隨著高等級公路的大量建設，雖然管理單位和工程設計人員對橋頭跳車的危害己經(jīng)有了比較清晰的認識和足夠的重視，在具體的工程設計中也采取了不少處治措施，取得了一些成功的實例。但從實際情況看，橋頭跳車現(xiàn)象不僅在舊的橋頭路堤存在，在許多新建的高等級公路上也較普遍。究其原因，主要有：對橋頭路堤缺乏比較詳盡的地質和水文調查，沒有針對引起橋頭跳車的主要原因而對癥下藥;只注重于橋頭跳車處治方法的工程實踐，較少進行系統(tǒng)的研究;路橋過渡段作為一個復雜體系，橋頭跳車的處治應突出“綜合處治”的思想。

路橋過渡段產生不均勻沉降的原因

1、橋臺臺背路堤壓實度不滿足要求從公路工程建設可知,幾乎所有橋梁、通道和明涵等都要求臺背填土處治。然而,臺后填土壓實度由施工用料、施工順序、施工機械、施工經(jīng)驗、施工作業(yè)面等工程管理因素的影響,施工過程涉及各個方面。從公路調查結果可知,臺背填土普遍存在壓實不足的問題,這是造成路橋過渡段不均勻沉降的基本原因之一此外,在公路營運過程中,路基在車輛荷載以及自然因素作用下會形成土基塑性變形的積累,導致路橋間的差異沉降,從而影響高等級公路路面的平順程度。

2、橋頭引道軟土地基處治不佳從公路調查結果表明,軟基路段由于地基沉降引起的橋頭跳車現(xiàn)象仍然存在。分析其原因,主要是施工圖設計時,地質鉆探布孔過少,鉆探深度不夠,未能及時發(fā)現(xiàn)軟基存在,或者未能準確探明軟基范圍和深度,軟土的物理力學性質等等,導致橋頭路堤軟土地基處治遺漏,或采取的處治方法不恰當。此外,采用的軟基處治理論計算方法和選用的計算參數(shù)與軟基實際情況存在一定差距,導致軟基處治設計未能達到預期效果,不能滿足交通部《公路軟土地基路堤設計與施工技術規(guī)范》的技術要求。在橋頭引道,由于存在軟土地基,橋臺臺背路堤施工時填土壓實不足,雨水侵蝕造成路堤填土流失和強度降低,這是造成路橋過渡段路堤沉降的主要原因。然而,橋臺基礎設計是按規(guī)范容許沉降值實施控制設計,一般情況下實際發(fā)生的沉降值較設計時小。因此,路橋過渡段的結構設計主要在于如何做好軟基路堤沉降防治等路橋順接構造物的設計。 

3、橋頭引道過渡段結構設計欠周到橋頭引道路基工程中,常用的過渡段工程處治措施有粗粒料填筑法、鋼筋混凝土過渡板(即搭板)和加筋土法等。這些處理措施的主要目的是通過提高路基的整體強度,從而降低路橋間的剛度變化以及沉降差異,以減少路橋間的不平順,從而防治或避免橋頭跳車現(xiàn)象。從公路工程建設可知,橋頭引道過渡段多采用搭板結構。然而,設置搭板以后的橋頭跳車現(xiàn)象仍然嚴重,橋頭搭板斷板現(xiàn)象較為普遍。

分析其設計原因,有下述情況:

(1)根據(jù)橋梁的長度,橋頭設置搭板長度劃分為:①大中橋搭板長度為8m;②小橋、填土高度小于0.5m的通道以及涵洞,搭板長度為5m。然而,橋頭引道路堤處于高填方路段,軟基路段橋涵結構與橋頭路堤相對沉降量大,由于搭板長度不夠而起不到順接作用,行駛車輛通過時必然出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象。

(2)搭板設計根據(jù)支承在彈性地基上的板計算,未考慮臺背路堤沉降,雨水沖刷帶走臺背填土等原因造成搭板與臺背路堤脫空的不利受力狀態(tài)。結果形成搭板設計強度不足,產生斷板,引起橋頭線形突變,誘發(fā)車輛跳車現(xiàn)象。

(3)橋頭搭板處理目前尚沒有定型的設計計算方法,公路橋涵設計規(guī)范也沒有明確規(guī)定。

(4)工程實踐中,橋頭搭板一般不作專項設計。但是,從工程實踐可知,合理地處治軟土地基,實施臺后填土壓實是消除路堤填筑土體沉降的條件,而可靠的搭板設計是解決橋頭跳車的重要保證。

4、橋頭引道路堤邊坡防護措施欠妥從公路橋頭引道路堤設計和施工可知,臺背路堤填土通常采用砂類、滲水性土作為填料,不考慮防水和排水設施;通常,對橋臺處于長期浸水路段,采用漿砌片石護坡。而其它橋臺路段,只在錐坡范圍設置漿砌片石護坡,臺背設置方格網(wǎng)草護坡或草皮護坡。然而,從公路續(xù)建、水毀和收尾工程勘查過程中發(fā)現(xiàn),許多橋頭路堤沉降比較嚴重的地方,往往伴隨錐坡和護坡水毀。分析其原因,主要是因為廣東省處于沿海地區(qū),臺風和暴雨頻繁,雨水對道路的沖刷和侵蝕比其它地區(qū)嚴重,方格網(wǎng)草防護等路堤邊坡防護措施未能起到保護路基免受雨水侵害的作用。因此,橋頭引道路堤邊坡防護措施以及臺背防水和排水設施的不適當,促使臺背填土流失,路基強度降低。在行駛車輛長期反復作用下,橋頭引道過渡段填土塑性變形,誘發(fā)橋頭路堤不均勻沉降,出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象。

5、橋頭跳車原因分析施工過程控制不嚴。施工工序不符合要求，若臺背填筑速度過快，沉降也較快，對臺背擋土墻等構造物的擠壓相對較大。如果臺前護坡或擋墻砌筑不及時，則可能引起土體滑移，影響壓實機械作業(yè)效果，嚴重時還會危害橋基。臺背填土時，施工面窄而工期要求又較緊，靠近橋面部分的填土平面形狀不規(guī)則，如果缺乏適當?shù)膲簩崣C具，采用人工夯實，則密實度難達要求。即使有壓實機械，由于受地形、便道、作業(yè)面及機械等的限制，橋頭填土壓實密度亦很難達到要求，特別是臺墻后側及翼墻內側填土，達到壓實密度要求更有一定的難度。沒有嚴格按“三分法”(分層填筑、分層碾壓、分層檢測)施工，沒有嚴把填料質量關等也會引起橋頭跳車。

路橋過渡段的結構設計

1、路橋過渡段的控制

1.1、路橋過渡段的變形控制從路橋過渡段的路基路面工程實施可知,路橋過渡段的變形控制必須解決兩個問題:①嚴格控制過渡段內路基的工后沉降量;②將路橋交界處的錯落式沉降變成連續(xù)的斜坡式沉降。因此,其變形控制主要是控制路基工后沉降和路橋間差異沉降。 

(1)根據(jù)交通部《公路軟土地基路堤設計與施工技術規(guī)范》JTJ017-96規(guī)定，要求根據(jù)沉降曲線換算的工后沉降量小于容許工后沉降值,并且要求連續(xù)2～3個月觀測的沉降量每月不超過6mm,才能進行路面施工。

 (2)從高等級公路的路況調查結果可知,當路面局部縱坡達到0.5%時,車輛行駛會產生晃動或搖動現(xiàn)象。因此,通過分析不均勻沉降值對路面結構附加應力的影響,建議路橋之間形成的沉降坡差以不大于0.4%為標準。

1.2、路橋過渡段的施工控制

(1)對路基過渡段進行大面積施工時，應嚴格按照試驗段取得的施工工藝參數(shù)進行施工熟練的掌握一些施工技巧和施工規(guī)范�？刂坪霉に嚵鞒獭⑺射伜穸�、表面平整度、施工含水量、壓實遍數(shù)、配套機械、填筑速度、檢測方法等。

(2)施工中要嚴格的按照施工順序進行合理的配料，進行合適的壓實工藝。 

(3)為了控制攤鋪厚度，采用方格網(wǎng)控制填料量。施工過程中要消除粗細集料離析“窩”或“帶”現(xiàn)象。嚴禁出現(xiàn)彈簧、松散、起皮等現(xiàn)象發(fā)生。

(4)壓路機碾壓不到位時采用人工沖擊夯夯實，對于質量可疑地段，應視情況增加檢驗的點數(shù)，采取適當?shù)拇胧�，控制好邊角壓實質量。

(5)施工過程中，要配備足夠的人員來加強驗檢測過程控制，從而來縮短檢測時間。在檢測過程中，嚴格按照設計和規(guī)范要求進行各項指標檢測，有條不紊的進行 

2、合理設置緩和過渡段《公路軟土地基路堤設計與施工技術規(guī)范》JTJ017-96明確指出:對于地下處治方案,應注意段間的緩和過渡,以減少段間的差異沉降。由于不同的結構型式,從橋臺剛度大的混凝土結構逐步過渡到柔性的填土路基結構和瀝青砼路面結構,其強度不一致。因此,軟土地基處治時,各段不同強度之間需設置強度過渡段。同樣,地面上的路堤,亦需要設置強度過渡段。要求在剛性橋臺和柔性路堤之間要加50m的強度漸變段,使用不同的級配填料,確保路堤強度過渡。

3、路橋過渡段的地基條件與路基條件在橋頭引道路堤填筑過程中,采用土工合成材料加筋路堤并不能提高地基承載力,也不能有效地阻止地基的沉降。只有當?shù)鼗�具有足夠的承載力,在路堤填土自重荷載與車輛荷載的聯(lián)合作用下不致破壞而產生較大的沉降時,土工合成材料的加筋才會產生明顯的效果。因此,高等級公路路橋過渡段的地基條件應是保證路基的沉降坡差≤0.4%的控制標準。根據(jù)《公路路基設計規(guī)范》JTJ013-95,對于我國高等級公路路橋過渡段的路基條件建議:土基的CBR值≥8%,壓實標準為:路面底面以下0～0.8m,路基壓實度≥95%;路面底面以下0.8～1.5m,路基壓實度≥93%;路面底面1.5m以下,路基壓實度≥90%。

4、路橋過渡段的結構形式

4.1、橋臺臺背路堤加鋪土工格柵在路橋過渡段路基施工中采用土工格柵技術,當土工格柵與土一起承受車輛荷載和土體自身荷載的同時,具有下述三方面功能: (1)由于土工格柵使土體的抗剪強度得到充分發(fā)揮,約束了土體的側向變形,控制路基填土的側向位移,增強了路基的整體穩(wěn)定性,從而增大了路基的變形模量。 (2)由于土工格柵與路基填土的摩擦作用,使上部荷載在路基中重新分配,降低了橋臺臺背局部范圍土中的垂直應力,使路基土體承載力得到提高,從而減少沉降。 (3)由于水平攤鋪的土工格柵具有彈性,在車輛荷載的反復作用下,不會產生或減少變形的累積。由于在路橋過渡段鋪設土工格柵具有明顯的工程效果,因此在路橋過渡段高填方路堤可采用橋臺臺背回填加鋪土工格柵的結構型式。土工格柵的設置間距和長度應滿足《公路土工合成材料應用技術規(guī)范》JTJ/T019-98的要求,通過計算確定。 (4)土工格網(wǎng)加筋,利用土工加筋處治橋頭跳車，國外從20世紀80年代開始研究，已進行了大量室內和室外試驗，取得了良好效果。 研究表明，土工網(wǎng)鋪網(wǎng)長度由下而上按1：1的坡率增加，最上一層不宜小于9m，土工網(wǎng)格應張拉錨固于橋臺背，填土的壓實度以85%～90%比較有效。填料以礫石土、碎石土為宜;同時，土工隔網(wǎng)必須具有較高的抗拉剛度。 近幾年，通過上工合成材料加筋來處理橋頭跳車的方法正越來越多地受到人們的重視，并不乏成功的范例。但土工格網(wǎng)作為一種平面結構，其對路基剛度的提高有限，但對填料的要求卻比較高，更重要的是由于土工網(wǎng)的錨固作用只能阻止橋頭較短距離內路堤填土的沉降，而對橋頭路堤其它區(qū)域只能減小部分的路基壓縮變形，不能消化由于地基沉降所產生的變形量，而地基沉降在大多數(shù)橋頭跳車中起著主要作用。因此，土工網(wǎng)對于減小由于橋頭壓實度偏低造成的附加變形較為有效，其適用于地基條件較好情況下的橋頭跳車處理。目前，設計部門較多采用的是將搭板與土工格柵加筋結合的方式處治橋頭跳車。

4.2、合理確定搭板長度和搭板強度設計根據(jù)橋頭路堤與橋臺相對沉降量預計值以及車輛行駛要求的順適程度,合理地確定搭板長度。國內資料表明,搭板長度一般為6～8m,浙江省國道采用15m長的橋頭搭板。到目前為止,搭板的設計未有統(tǒng)一模式,一般按照下述原則確定其長度: (1)路面設計使用年限內,由于道路下沉引起路面縱坡變化,要求搭板隨路堤沉降后傾角在1/200~1/300范圍內變化。 (2)搭板的長度能跨越橋臺臺背難以壓實的土體,或跨越按計劃在臺背預留的土方缺口長度。(3)根據(jù)搭板的受力狀態(tài),用彈性地基或簡支梁計算搭板長度。 結合工程具體情況,合理確定搭板長度。搭板強度的設計,應根據(jù)搭板與臺背填土可能脫空的最不利狀態(tài)處理,同時考慮搭板節(jié)段的劃分以及枕梁位置對搭板強度的設計影響。

4.3、軟弱地基處理橋頭軟弱地基在路堤填上荷載作用下產生的較大工后沉降是導致橋臺與路堤沉降差的主要因素。通過多年的工程實踐和總結，現(xiàn)在高速公路的軟墓處理中常用的有兩類：一是排水固結法，二是復合地基法。排水固結法包括袋裝砂井、塑料排水板、超載預壓，真空堆載預壓等，復合地基法包括水泥攪拌樁、粉噴樁、鋼渣樁等，兩類方法各其適應性和特點，排水固結法工程造價較低，但預壓工期較長，工后沉降較大，而攪拌樁復合地基可以大大減小地基總沉降量，并能使之在較短時間內趨于穩(wěn)定，但其工程造價較高，且施工質量不能完全保證。 實踐證明，軟土地基沉降引起的橋頭跳車在大多數(shù)高速公路上并沒有很好地得到解決。究其原因，一是由于工程造價和施工工藝的原因，橋頭地基處治，沒有打穿軟土層，從而導致軟弱下臥層產生較大的工后沉降;二是軟土地基路基堆載時間不充分。我國的高速公路建設，一般工期在三年以內，往往一旦開工就要求提前竣工，軟土地基孔隙水壓力沒有得到充分消散，固結過程沒有完成，從而導致過大的工后固結變形和次固結變形。因此，對于橋頭軟基處治而言，保證合理的工期，讓軟土地基在加載(超載)預壓情況下有更長的時間固結沉降至關重要。 

4.4、采用輕質填料

(1)采用泡沫聚苯乙烯EPS材料。EPS用于填筑路堤可顯著減小地基的附加應力，從而減小地基的沉降量，且其具有足夠的承載力，能滿足上部路面結構層和行車荷載作用的強度要求，并且符合剛度要求。

(2)采用粉煤灰。粉煤灰和一般細粒上相比，具有自重輕、強度高、壓縮性小，透水性能良好等特點。在一定的工藝條件下，可形成具有一定強度的整體性材料。用其填筑路堤，可有效減小橋頭路堤的總沉降。

4.5、擠密樁復合地基采用擠密復合地基的方法來處理路基填土，是利用在填筑完畢的路基上成孔，通過擠密作用，使路基土密實度提高，然后在孔內填入材料并振動壓實成樁。隨著路基向橋臺的靠近，可通過樁變長或減小樁間距的方式，使路橋過渡段剛柔得到過渡。由于樁的擠密和置換作用，路堤填土的密實度提高，應力減小，路堤整體剛度增大，從而減小了路堤的壓縮變形。常用的擠密樁有砂樁、土和灰土樁及二灰土樁等。雖然土樁的材料較為低廉，但其需要一整套打入樁施工設備，故在經(jīng)濟上代價較高。

4.6、設置柔性橋臺從作用機理看，柔性橋臺基本等同于加筋土擋墻。采用柔性橋臺結構來降低橋臺的剛度，縮小橋臺和路堤的剛度差，使其銜接處的行車荷載壓縮變形和填土固結沉降均勻過渡，達到消除路面縱坡突變防止橋頭跳車的產生。國外也有這種柔性橋臺的報道，甚至有多跨的橋墩也用加筋土做成柔性橋墩，但柔性橋臺一般適用于個別簡單橋梁結構形式，而且施工難度大。對路面進行拋高處理等來減小橋頭的縱坡突變在大多數(shù)高等級公路中只能是作為其它處理方法的輔助措施。 

路橋過渡段的施工研究

1、加強路橋過渡段的施工組織設計高等級公路路橋過渡段的施工組織設計應該有利于減少路橋間的工后沉降差。在橋臺結構完成后,盡快安排過渡段路堤與一般填土路堤的施工。并使用具有同等壓實度能量的壓實機械將過渡段路堤與一般路堤的碾壓面按大致相同的高度進行填筑碾壓。在路堤與橋臺連接部位,路堤與錐坡預壓填土應同步填筑與碾壓,使用大型機械碾壓困難時可改用小型振動壓實機械進行充分壓實。此外,對一些路基工后沉降可能大的工點,如深層的軟土地基和橋頭高路堤,除了采用一切必要的地基處治措施外,必須優(yōu)先安排施工,進行靜置預壓直至符合規(guī)范要求為止。

2、選擇有利于減少路橋過渡段工后沉降的橋臺結構在型式多樣的橋臺結構中,樁接臺帽的橋臺結構施工過程是:填筑路堤,鉆孔樁基施工,臺帽和耳背墻施工。從其施工步驟可知,其過渡段路堤在橋臺結構施工前填筑,不受施工作業(yè)面的限制,有利于大型機械碾壓,不遺留施工死角,壓實均勻,壓實度易達到設計要求。同時,橋臺結構施工時,又為過渡段軟土地基和路堤填土留有一定的沉降期,有助于減少過渡段路堤工后沉降。因此,在橋梁設計時,宜首先選用樁接臺帽式橋臺結構。

3、加強路橋過渡段路堤填料的選擇實施路橋過渡段路堤填筑之前,要有目的地選擇施工路段的填料,采用各種土壤作對比試驗。其試驗項目包括:①土壤的液限和塑限聯(lián)合測定,實施篩分和擊實試驗;②各種土壤在相同壓實機具下達到同等壓實度時的壓實遍數(shù)與松鋪厚度的關系。從實驗結果中,比較各種土壤的技術指標,從中選出最適宜的土壤作為過渡段路堤的填料。從經(jīng)濟角度考慮,以就地取材為主。就地取材不僅經(jīng)濟,而且取材方便不誤工。填料的選擇原則應選用干容重較大的砂類土或滲水性較好的材料。這樣的材料具有良好的級配水穩(wěn)定性和壓實特性。當采用非滲水性土時,應在土中增加外摻劑,如石灰、水泥等。嚴禁使用淤泥、沼澤土以及含草皮、樹根、生活垃圾、雜物和含水量過大的土作為填料。

綜上所述

在橋頭引道處,剛性橋臺和柔性路堤之間的強度漸變段產生不均勻沉降,出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象,是公路工程一個重要而又突出的問題。但是,根據(jù)工程地質條件,做好路橋過渡段地基處治,結構設計恰當,加強控制過渡段結構施工的各個環(huán)節(jié)以及每道工序的工程質量和工作質量,從客觀上制定一套科學的管理程序,就能減少路橋過渡段的不均勻沉降,從而減輕甚至避免橋頭跳車現(xiàn)象,提高社會經(jīng)濟效益。