公路橋頭跳車的原因及防治措施工學(xué)論文
【摘要】在路建設(shè)，橋頭出現(xiàn)的跳車現(xiàn)象已成為公路的多發(fā)常見病害，是公路修筑的一個(gè)急待解決的重要課題。本文簡要分析了 橋頭跳車的成因及相應(yīng)的預(yù)防措施。
【關(guān)鍵詞】 橋頭跳車；原因；措施
【Abstract】In the highway construction, Chiaotou appear of jump car phenomenon to have become highway much the hair familiar disease to harm, is that one that the highway construct be nasty to treat to solve of importance topic.This text synopsis analysis Chiaotou jump a become of car because of and correspond of prevention measure.
【Key words】Chiaotou jump car;Reason;Measure
隨著高速公路的迅速發(fā)展，在公路建設(shè)中，橋頭出現(xiàn)的跳車現(xiàn)象，已成為公路的多發(fā)常見病害，嚴(yán)重影響行車的平穩(wěn)性和安全性，是目前軟土地區(qū)修筑公路的難題之一，也是公路修筑的一個(gè)急待解決的重要課題。橋頭產(chǎn)生跳車的主要原因是橋頭與路基的沉降差所致，它與地基條件、填筑材料、施工機(jī)械設(shè)備以及施工工藝等諸多因素有關(guān)。
1. 橋頭跳車的分析
橋頭跳車是由于橋臺與其后路基沉降不均勻造成了橋臺和路基頂面的沉降差而產(chǎn)生的。當(dāng)沉降差超過2cm以上時(shí)，將使此處的路面斷裂，從而使行車產(chǎn)生明顯的顛簸和不適。分析形成沉降斷裂的原因，主要是由于高等級公路橋臺基礎(chǔ)一般采用樁基礎(chǔ)，樁尖落到持力層，其沉降量甚小，設(shè)計(jì)控制施工后的沉降量一般為 2cm～3cm，而其后的臺背回填因地基沉降和臺后填料本身的壓縮變形，從而使橋臺和路基產(chǎn)生不均勻沉降，造成路面和橋臺的高程突變，形成橋頭跳車。
由此可見，橋頭跳車的原因主要是路橋的沉降差所致，而引起路橋沉降差的主要原因，是由于臺后路基的沉降所產(chǎn)生的。而路基沉降的原因主要有以下幾個(gè)方面：
1.1地基沉降。由于橋涵通常位于溝壑地段，地下水位較高，且多屬于軟弱基礎(chǔ)，在路基營運(yùn)荷載的作用下，使地基產(chǎn)生壓縮變形，形成地基沉陷。特別是由于軟弱地基一般都具有天然含水率高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、滲透系數(shù)小的特點(diǎn)，地基沉降更為嚴(yán)重，并且需要相當(dāng)長的時(shí)間才能趨于穩(wěn)定。
1.2臺背填料的壓實(shí)問題。高等級公路臺背回填的壓實(shí)，雖然采用了重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，壓實(shí)度要求在95％以上，但是有些工程的臺后填料采用的是砂類土或透水性材料，這些材料孔隙率大，所含的水分多，尤其在自重及車輛荷載的作用下，孔隙率逐漸降低，臺后填料在一定期限內(nèi)產(chǎn)生壓縮變形，根據(jù)試驗(yàn)及相關(guān)研究資料表明，路基填料本身的壓縮變形為路基填筑高度的1％。大家知道，高等級公路臺后回填高度一般都較高，因而臺后填料的壓縮變形也就相應(yīng)較大。更何況在臺后回填施工時(shí)，由于一些施工單位的質(zhì)量意識淡薄，往往達(dá)不到規(guī)定的壓實(shí)遍數(shù)，這樣壓實(shí)度就很難保證在95％以上，從而為以后的壓實(shí)變形留下了很大的空間，這也是工后填料壓實(shí)變形很大而導(dǎo)致臺后沉降的主要原因。
加上受工期、拆遷等一些客觀因素的影響，有些工程中的臺后回填要等到橋臺施工完成后，才能進(jìn)行填筑。因此，壓路機(jī)要受到橋臺的限制，碾壓困難，對緊靠臺后的填土難以碾壓到位，尤其是對于肋式橋臺、U型橋臺等受尺寸的限制，有的壓實(shí)機(jī)械根本進(jìn)不去，導(dǎo)致漏壓、壓不實(shí)等現(xiàn)象，使臺后填土的壓實(shí)度嚴(yán)重不足，盡管使用小型夯實(shí)設(shè)備補(bǔ)夯，也難以達(dá)到規(guī)定要求，因而增加了臺后填料的壓縮變形。
2. 減少橋頭跳車的措施
2.1地基預(yù)壓處理。預(yù)壓處理就是在擬建橋臺處，先填土預(yù)壓，待地基強(qiáng)度提高到一定程度后，挖去填土，再建造結(jié)構(gòu)物。有時(shí)為了加速地基固結(jié)下沉，在填筑路堤時(shí)，還可預(yù)先把土填得比設(shè)計(jì)高度高一些，或加寬填土寬度，待沉降穩(wěn)定后再挖除超填部分。這種預(yù)壓或超載預(yù)壓的方法，可以說是處理軟弱地基最有效、最經(jīng)濟(jì)的方法，它不僅可以解決橋頭的跳車問題，而且可以解決臺后填土的不均勻沉降問題。
以某高速公路3標(biāo)為例，該工程于2001年3月開工，路基填土于2001年9月基本完成，經(jīng)過一年的預(yù)壓周期，路基壓實(shí)度和路基工后沉降均滿足設(shè)計(jì)要求。在地基預(yù)壓處理中，監(jiān)理建議采取了以下預(yù)防措施，從而確保了工程質(zhì)量。
�。�1）分級加載控制標(biāo)準(zhǔn)。路堤中心線地面沉降速率不大于1.0cm／晝夜，坡腳水平位移速率不大于0.4cm／晝夜。若超過這一數(shù)值則立即停止填筑，直到沉降及位移速率小于控制標(biāo)準(zhǔn)方可繼續(xù)施工。
�。�2）超載卸載控制標(biāo)準(zhǔn)及路槽開挖時(shí)間的確定。超載填土路堤的預(yù)壓期大于設(shè)計(jì)規(guī)定時(shí)間且路堤中心線地面連續(xù)3個(gè)月沉降速率小于0.8cm／月方可卸除超載，繼而進(jìn)行路槽開挖。
�。�3）在預(yù)壓期內(nèi)不應(yīng)在路堤上做任何工程，只允許添加由于沉降而引起的附加填土。當(dāng)路堤中心點(diǎn)沉降大于20cm后，必須及時(shí)補(bǔ)償填土至設(shè)計(jì)所要求的超載預(yù)壓高程。
�。�4）路堤堆載施工前應(yīng)做好排水溝、集水井等施工排水措施，保證基底干燥，并設(shè)置永久性平面和高程控制基點(diǎn)。
�。�5）路堤填土前須清除地表雜草、樹根、農(nóng)作物等。如遇水田挖溝疏干，挖除表層淤泥、腐植土等。挖除原地面20cm耕植土后按4.0％～5.0％的坡度構(gòu)筑路拱，路拱采用符合規(guī)范要求的粘性土，壓實(shí)度大于90％。
（6）超載土方頂面應(yīng)保持4.0％的橫坡以利于排水；設(shè)計(jì)路面為單向橫坡的超高路堤路段，超載土方頂面應(yīng)保持與設(shè)計(jì)路面同樣坡度的單向橫坡。
�。�7）路堤與橋臺銜接部位，路堤與橋臺前預(yù)壓填土應(yīng)同步填筑與碾壓，分層碾壓厚度控制在15cm，壓實(shí)度滿足規(guī)范要求。
（8）基底放寬和施工坡度。為保證堆載預(yù)壓結(jié)束后路堤削坡成型，路堤正常填筑時(shí)要求施工單位應(yīng)根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)及規(guī)范要求確定適當(dāng)?shù)倪吰缕碌准訉捔亢拖鄳?yīng)的施工坡度。
2.2地基加固處理。 地基加固處理是最有效的防治橋臺跳車的方法之一，尤其是軟弱地基。由于地基加固的費(fèi)用占總投資的比重很大（約三分之一以上），所以，要認(rèn)真選取經(jīng)濟(jì)、有效的加固方案。
根據(jù)多年的施工經(jīng)驗(yàn)，對正常壓實(shí)的軟粘土而言，首先應(yīng)考慮采用排水固結(jié)措施，如插塑料排水板等方法，通過設(shè)置來改善地基的排水條件，縮短排水途徑，使地基承受附加荷載后，排水固結(jié)過程大大加快，進(jìn)而使地基強(qiáng)度得以提高。這種方法既經(jīng)濟(jì)又有效。如果屬于軟弱地基，除了常規(guī)的排水固結(jié)措施外，更多的是采用擠密樁等深層復(fù)合地基法來提高土的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，使橋頭路基盡量連續(xù)平穩(wěn)過渡。
（1）對產(chǎn)品質(zhì)量的控制。要求塑料排水板須符合設(shè)計(jì)要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品須有資質(zhì)的廠家提供，并有出廠檢查合格證，運(yùn)至工地后，須按規(guī)定頻率抽取樣品進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后方可使用。
�。�2）施工工藝需按以下程序進(jìn)行：整平原地面——構(gòu)筑土拱層——機(jī)具就位——塑料排水板穿靴——攢入套管——拔出套管——割斷塑料排水板——機(jī)具移位——攤鋪砂墊層。路基拱層采用級配碎石構(gòu)筑時(shí)，應(yīng)在拱層構(gòu)筑前先打設(shè)排水板。
�。�3）為防止排水通道堵塞，要求塑料排水板濾管材料具有一定隔離土顆料和滲透功能，應(yīng)等效于0.025mm孔隙，滲透系數(shù)應(yīng)不小于規(guī)范要求，施工現(xiàn)場堆放的塑料排水板盤帶應(yīng)適當(dāng)覆蓋，以防暴露在空氣中老化。施工中要防止泥土等雜物進(jìn)入套管內(nèi)，一旦發(fā)現(xiàn)須及時(shí)清除。
�。�4）為防止塑料排水板固定不牢，要求其穿靴時(shí)，須將其端部穿過預(yù)制靴頭固定架，對折帶子長約10cm，固定聯(lián)結(jié)牢固。塑料排水板搭接應(yīng)采用濾管內(nèi)平接的方法，芯板對扣，凹凸對齊，搭接長度不少于20cm，濾管包裹，用可靠措施固定。靴頭制作時(shí)，不論是鐵質(zhì)的還是混凝土的，其固定架一定要埋設(shè)牢固，發(fā)現(xiàn)固定架自身不牢時(shí)，不得使用。
�。�5）為防止塑料排水板埋入砂墊層長度不足，要求套管拔出地面后，精心丈量板體留出孔口長度，保證不小于50cm，再予以切割。如果留出孔口長度不足，可采用芯體平接的方法，芯板對口，凹凸對齊，搭接長度不小于20cm。
2.3合理使用填筑材料。 由于土的內(nèi)摩擦角較小，加之壓實(shí)質(zhì)量的影響，所填路基的壓縮沉降-般較大。因此，橋臺后的回填應(yīng)選用摩擦角大、強(qiáng)度高、透水性好的填料，如砂礫、礫石、連續(xù)級配碎、石灰穩(wěn)定土等，并且壓實(shí)速度快，加載后能在短期內(nèi)完成變形。在筆者所參與的高等級公路工程的施工過程中，后臺填土多采用輕質(zhì)填料，常用的材料為粉煤灰，其目的就是減少填方容重，減輕填方土體對地基的壓力，從而達(dá)到減少地表以下土層排水固結(jié)產(chǎn)生的沉降。對粉煤灰的原材料質(zhì)量，施工應(yīng)從以下兩個(gè)方面加以控制。
�。�1）粉煤灰的級配要符合要求。細(xì)粒過多，材料的摩擦角會減少，影響壓實(shí)度；反之細(xì)粒過少，粗顆粒易壓碎，壓實(shí)成型困難。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為粉煤灰的粒徑含量宜大于45%，粉煤灰的燒失量宜小于12%。
�。�2）控制好粉煤灰的含水量。一般常用的是濕排灰和調(diào)濕灰，其含水量較大，直接上路攤鋪壓實(shí)，無法達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度。因此，到運(yùn)至工地的粉煤灰一定要求在場地上堆高瀝水，以降低含水量，然后再上路攤鋪壓實(shí)。
2.4提高填筑材料的壓實(shí)度。 影響路基壓實(shí)效果的主要因素有含水量、碾壓層的厚度、壓實(shí)機(jī)械的類型和功能、碾壓遍數(shù)以及地基的強(qiáng)度等。
首先要調(diào)整填筑材料的含水量，由擊實(shí)試驗(yàn)所得的擊實(shí)曲線圖有一峰值，此處的干密度為最大，稱為最大干密度，與之對應(yīng)的含水量則稱為最佳含水量。只有在最佳含水量的情況下壓實(shí)效果最好。同時(shí)其壓實(shí)的土水穩(wěn)定性最好。所以對含水量過大的土，可采用翻松晾曬或均勻摻入石灰來降低含水量；對含水量過小的土，則灑水濕潤后再進(jìn)行壓實(shí)。
其次，壓實(shí)機(jī)械對一定含水量填筑材料的壓實(shí)狀態(tài)有很大影響。填土分層的壓實(shí)厚度、壓實(shí)遍數(shù)和壓實(shí)機(jī)械類型、土的種類和壓實(shí)度要求有關(guān)，應(yīng)通過試驗(yàn)來確定。一般20-30t的中型振動壓路機(jī)應(yīng)碾壓3～4遍，每層壓實(shí)厚度不超過20cm。
此外，壓路機(jī)行駛速度也大有講究，既不過慢也不過快，各種壓路機(jī)械的最大速度不宜超過4Km／h.碾壓開始宜且慢速，隨著土層的逐步密實(shí)，速度逐步提高。壓實(shí)時(shí)的單位壓力不應(yīng)超過土的強(qiáng)度級限，否則土體將會遭到破壞。開始時(shí)土體較疏松，強(qiáng)度低，故宜先輕壓，隨著土體密實(shí)度的增加，再逐步提高壓強(qiáng)。
另外，路堤施工時(shí)邊緣往往壓實(shí)不到，仍處于松散狀態(tài)，雨后容易滑坍，故兩側(cè)可采取多填適當(dāng)寬度，壓實(shí)工作完成后再按設(shè)計(jì)寬度和坡度予以刷齊整平。
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