畢業(yè)論文高速公路橋頭跳車的問題

1、一、前言橋頭跳車是由于橋梁或涵洞等結構物兩端（橋臺）與路堤填土銜接處，產(chǎn)生較大的差異沉降和差異剛度，使路面出現(xiàn)顯著的縱坡變化和剛度突變，從而導致高速行駛的車輛產(chǎn)生跳躍現(xiàn)象，嚴重影響行車安全和舒適度。橋頭跳車危害表現(xiàn)為：影響行車安全、降低行車速度、影響車輛運營費用和加速橋梁及路面的病害，對道路橋梁的運行影響極大。二、 橋頭跳車的原因分析（一）設計不周有些設計前沒有按要求進行地質(zhì)勘探與試驗，設計時沒有充分考慮橋臺臺背回填沉降的長期性、不良地基處理方案不適宜、橋或接縫損壞而造成跳車。梁與引道路面接縫設計處理不當?shù)?，造成通車后兩側引道沉降大。（二）橋頭路堤地基的沉降橋頭跳車的直接原因是橋臺與路堤的沉降

2、差異。橋涵通常位于溝壑地方，地下水位較高，土壓縮性高，抗剪強度低，一旦受到擾動，天然結構易受破壞，且橋臺是剛性構筑物，其下部一般都有樁基礎，因而橋臺的變形和沉降非常??；而橋頭路基填筑高度一般較大，產(chǎn)生基底應力相對較大，在車輛荷載反復作用下，如基底處理不當更容易引起地基沉陷，稱為次固結沉降，這種沉降由變形至穩(wěn)定往往歷時很多年。且橋頭路堤及錐坡范圍內(nèi)的地基是柔性的，在路堤土的重力及車輛荷載作用下都有較大的塑性變形，所以橋頭路堤的沉降比橋臺要大，造成兩者的差異沉降，形成橋頭跳車。（三）路基填料的影響路堤填料在汽車荷載反復作用下，產(chǎn)生包括塑性和彈性的變形，其中主要是塑性變形。 這種不可恢復的塑性變形是

3、內(nèi)部土顆粒間的蠕變和側向變形造成的，相同作用不同填料的塑性變形量不同，且這種塑性變形在車輛荷載反復作用下會不斷積累，填料塑性變形大的，形成橋頭的沉降差就大，也就導致了橋頭跳車。因臺后填土較高，隨著時間推移，都產(chǎn)生不可避免沉降。有時臺后填土荷載對基底產(chǎn)生附加壓力，嚴重時會使橋臺向后傾斜，發(fā)生不均勻下沉，危及行車安全。（四）橋頭路堤人為施工因素及壓實度的影響首先，一些施工隊沒有嚴格按施工規(guī)程作業(yè)，臺背填土速度過快，施工時沒有按分層填筑、分層碾壓、分層檢測“三分法”施工，排水措施沒有做好，壓實度達不到標準。這些人為因素使高填土引道不穩(wěn)定，工后沉降大，且不均勻，是造成跳車現(xiàn)象主要原因之一。其次，臺后填

4、料一般為滲透性材料，存在著多孔隙，在車輛荷載和自身重力作用下，填料經(jīng)壓縮后孔隙率降低，在短時間內(nèi)產(chǎn)生壓縮沉降。再有，從施工上來看，橋臺背后施工空間狹窄，工作面小，大型壓實機具的使用受到限制。為保證橋臺不受損壞，大型壓實機具不宜靠近和接觸臺背，臺背填土很難達到要求的壓實度，通車后，這部分路堤的變形較大，導致橋頭跳車。此外，路基填土在最佳含水量下壓實能達到最佳壓實效果，即干容重最大。下圖是填土干容量 含水量關系(曲線1)和填土壓縮模量含水量關系(曲線2)的疊合圖。從以下圖可以看出，兩條曲線并不重合，在最佳含水量(0)下壓實的填土盡管干容重最大，但相應的壓縮模量相對要小，也就是受荷載作用后變形就比較

5、大。這種較大的變形也對橋臺與路堤銜接處產(chǎn)生不利影響。 （五）結構突變橋臺路面與臺背路面在結構上存在著差異鋪設在橋臺臺背路堤上的路面結構為多層路面體系，鋪設在橋臺頂?shù)穆访娼Y構為路面面層與剛性橋臺組成雙層路面體系。在車輛荷載作用下，鋪設在橋臺臺背路堤上的路面墊層、基層密實度迅速增加，結構層壓縮；而鋪設在橋臺頂?shù)穆访嬉蚵访嫦聦佑蓸蚺_組成，而橋臺為巨大建筑作用，加上基礎處理嚴格，相對于路基而言，沉降可視為零。這樣，不同路面結構層兩側抗變形能力不同，相對沉降就不可避免出現(xiàn)，使路面結構破壞，造成跳車。（六）橋頭路堤滲水破壞 橋頭的差異沉降容易造成路面開裂，路面水滲入路基，受浸泡的路基強度指標下降，基土軟化

6、，造成引道路基下沉，導致跳車。同時還易發(fā)生唧泥、噴漿等破壞，而跳車又加大了車輛荷載對路面和路基的沖擊力。如養(yǎng)護維修不及時，這種惡性循環(huán)會使破壞程度加劇發(fā)展。橋頭路基兩側排水不暢、防水工程不完善也極易引起路基土的流失，引起橋頭引道的沉降和跳車。（七）沉降盆的影響施工時，經(jīng)常是填土時，預留橋臺及下部樁基礎施工的空間，待橋臺及基礎完成后再回填土。在這兩種情況下，沉降盆發(fā)生了變化，好象向前移動了。這樣就造成沉降S，而且這種施工工藝使橋臺后的填土很難壓實，更加劇了沉降的差異。三、橋頭跳車病害防治措施針對這一病害形成的原因，為了最大限度的減小橋頭跳車病害，我們在實際的工程施工中，較好的解決了橋頭跳車的問題

7、，現(xiàn)以寧波繞城高速公路中的明州高架橋及土建工程第十合同段為例。鑒于寧波繞城公路是國家公路網(wǎng)主骨架同三線的重要組成部分，是連接沿海中心城市和沿海主要港口，以充分發(fā)揮中心城市輻射功能及沿海港口城市對經(jīng)濟發(fā)展的帶動作用。本合同以橋梁工程為主，主要是明州高架橋，全長3328.5米?；A為鉆孔灌注樁，下部結構為柱式墩臺，預制預應力混凝土蓋梁，上部結構為預應力混凝土空心板。該項目位于浙江省寧波市境內(nèi)，沿線經(jīng)過的行政區(qū)有寧波市鎮(zhèn)海區(qū)、江北區(qū)和鄞州區(qū)，并在奉化江邊約500米的路段處于奉化市境內(nèi)。本項目所經(jīng)地區(qū)地貌類型簡單，地勢平坦，平均海拔在2.5左右，主要為濱海湖沼淤積平原，內(nèi)部低洼，河流縱橫，村莊密集，地

8、表植被以農(nóng)作物為主。1）淺部為全新世地層，以海相的淤泥質(zhì)為主，性質(zhì)較差，構成了路基主要壓縮沉降土層。2）中部及下部為上更新世地層，巖性為沖積相粘性土、碎石類土及沖海積相粘性土，構成了橋涵的主要樁基持力層。3）基巖以晚侏羅紀火山巖為主，性質(zhì)較好。我們主要在以下幾個方面進行了防治：（一）加強設計本工程的設計采用了一些新的工藝和方法，達到解決或減少橋頭跳車的目的。我們采取了由湖南大學土木工程學院陳昌富教授領銜的課題組，與湖南長常高速公路建設公司、潭邵高速公路建設公司聯(lián)合組成研究組研制的“半剛性擠密樁復合地基”實現(xiàn)橋臺臺背剛柔過渡技術，這種處理方法是：一種由搭板、半剛性擠密樁復合地基和蓋板組成的加固橋

9、臺臺背的結構體系，這種結構能較好的解決了橋臺臺背由剛度相對較大的橋臺過渡到剛度相對較低的路堤的問題。此項技術應用于長常高速公路和潭邵高速公路等工程上明顯減少了橋頭跳車現(xiàn)象，提高了車輛行駛的舒適性和安全性。（二）處理好臺后地基  處理好臺后地基是控制橋頭跳車的重要措施，所以根據(jù)華通公司從事以往公路的施工經(jīng)驗，強調(diào)和抓好構造物臺背回填是我們高度重視的一道工序。公路軟土地基設計規(guī)范中對橋梁、通道、涵洞等構筑物與路堤相接處的工后沉降規(guī)定見下表： 工程位置道路等級橋臺與路堤相鄰處涵洞或箱型通話處一般路段高速公路、一級公路0.10m0.20m0.30m二級公路0.20m0.30m0.5

10、0m1、一般地基。挖除橋頭路堤邊坡及錐坡(護坡)坡腳外2m范圍內(nèi)的腐植土、耕植土、淤泥等非適用土，對基底進行壓實，至達規(guī)定壓實度。 2、軟弱地基。本工程淺部為全新世地層，以海相的淤泥泥質(zhì)為主，性質(zhì)較差，構成了地基主要壓縮沉降土層，對這一項的處理，現(xiàn)在國內(nèi)有換填法、超載預壓、塑料排水板、粉噴樁復合地基等常用方法。橋頭路堤地基要針對軟土層的厚度和軟弱程度采用不同的處治方法。當淺層軟土厚度小于2m時宜全部挖除，再進行基底壓實，換填顆粒較粗的透水性填料，壓實度要求同一般地基。當軟土層較厚，全部挖除有困難時，則可采用其它方法。      超載預壓法施工工

11、期較長，剩余沉降量也大。但真空預壓法在杭寧高速德清段建設中嘗試成功，它的原理是將地基部分形成真空，利用氣壓的作用迅速排出土壤中的水分。它與傳統(tǒng)的超載預壓法相比，具有排水固結快、成本低、工期短、路基填筑快速、穩(wěn)定、安全等特點。 對于飽和軟粘土類地基應盡量考慮采用塑料排水板或砂井等排水固結法處理，這類方法造價比較低，加固效果好，施工也簡單，且經(jīng)驗較為成熟；水泥粉噴樁復合地基加固軟土效果明顯，施工工期短，但費用高。本工程橋頭路段，設計采用了預制混凝土管樁，上鋪碎石墊層和土工格柵，預制混凝土管樁采用薄壁預應力混凝土管樁，樁徑40cm，壁厚60mm，樁帽采用C30混凝土。地基挖除或處理后，設置

12、碎石墊層，在墊層頂面鋪設土工格柵，坡腳處設排水盲溝及時將路基水排除。對于濕陷性黃土地基，除了進行強夯處理壓實度、承載力達要求外，處理后的基底標高在橋臺、橋頭路堤范圍內(nèi)還應在同一水平面上，并用石灰土或水泥土封閉，防止地基浸水。同時做好防水、排水工程，防止地表水滲入路基，造成沉陷。（三）正確的選擇橋頭路堤的填料對橋頭路堤，特別是軟土地段，填料應選擇內(nèi)摩擦角大、透水性良好、易壓實、沉降完成快、后期變形小的填料，且其細料含量不宜過大?；蛴梦锢砹W性能比較高的流態(tài)粉煤灰水泥混合料作為橋臺回填料。不能采用高塑性粘土填筑橋頭路段。若透水性材料來源困難，可采用細粒土填筑，并執(zhí)行有關規(guī)定，土質(zhì)不好、含水量高的必

13、要時可摻小劑量石灰、水泥或土壤離子穩(wěn)定劑等進行處理。且在橋頭路堤任一高度的平面內(nèi)不應采用不同填料填筑。本工程淺部為全新世地層，以海相的淤泥質(zhì)為主，性質(zhì)較差，構成了地基主要壓縮沉降土層，中部及下部為上更新世地層，巖性為沖積相粘性土、碎石類土及沖海積相粘性土，所以在橋頭路堤中使用了土工合成材料土工格柵加筋層，利用其抗拉強度，通過加筋與土體之間的摩擦作用約束土體的側向變形，從而達到提高土體承載力和抗剪強度的目的。經(jīng)試驗，證明了土工格柵加筋層間距越小，并且路堤沉降越小。（四）減少人為因素的不利影響和質(zhì)量控制   在本工程施工過程中，填筑施工我們嚴格按規(guī)范進行，遵循“早開工，工期長一

14、點”原則，按“三分法”施工，分層填筑、分層碾壓、分層檢測，控制好壓實度和含水量，此外還按規(guī)范要求控制好填土速率。橋頭路堤及錐坡應用小型振動式壓路機或用強夯機分層碾壓夯實，每層碾壓厚度為15cm，在雨季回填時，填筑面做成3%-4%的坡度，以利于排水，由試驗得出橋頭路堤的工后沉降量，以此來確定以后工序所應采取的措施。首先考慮到0#橋臺（位于水中）的施工，采用筑壩后對原河床進行處理，能夠確保0#橋臺回填土的施工。其次考慮到如不進行處理，將造成橋臺填土從樁基中流失，影響橋頭接坡的道路質(zhì)量。同時綜合考慮到施工成本，樁基施工平臺，特采用在河道中筑壩，對橋臺進行清淤后分層回填施工。在處理后并及時進行護坡的施

15、工，以保證填土不致流失，附圖示意。（五）對接頭處路面進行處理      為使兩個對接性質(zhì)不同路面體系在抗垂直形變上能平順過渡，對連接瀝青路面，則在橋臺處增設增變厚式水泥混凝土埋板，對連接水泥混凝上路面，則將連接處路面板改為變厚式。      采用鋼筋混凝土搭板是一種比較常見的處治辦法。搭板一端放在橋臺上，并加設防滑錨固鋼筋，如為斜交橋，則應設置鋼筋混凝土漸變板。其原理是將橋臺與路堤銜接處因較大差異沉降引起的路面縱坡突變，通過設置橋頭搭板進行緩和過渡，將路面縱坡變化控制在容許范圍內(nèi)。搭板長度的確定

16、是設計的關鍵。   當路面縱坡的變化不大于5/1000時，認為可基本消除行車的跳躍感則 有: 5/1000x/L(搭板長度L；橋頭差異沉降量x；) 可推出 L200×x但根據(jù)公式，若x=10cm，可得L20m。 在實際應用中，搭板一般長度為8米左右，厚約30cm。搭板連接了橋臺和路堤難以壓實的部分，越過了非壓密區(qū)，對橋臺背后填料難以壓實造成的問題起到了一定有效的作用。 寧波繞城高速公路就采用了8米長、0.3米厚的搭板形式處理橋臺處路面，搭板一端放在橋臺上，并加設防滑錨固鋼筋，另一端則搭在枕梁上，枕梁的尺寸寬為20cm，高度為30cm。另外解決橋頭跳車的辦法是待沉降后再改鋪原

17、設計路面，常用過渡性路面有預制水泥砼塊、瀝青過渡層等。（六）對于路堤滲水破壞的防治      防治路堤滲水首先做好前面的四點，減少因橋臺臺背填土不均勻沉降所引起的路面裂縫，對接縫處進行加強處理，做好路面及路基排水系統(tǒng)。因橋頭跳車時路面所受應力至少是平時的2 倍以上，當橋頭處開始出現(xiàn)破壞時，應及時進行修補，以免路面滲水和橋臺跳車形成惡性循環(huán)，對路堤造成更大的損壞。 （七）合理的橋頭預壓 預壓處理法又稱預固結法，對于高速公路高路堤工程，即是利用路堤荷栽對地基施加應力，引起地基中孔隙水壓力增加，經(jīng)過一定時間的預壓，地基不斷沉降，孔隙水壓力不斷趨向原始

18、應力狀態(tài)，時間足夠長時，沉降趨于穩(wěn)定。如果進行預壓的路堤荷載越過設計的公路工程荷載（包括路堤與路面結構），則該種預壓稱為超載預壓；預壓荷載等于公路荷載稱為等載預壓；預壓荷載小于公路工程荷載稱為欠載預壓。為了達到理想的效果，應采用超載預壓法或等載預壓法。在實際工程中根據(jù)工期的情況確定了預壓時間，又根據(jù)預壓時間確定了采用等載預壓。（八）運營期的維護公路投入營運后，常會出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象。橋頭及橋梁伸縮縫處出現(xiàn)破壞，接縫處下沉，路面損壞，形成錯臺。這些臺階，輕的使車輛通過時產(chǎn)生跳動和沖擊，從而對橋梁和路面造成附加的沖擊荷載，造成行車不適或使通過的車輛大幅度減速，重的有的甚至造成行車事故，從而影響公路的正常營運。這種現(xiàn)象在一些軟土地基的地方更為嚴重，給養(yǎng)護部門帶來了很大困難。所以，運營期對橋頭跳車跟蹤和維護也很必要。（九）及時修補 在使用的過程中，若橋頭處開始出現(xiàn)破壞時，應及時進行修補，否則會加速橋頭路面和路基的破壞。因為一旦橋頭開始跳車，汽車荷載對路面的作用力要比沒出現(xiàn)破壞時大的多，從下式中可以看出: 式中: :橋頭跳車時路面所受應力； 0 :無橋頭跳車是路面所受應力； h:跳車時，車輛距路面的最大垂直距離（米）； s:車輛靜止時，路面所產(chǎn)生的變形（米）