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浅谈桥头跳车的成因与防治 2005-10-18 13:28:00 中国路面机械网 山东省枣庄市市中公路局 刘进兰摘 要 对桥头跳车形成原因及处理措施进行总结，并运用土力学原理进行分析和补充，提出一 些防治措施。 关键词 桥头跳车 沉降 防治措施桥头跳车是一个普遍的问题，形成的原因很复杂，影响因素也较多，如：路堤沉降、路基填筑材 料、桥台型式、搭板长度等。桥头跳车会给道路尤其是高等级公路造成很大危害，不仅影响行车的舒 适性和安全性，还会在经济上造成很大损失。通过近几年的工程实践和对桥头跳车的研究，对于不同 情况下所形成的桥头跳车，应具体分析其成因，对症下药，而不能盲目套用其它工程中采用的措施。 1 造成桥头跳车的原因 桥头跳车的直接原因是桥台与路堤的沉降差异。桥台是刚性构筑物，其下部一般都有桩基础， 因而桥台的变形和沉降非常小；路堤和地基是柔性的，在荷载作用下都有较大的塑性变形，所以桥头路堤的沉降比桥台要大，造成了两者的差异沉降。 1.1 地基沉降 地基沉降包括瞬时沉降、主固结沉降和次固结沉降。瞬时沉降在施工期间就会完成，因而不会造成桥头跳车。 公路软土地基设计规范中对桥梁、通道、涵洞等构筑物与路堤相接处的工后沉降规定见置底表: 若地基处理方法不当，使地基主固结沉降未能在施工期间完成，会造成工后沉降较大。通车后， 随着时间的变化，地基缓慢固结，剩余沉降逐渐完成， 这部分沉降造成了路基与桥台的沉降差，形成桥头跳车。次固结沉降是指地基在路基静载长时间 作用及车辆的动荷载反复作用下，地基土颗粒间的粘滞蠕变以及土体侧向的变形，导致路面高程下降 也是造成桥头跳车的主要原因之一。 1.2 桥头路基填料的影响 路堤在汽车荷载反复作用下，产生较大变形，包括塑性变形和弹性变形，其中主要是塑性变形。 这种不可恢复的塑性变形是内部土颗粒间的蠕变和侧向变形造成的，这种塑性变形在车辆荷载反复作 用下不断积累，形成桥头的沉降差。 1.3 填料的压实度 从施工上来看，由于桥台背后施工空间狭窄，大型压实机具的使用受到限制，使靠近桥台背后的 填土很难达到要求的压实度，通车后，这部分路堤的变形较大。 另外，路基填土在最佳含水量下压实能达到最佳压实效果，即干容重最大。图1是填土干容量 含水量关系(曲线1)，和填土压缩模量含水量关系(曲线2)的叠合图。很显然，两条曲线并不重合，最 佳含水量(0)下压实的填土尽管干容重最大，但相 应的压缩模量却比较小，受荷载变形也就比较大。这种较大的变形不论是弹性变形还是塑性变形，都 将对桥台与路堤衔接处产生不利影响。 1.4 沉降盆的影响 施工时，经常是填土时，预留桥台及下部桩基础施工的空间，待桥台及基础完成后再回填土。在这两种情况下，沉降盆发生了变化，好象向前移动了。这样就造成了差异沉降S，如图2。而且这种施工工艺使桥台后的填土很难压实，更加剧了沉降的差异。 1.5 桥头路堤渗水破坏 桥头的差异沉降容易造成路面开裂，雨水下渗，浸泡路基，使填土的强度指标大打折扣，易发生唧泥、喷浆等破坏。而跳车又加大了车辆荷载对路面和路基的冲击力。如养护维修不及时，这种恶性循环会使破坏程度呈加速发展的趋势。 2 桥头跳车的防治措施 2.1 合理的地基处理 首先，应根据实际情况选择完善的地基处理方案，设计的地基处理方法要将工后沉降控制在允许 范围内，施工时要做好沉降观测，并根据沉降的实际完成情况来确定开始铺筑路面的时间。 在工期允许的条件下，对于固结系数较小即固结缓慢的饱和软粘土类地基应尽量考虑采用塑料排 水板或砂井等排水固结法处理，因为这类方法的处理效果比较好，与其它方法相比能有效的控制工后 沉降，且造价比较低。这类处理方法要求至少有6个月的预压期，若不能满足这个条件，处理后的地基 要比不处理的情况下造成的桥头跳车更为严重。 在一些工期紧张的工程中，可以采用悬喷桩、水泥搅拌桩等方法来处理地基。此类方法可以提高 地基承载力，减小地基的沉降和地基的侧向变形。这种方法的主要影响参数为桩的置换率和桩长。前 者影响打桩范围内的地基沉降，后者影响地基沉降减小的深度。桩基础下的地基沉降基本不变。而这 两个参数直接影响工程造价，因此要根据地基处理的要求和地基的具体情况经济合理地确定。 2.2 桥头搭板的设计 采用桥头搭板来防止桥头跳车是一种比较常见的处治办法。其原理是将桥台与路堤衔接处因较大 差异沉降引起的路面纵坡突变通过设置桥头搭板进行缓和过渡，将路面纵坡变化控制在容许范围内， 从而达到消除桥头跳车的目的。搭板长度的确定是设计的关键。 一般认为，路面纵坡的变化不大于5/1000时，就可基本消除行车的跳跃感。假定搭板长度为L，桥 头差异沉降量为x，则有: 5/1000x/L L200x 若桥头差异沉降为0.10m，则由上式可得搭板长度为20m。但设置这么长的搭板是不太现实的。在实际应用中，搭板一般长度为8米左右，厚约0. 3米。虽然理论上不能满足纵坡变化的要求，但搭板确实解决了桥台背后填料难以压实造成的问题， 搭板连接了桥台和路堤得以压实的部分，越过了非压密区。 2.3 路堤填料的选择和压实 桥头路堤的填料应选择内摩擦角大、易于压实的填料，施工时应严格控制压实度和含水量。 2.4 合理的桥头预压 预压处理法又称预固结法，对于高速公路高路堤工程，即是利用路堤荷载对地基施加应力，引起 地基中孔隙水压力增加，经过一定时间的预压，地基不断沉降，孔隙水压力不断趋向原始应力状态， 时间足够长时，沉降趋于稳定。如果进行预压的路堤荷载越过设计的公路工程荷载（包括路堤与路面 结构），则该种预压称为超载预压；预压荷载等于公路工程荷载称为等载预压；预压荷载小于公路工程 荷载称为欠载预压。为了达到理想的效果，应采用超载预压法或等载预压法。 在实际工程中应根据工期的情况来确定预压时间，再根据预压时间来确定采用等载预压还是采用 超载预压。在等载预压可以满足要求的情况下，尽量不要采用超载预压法，以免造成弃土和倒运。 2.5 使用土工合成材料 在大量的工程实践中，加筋土的理论得到了充分的验证:土工合成材料发挥其抗拉强度，通过加筋 与土体之间的摩擦作用约束土体的侧向变形，从而达到提高土体承载力和抗剪强度的目的。 大量国内外的土工合成材料加筋工程实例表明加筋土的作用主要集中于以下方面: 加筋土抗剪强度的提高使其受剪破坏的荷载增大，相应的剪切变形较素土小； 加筋土在承受荷载时，土体的侧向变形受到加筋的抑制，承载力提高，土体趋近于弹性范围内 工作，塑性变形减小； 加筋材料使作用在土体上的荷载较均匀地扩散到整个加筋土层上，土中单元体受力减小。 由此可见，应用土工合成材料对桥台背后的填料进行加筋，能够有效降低土体的压缩变形，减少 塑性变形的积累，在一定程度上起到缩小桥头差异沉降的作用。 国内长沙交通学院对土工格栅处理桥头跳车进行了室内试验和工程实例的数据分析，得到如下结论: 当填土压实度达到90%以上时，土工格栅对控制填土沉降几乎没有什么帮助，而在压实度为 90%以下时，加筋土填筑的路堤沉降明显减小；但填土压实度如果低于70%，加筋对控制沉降同样无 帮助。因此得出控制台背压实度在85%左右比较合适，而且这一压实度施工也容易达到。 土工格栅加筋层间距越小，则沉降越小。这同加筋的机理一致，土体侧向约束越大压缩变形越 小。 铺网长度应大于桥台高的0.75倍，才能保证填土沉降曲线趋于平缓。一般铺网长度不小于5米。 铺网的层间距，从理论上讲越密效果越好，但从经济上考虑取0.50米比较合适。 施工时可将土工格栅张拉锚固于桥台背，张拉是为了给格栅一个预加应力便于它更好地发挥抗拉 性能。将格栅锚固于桥台背一方面可进一步限制填土的竖向变形，另一方面可使桥台附近的填土抗剪 强度成倍增加，可防止行车作用下填土在台背处被拉裂。桥头路基内放置土工格栅，相当于在填土中 加筋，可以减小填土的侧向变形，以及对桥头差异沉降的缓和过渡。 2.6及时修补 当桥头处开始出现破坏时，应及时进行修补，否则会加速桥头路面和路基的破坏。因为一旦桥头 开始跳车，汽车荷载对路面的作用力要比没出现破坏时大的多，从下式中可以看出: 式中: :桥头跳车时路面所受应力； 0 :无桥头跳车是路面所受应力； h:跳车时，车辆距路面的最大垂直距离（米）； s