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公路桥头跳车的成因分析与对策研究

发表时间：2020/8/6 来源：《基层建设》2020年第10期作者：蔡光福

[导读] 摘要：桥头跳车是由桥梁桥头和台背路堤的沉降差引起的，会导致车辆通过时产生颠簸跳跃现象。

        重庆交通大学土木工程学院重庆 400074
        摘要：桥头跳车是由桥梁桥头和台背路堤的沉降差引起的，会导致车辆通过时产生颠簸跳跃现象。本文对近些年来国内外的桥头跳车现状进行阐述，以减小桥台与台背路堤的沉降差为中心，对引起桥头跳车的问题进行分析，提出了比较有效的桥头跳车防治对策。在参考以往文献的基础上，提出了几种防治桥头跳车的防治对策，具体总结为地基加固处理、设置桥头搭板等几个方面，此外，本文借鉴了埋置一端固定的弹性地基梁的设想来解决桥头跳车问题。
        关键词：桥头跳车；地基处理；弹性地基粱
        1. 引言
        随着我国经济的快速发展，我国公路建设取得了较大的进步。一些在公路建设中出现的问题也随之出现，桥头跳车就是其中较为常见的病害之一。桥头跳车是由于桥梁桥头与台背路堤产生沉降差而形成的，严重时会严重影响交通安全，其危害主要体现在降低桥头结构的使用年限、影响交通安全、增加后期养护费用等方面。
        2. 国内外研究综述
        1964开始，美国以背塔基州为典型代表，对当地的782座桥梁和桥头引道进行调查研究和实地考察，进过长达19年的连续观察，专家发现78%的桥头引道与桥梁存在沉降差，需要进行维修和替换，带来了一定的经济影响。James R.Lambrechts研究出在软基上采用竖向排水管的方法，通过竖向排水管的沉降量来得到软基的沉降量 [1]。Tatsuoka F.提出了在桥头地基中采用水泥回填土来减轻桥头跳车的方法。通过一系列对比研究实验，结果表明水泥回填土相比一般填土来说，水泥回填土对于减小路基沉降更加有效[2]。K.N.Gunalan 对路堤进行水泥搅拌桩处治，通过仪器监测来研究桥台和地基的沉降情况[3]。
        我国对于高速公路的建设相对较晚，早期建成的沪嘉和沈大高速公路受到技术条件限制，后期出现了较明显的桥头跳车问题。朱明双等人的研究显示，经过土工格栅处理后的地基的荷载的分布更加均匀，有效地减小了桥台与台背路堤的沉降差，且这种沉降变形趋势越来越小[4]。陈兰云等发现采用堆载联合预压法对于减小路桥衔阶段沉降差作用显著，可以很好的预防桥头跳车的产生[5]。上海在小跨径的单跨小桥与通道涵的设计中创新性的采用土工合成材料（加筋土），实现了具有刚性结构的桥台结构物与具有柔性结构的路基路面的平顺过渡，较好的减轻了桥头跳车现象。
        3.桥头跳车成因
        1.桥头地基的处理不当
        桥头地基是否合理处理将会直接影响桥头跳车的严重程度。桥梁附近的土质类别一般为软土和淤泥质土，软土地基有着地下水位较高、含水量大、孔隙比大、强度低、透水性差、压缩性大、抗剪强度低的特点，当它们受到外界荷载扰动时会产生较大的变形，当地基处理不当时就会发生桥头跳车。
        2.路基压实度达不到要求
        在桥台台背处，由于压实机具受到桥台台背空间的限制，压实度达不到要求等现象，因而增加了台后填料的压缩变形。在各种荷载长期作用下，沉降量逐渐增大，超过一定程度后导致跳车现象。
        3. 桥头搭板设置不合理
        桥头搭板是设置在桥梁桥头和台背路堤的过渡段，对于减小两者的沉降差有十分重要的作用。桥头搭板一般为钢筋混凝土结构，有较高的强度、抗变形能力，在桥头与道路之间起到过渡的作用。在设置桥头搭板时，要综合考虑桥台台背沉降后的纵坡变化值、周围的土质条件，来确定搭板的长度和厚度。
        4. 桥头跳车的防治措施
        4.1 地基加固处理
        桥梁桥台与台背路堤存在沉降差是桥头跳车产生的主要原因，地基加固处理在很大程度上减小了桥台台背路基的工后沉降，对减轻这个沉降差效果明显。

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目前常用的几种地基加固处理的方法为桥台软基处理、设置土工合成材料、台背压浆处理。
        土工合成材料具有强度高、稳定性好、适应性强、在外力作用下不易变形等特点，当用于桥台路堤时，桥台路堤的地基承载能力能得到显著提高，有效的减小了公路与桥梁衔接处地基产生的不均匀沉降，对减轻桥头跳车现象有明显的效果。
        台背压浆处理是将注浆通过运输管送到地基地层中，并逐步施加压力直至达到设计的压力为止，从而改善地基性能的一种地基处理方法，注浆主要起着化学胶结作用、惰性充填作用、离子交换作用，能有效的缓解桥头跳车现象。
        4.2 设置桥头搭板
        桥头搭板在桥梁中主要起到过渡作用，在桥梁一般都有设置，它可以减小桥台和路基衔接处的不均匀沉降，使车辆平顺通过桥头，能显著减轻结构突变带来的桥头跳车影响。目前已有多种搭板类型可以用于工程中，如单段式搭板、多段式搭板、可抬升式搭板、桩板结构等。
        搭板的两端分别设置在桥台和枕梁上，且在桥头端的搭板上设置防滑锚固钢筋。枕梁附近的路堤是应力集中的部位，相对容易发生变形，应对枕梁附近的路堤作特殊的加固处理。常用的方法是在枕梁处设置复合路堤，复合路堤通常采用碎石桩或水泥石灰桩，这种局部复合路堤能明显的提高枕梁下的路基土承载能力，对减小不均匀沉降也有较大帮助。
        4.3 埋置一端固定的弹性地基梁
        桥台结构一般可近似为刚性结构物，台背路堤可近似为柔性或半刚性结构物，两者在路桥衔接处不可避免的产生沉降差，这也是桥头跳车的成因。一端固定的弹性地基梁可近似看成悬臂梁的模型，其固定端设置在桥头，当这段地基受到外界荷载作用时，会发生靠近桥台处的地基沉降小而远离桥台处的地基沉降大的现象，这将会实现桥台到台背路堤的平稳过渡，避免产生桥头跳车。一端固定的弹性地基梁的作用机理就是梁体与土基共同作用，水平梁体分担整个复合地基的上部荷载，从而改变不同位置土基的受力状态，达到土基在线路方向不同位置的最终沉降受到设计控制的目的[6]。但是目前运用埋置一端固定的弹性地基梁的方法仍处于研究阶段，需要大量的实验来使该猜想得到运用。
        5. 总结
        本文对国内外的桥头跳车发展趋势进行了基本阐述，说明了桥头跳车防治对策的重点是减小桥头和台背路堤的沉降差。总结了桥头跳车产生的基本成因：桥头地基的处理不当、桥头搭板的设计不合理、后期养护不当。也提出了与之相应的防治对策，其处理对策可分为地基加固处理、合理设置桥头搭板、几个部分。此外，在参考以往文献的基础上引用了埋置一端固定的弹性地基梁解决桥头跳车的设想，对其基本模型和原理进行了简要说明。
        参考文献：
        [1]James R.Lambrechts.Analyzing Surcharge Needs to Reduce Secondary Compression at Embankment Interfaces[J].Geo Trans：2048-2057.
        [2]Tatsuoka F. Cement-Mixed Soil for Trans-Tokyo Bay Highway and Railway Bridge Abutments[J]. Geo Trans.2004：18-76.
        [3]K.N.Gunalan. Accelerating Construction of Bridge Abutments Legacy Parkway Project， UT[J]. Geo Trans.2004：488-495.
        [4]朱明双，朱向荣，王金昌.桥头软基现浇筒桩处理现场试验分析[J].土木工程学报，39（8）：102-107.
        [5]陈兰云，朱建才.真空-堆载联合预压加固高等级公路软基的工程实例分析[J].岩石力学与工程学报，2004，（1）：4628-4633.
        [6]杨学祥.埋置一端固定的弹性地基梁解决“桥头跳车”的设想与分析[J].长江大学学报（自科版），2005（04）：177-179+96.]