高速公路桥头跳车技术浅析

摘 要：简述桥头跳车的原因及其对行车速度的影响，并从理论与施工两方面入手探讨了解决高速公路桥头跳车的方法，分别介绍了路基、台背、路面三个关键部位的处理方法，以期指导实践，避免桥头跳车问题的产生。

关键词：公路；桥头跳车；处理方法

1 概述

路面在桥头过渡段出现不同程度的驼峰、错台、断裂等病害，车辆通过时就会跳动，影响高速公路行车舒适性和人车安全，严重的会发生翻车撞车等交通事故。因此，如何解决高速公路桥头跳车问题，对于保证公路正常的使用和经济具有很大的意义。从理论上和公路施工经验方面，对解决桥头跳车问题进行探讨，提出自己的认识与

见解。

2 桥头跳车产生的原因

2.1 桥与路的刚柔不同引起的跳车

刚度不同的路面在车辆行驶时产生的振动效果也不同。桥梁由于采用桩基础或扩大基础， 自身的稳定与安全已不成问题，沉降量也很微小，属于刚性结构。而台背材料一般采用透水性材料砂砾填筑，与桥台相连的路基一样，其刚性较小柔性较大属于柔性结构。由于柔性材料对能量的吸收要大于刚性材料，这两者之间的刚度差势必引起这两者的塑性变形差，从而对车辆在此通过时产生一定的颠簸。

2.2 台后填筑材料受压收缩后引起路基沉降

台背填料因含有水分存在孔隙，施工中采取任何措施也难将填料颗粒间的孔隙完全消除。所以公路在使用过程中，由于路基土体的自重，并受车辆荷载和各种自然因素的作用，土体中水分逐渐排出，孔隙率逐渐降低，土体体积收缩，竖向沉降进一步发展，便在一定的时间内产生路基的沉降。所以，沉降主要取决于台背填料的性质和施工工艺、压实方法及防排水工程等。

2.3 地质状况不良造成的地基沉降

因为桥涵等构造物通常是修建在沟壑等地质复杂地段，地质状况一般都是软土，软土主要由粘土粒及分粒组成，孔隙比大，其粘粒含量较高，有的可达60-70%； 软土的天然含水量比较大，约在30-80%之间，受力后压缩量自然较大。在路基荷载作用下，地基中的应力状态发生变化，从而引起地基变形，出现沉降，所以在软土上填筑的路基也极易产生沉降。

3 桥头跳车的预防

施工设计在减轻跳车方面起着重要作用。另外，研究还向人们揭示了预防跳车现象产生的措施：桥台及路堤建在坚实的天然土基上； 修建足够长度及强度的桥头搭板； 充分压实填筑材料或使填筑材料处于稳定状态； 选用恰当的填筑材料； 保持排水通畅； 修建低路堤； 土方填筑与路面铺筑间有充分的时间间隔； 采用正确的施工方法及严格的检验； 减轻交通负荷。桥头搭板造价虽高，但却为解决跳车问题所广泛采用。最有效的桥头搭板为长度足以保持其坡度在1 /200以下且能承受全部行车荷载的搭板，典型尺寸为长8m，厚0.3m。

对桥头跳车的防治，公路部门采取了多种方法，然而耗资巨大，却没有切实可行的措施。目前的最佳做法是将优良的设计及施工方法与养护计划放在同等重要的位置，若从以下几方面考虑，虽不能把桥头跳车彻底消除，但却能将之减小到最低程度。

1）把桥头跳车作为一个独立的设计问题，并把预防其产生作为设计目标之一。因为当设计规则不精确时，工程上的失误会偶有发生。再者，当设计因素被完全忽视时，问题会进一步扩大。

2）每个设计部门均需指定一名技术人员负责桥梁接头设计。因为不均匀沉降、排水、冲刷及压实等是产生跳车的主要原因。

3）加强合作、开阔思路对解决跳车问题很有帮助。技术人员因勇于向现有的不成功的引道设计挑战。因为跳车通常出现在路堤与桥梁的连接处， 所以， 要成为优秀的基础与路堤设计者， 首先要对现场及土壤做充分的调查和试验。另外， 还要把施工与养护计划放在同等重要的位置。在养护人员、施工工程师、结构工程师、路面工程师以及道路工程师的通力合作下，跳车问题会更容易克服。

4）设计者对沉降量做精确计算，除非其明显不会构成问题，并应分别针对路堤和桥台建立沉降时间变化曲线，且在每次计算时都要对天然土及路堤土做适当的试验： 设计出路面铺完后将会产生的不均匀沉降量。由于在设计阶段不知道填土的劲度，在进行引道设计时应先设定某一劲度值并确保能在压实施工中满足和超出该劲度值。

5）如果不均匀沉降量太大而不能靠地基加固进行调整，设计者应考虑采用桥头搭板。是否采用桥头搭板受不均匀沉降量的大小、日平均交通量及养护费用等因素的影响。在任何情况下， 安全但费用高的解决方法为设置桥头搭板。效果好的桥头搭板应有足够的长度以保持由路堤向桥梁的平稳过渡，1/200的坡度被认为是搭板的容许坡度。搭板的设计应能承受全部行车荷载。当预测出将有大幅度沉降产生时，应专门设计一种可灌入混凝土使其抬高或可维修的桥头搭板。

6）一个好的设计应该充分考虑构造物与引道间伸缩量的变化。在进行桥台背墙和搭板的设计和施工时要确保它们不会随桥梁长度的变化而移动。

7）设计者应重视排水问题。排水设计应能排除路面积水并能防止造成冲刷。预防冲刷的普遍做法是在桥台周围选用抗冲刷材料以及使用土工合成材料使之与细料相结合。

8）设计者应该选用正确的规范进行路堤填筑。路堤压实。排水以及接缝的施工。桥台背墙处的路堤要达到足够的压实度尤为重要。

9）施工期间，尤其在道路方面进行有效彻底的检查有益于确保产品质量。

10）在结构物开放交通以前，监理和设计者应采取几种特别措施对其进行最终检查。对这些措施的采用处于下述的考虑：改正接缝施工中的不当，增加水密性是避免桥头跳车的关键； 道路纵断面必须满足规范中对桥面及引道坡度的规定； 结构物及道路上排水通畅将有助于降低长期养护费用。

4 桥头跳车的处治

4.1 压实度控制

我国现行公路施工技术规范要求台背填土的压实度相同或略高来控制填筑质量。分析一下压实度控制指标对控制桥头差异沉降的作用。路基填土在最佳含水量下压实达到干容重最大即是最佳压实效果。此外，从施工角度来看，由于台背施工空间狭窄，大型压实机具的使用受到限制， 要达到要求的压实度十分困难。另外，由于台背填料的多样性又使得单一压实度指标很难控制。研究表明，不同填料及时压实度相同，在同一荷载作用下的塑性变形也不相同：强度低、刚度小的材料塑性变形较大， 也就是说使用强度低，刚度小的填衬即是达到规范要求的压实度，在较大荷载作用下仍会产生较大塑性变形。综上所述，用压实度指标控制台背填筑很难有效地避免较大差异沉降产生，国内外普遍存在的桥头跳车现象也说明了这一点。增加台后填土密实度，提高压实的标准会产生积极效果，尤其现采用新规范后，压实度指标进一步提高，但施工难度很大，不易实现。

4.2 设置桥头搭板法

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。搭板设计的基本思路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。显然，搭板设计的关键是如何确定搭板长度。桥头跳车的产生是由于桥头部位路面纵坡变化造成行车跳跃，桥台与路堤衔接段内出现两次较大的路面纵坡变化，设置搭板则是将两次纵坡突变改善为两次或一次纵坡渐变，消除行车跳跃感，一般认为路面纵坡变化不大于5%时即可达到目的。

桥头设置搭板本质上也不过是辅弥补差异沉降的措施。由于实际施工中搭板长度都较短，所以对于较大的差异沉降它仍旧无能为力。此外，较多的情况又增加了一些新的桥头病害。1）尽管在路堤桥台衔接处无明显跳车，但在搭板枕梁处发生局部下沉造成这一部位的跳车；2）重交通作用下的搭板折断不仅未消除跳车现象，而且导致路面开裂雨水下渗使土基受到破坏；3）搭板在与桥台的衔接端拱起也会使路面破坏等等。

4.3 应用土工格栅处理桥头跳车

土工格栅的加筋处理：大量的工程实践和研究表明，加筋可以明显地提高土体的承载能力。到目前为止，关于土工合成材料加筋机理的认识集中于： 土工合成材料加筋发挥其抗拉强度，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3个方面：1）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； 2）加筋土在承受荷载时，土体的侧向变形受到加筋的抑制，承载能力随之提高， 趋近于弹性范围内工作；3）加筋材料使土体上的作用荷载均匀地分布在整个加筋土层上， 单位土体面积受荷减小。可以看出，应用土工合成材料进行台背填筑能够有效降低土体受荷压缩变形，减少塑性变形积累，一定程度上起到缩小桥头差异沉降的作用。土工格栅处理桥头跳车：应用土工合成材料进行台背填筑处理桥头跳车是目前广泛采用加筋土技术成功实践的启示。1）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。2）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。3）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。以上是室内模型试验的结果。另外，采用土工格栅进行桥头跳车处治，通过一年多的观测发现加筋填筑桥台一侧路面沉降明显减小，且沉降平缓均匀，达到了处理跳车的目的。而未处理的一侧在通车后不久桥头即出现较大的差异沉降。野外实体工程也说明应用土工格栅处理桥头跳车是行之有效的。

5 研究现状分析

随着高等级公路的大量建设， 虽然管理单位和工程设计人员对桥头跳车的危害有了比较清晰的认识和足够的重视， 在具体的工程设计中也采取了不少有效的处治措施， 取得了一些成功的经验。但从实际情况来看， 桥头跳车现象不仅在旧的桥头路堤存在， 在许多新建高速公路上也普遍存在。究其原因， 除了施工和运行过程中的一些不合理因素外， 主要原因有：

1）对桥头路堤缺乏比较详尽的地质和水文调查， 没有针对引起跳车的主要原因对症下药。

2）只注重桥头跳车处治方法的工程实践， 较少进行系统的研究， 对处治方法的机理和适应性研究明显不足， 只有宏观调查资料而缺少试验分析。因此， 方法的推广应用必然受到限制。

3）路桥过渡段作为一个复杂的体系， 处治应突出“综合处治”。

6 结论

1）桥头跳车是由于桥台台背填土在行车荷载作用下塑性变形的积累和填土自身固结沉降引起的， 而施工质量控制不严格又加速了跳车的产生。

2）台背填筑采用与路堤相同的压实度指标控制压实起不到有效防止桥头差异沉降产生的目的，台背施工空间狭窄往往使压实质量难以保证。

3）桥头搭板是一种将桥台和路堤的差异沉降进行缓和过渡的措施， 实践证明这一方法有待进一步完善。

4）土工格栅用于台背填筑处理桥头跳车有较可靠的理论依据和成功的工程实例。

5）一定范围内桥坡段可采用搅拌桩、碎石桩等进行加固挤密处理， 可有效防止路堤沉降。

参考文献

[1]步辉军.桥头跳车分析与处理措施[J]，四川建材，2011.05.

[2]任明.高速公路桥头跳车问题的分析与研究[J]，城市道桥与防洪，2003.01.