, 坡度的大小应根据台堤间沉降差确定。3) 设置过渡路面。当不设置搭板或由于对地基和路基处理很困难或不经济时, 可设置过渡路面, 待沉降稳定后再换铺正式路面。常用的过渡性路面有预制水泥砼六棱块、条石等。2.1.2 针对路堤的处理1) 应用土工合成材料。国外自80 年代后期开始研究应用土工织物和土工网处理桥台跳车问题, 认为利用土工网与土工织物处理桥台跳车有两个作用: 一是能大大减小台背路基的沉降; 二是将台背土路基与桥台交界处的台阶式跳跃沉降变成连续的斜坡式沉降。现在土工合成材料在处理桥头跳车问题已逐渐应用广泛, 我国较早利用土工合成材料处理桥头跳车, 107 国道湖南湘潭段易俗河镇的龙云立交桥利用NetO lon 土工网进行桥头跳车处理。由于是试验使用, 故在桥南北两端做了不同的处理。南端用传统方式处理, 即使用1215 m 长的桥头搭板, 而北岸则用土工网格处理。通过1 a 多的沉降观测, 南岸台背沉降在距台端15 m 范围内变化剧烈, 而北岸由土工网处理的台背沉降则变化平缓。这说明利用土工网能较成功的缓解桥头跳车问题。2) 设置桥头搭板。设置桥头搭板的目的是将台堤间突变的错台高差分散为路堤纵坡的逐渐过渡, 从而改善桥头的行车条件。搭板的类型可分为单段式搭板和多段式搭板。文献 7 建议搭板长度L as 用下面公式: L as = S rs 2S rb i 式中: S rs 为容许工后沉降值; S rb 为桥台基础预期总沉降值S tb 与施工期间预计完成的部分沉降值Scb 之差; i 为桥路结合段土体沉降趋于稳定时的纵坡i 与竣工时纵坡i 二者之间的容许变化值, 根据调查分析, 当i 014 %就不会有跳车的感觉。如果搭板设置合理, 并且搭板无脱空现象, 则该方法可以明显减轻或甚至消除跳车现象, 否则, 由于桥梁下部土体应力集中会加速该点下沉, 最终出现二次跳车或所谓的跳车转移。例如, 在江苏宁通一级公路杨江段内的廖家沟桥, 桥东台的南北两幅路面, 当汽车以100 km/ h 行驶时, 在搭板与路衔接处检查人员对汽车跳动感觉较大, 其纵坡分别达到1113 % 和1121 % , 这说明如果桥头搭板使用不当, 跳车问题不会根本解决。为解决二次跳车问题许多设计人员提出了很多的实用方案, 如设置过渡路面, 用可抬升式桥台搭板处理桥头跳车等。3) 改良台背填土性质。由分层总和法公式: S = n i = 1ix ( i) hi 1 + ei , 可知路堤的最终沉降量与压缩系数和孔隙比有直接关系, 选用压缩性小, 孔隙率大的填料, 如半刚性填料、透水性的砂砾等, 可以有效的减小台背路堤的沉降量。如在长潭高速公路庵子坪桥(k33 + 150) 桥台台背填土高达13 m9 , 分别采用土工格栅及碎石土和砂砾料填筑, 经过两个雨季近2 a 的检验, 未出现台背沉降错台和搭板脱空等病害。4) 特殊方法。道路通车后由于桥梁墩台的沉降几乎不再增加, 而台背的沉降则是一个徐变的过程, 因此可以采用缓膨胀材料作为路基防治桥头跳车。理想的缓膨胀材料市场上还难以直接找到, 但膨胀材料并不缺乏, 如膨胀水泥、石灰等。该理论探讨已在京福高速公路德洲南连线工程的津浦铁路立交桥大桩号桥头、105 国道互通立交桥小桩号桥头台背回填中试验应用。轻质回填料在软土不良地基的路段可以减小地基中的附加应力, 进而可以减小地基的沉降。以泡沫轻质材料为例, 它的主要成分是水泥、泡沫剂和水。文献11 的泡沫轻质材料密度仅为016171107 g/ cm3 , 而我们常用的回填土的密度通常大于1180 g/ cm3 , 可见使用轻质材料后土体的自重只有原来的30 % 60 % , 故能有效的减轻路堤自重和地基的基底附加应力。EPS (聚苯乙烯泡沫塑料) 超轻质填料和发泡珍珠岩作为路基填料在1998 年的沪杭高速公路4 号线工程中试验使用, 两者的自重分别为土的1/ 90 和1/ 51/ 8 , 有效地减轻了自重, 经半年多的运营, 情况基本良好。因此, 轻质回填材料的使用也可以称之为减轻桥头跳车的一种有效的方法。2.1.3 对地基的处治地基处理的主要目的是降低软弱地基的压缩性、减少基础的沉降和不均匀沉降。一般只有当台背为软弱土时在处理桥头跳车问题时才会考虑地基处理, 因此在此主要采用排水处理。对于对地基的处理各种文献论述较多, 故在此不赘述。2.2 处治主观因素引起的桥头跳车 在设计方面, 设计单位要力求掌握详实的现场资料, 然后选用既能满足行车要求又易于施工的方案; 桥梁设计者和道路设计者应很好的配合设计, 互补长短。在施工方面, 桩基坑、涵基坑回填要求用石灰稳定土和砂砾分层回填夯实至原地面, 监理对此处压实度作为必检点; 为防止桥台前后人为形成不良地基, 禁止基桩施工用泥浆池建在路基范围内; 为保证填土的自然沉降期, 从施工开始要求所有桥(涵) 台后路基范围内不允许做料场、材料加工场地等; 台背不允许有压实死角; 施工工序要合理安排, 为使台后填土早开始, 要求在立柱、基桩施工安排中先安排桥台, 再做其它中墩; 为保证桥台盖梁下填土压实质量, 要求必须先将台背填土至盖梁底面标高, 再浇筑桥台盖梁; 为避免桥梁、伸缩缝、路堤三者标高不一致形成错台, 要求铺筑路面时先将伸缩缝预留槽临时用沥青填筑, 路面一次铺筑, 再对预留槽进行切缝安排伸缩缝等。3 处治桥头跳车方案的选择处治方案的选择首先应把各个可能产生跳车的原因列出, 再针对每个原因找出可能解决跳车的各种方案, 绘出如图1 的网络图。图1 处治方案网络图该图绘出后该问题就变得简析明了, 应该多复制几份该图, 然后在不同的图纸上用不同颜色的笔描绘出预选方案。得出几种不同的预选方案后, 再对这几种方案进行详细的经济技术分析和比较, 选择最佳或最满意方案。在具体施工过程中还应注意工程实际, 因地制宜, 如有施工困难或选材不合理时应及时上报设计单位以期修改。而设计单位也应注重施工单位的反馈意见, 有条件的应到施工现场实地考查, 以期做出合理判断和设计修改。总之, 产生桥头跳车的原因是复杂多样的, 由客观因素产生的桥头跳车只能尽量减小, 但由于主观因素引起的桥头跳车则是可以避免的。因此解决桥头跳车问题的关键首先是选择合理的处治方案; 其次是加强施工管理, 以期消除由主观因素引起的桥头跳车。参考文献: 1 凌晓, 李志能, 凌坚 桥头跳车的原因分析J 路基工程, 1999 (3): 6264 2 叶见曙, 赖国麟, 蒋爱祥, 董祥图 宁通一级公路扬江段桥头搭板的调查与分析J 华东公路, 1995 , (6) : 2730 3 袁江雅 浅淡公路桥头、涵背处治J 湖南交通科技, 1992 , 18 (2): 13 4 JTJ014-97, 公路沥青路面设计规范S 5 陈亚莉 桥头跳车的原因及预防措施J 公路, 1999 , (12) : 53 56 6 陈永福, 高燕希, 张起森 Netlon 土工网在高等级公路桥台跳车处理中的试验研究J 土木工程学报, 1996, 29 (2) : 4147 7 程翔云 桥头跳车防治综述J 公路, 1997 , (12) : 17 8 马炽藩, 王盛源 可抬升式桥台搭板处理桥头跳车J 广东公路交通, 2001 , (3) : 3839 9 李志通, 刘银生, 刘斐 高速公路高填方桥台台背回填技术研究J 路基工程, 1998 , (5) : 1418 10 荆学松 采用缓膨胀材料防治高填土路基桥头跳车的探讨J 华东公路, 2000 , (6) : 6162 11 李琪, 肖鹏, 张小平 轻质回填材料的试验研究J 华东公路, 2001, (2) : 5558 12 王亦麟 软