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1、第16 卷第 4 期 2001 年 12 月河北工业大学成人教育学院学报 Journal of Adult Education School of Hebei U niversity of T echnolog yVol. 16 No. 4 DEC. 2001桥头跳车的原因及对策宋娃丽 秦爱军*王荣霞( 河北工业大学 天津 300130)摘 要 桥头跳车是桥梁常见病害之一,本文从设计、施工以及路堤填料等方面分析了桥头跳车的原因,提出了防治桥头跳车的措施。 关键词 桥头跳车; 填料;弹性模量; 沉降0 引言桥头路堤是道路和桥梁的过渡段, 由于路基、材料、结构排水等多因素影响, 路堤在行车荷载等的
2、作用下, 极易产生错台,致使桥头产生跳车, 影响了行车的快速、安全和舒适。1 桥头跳车的原因分析1.1 桥台与路堤的抗变形能力不同是引起桥头跳车的根本原因一般情况下, 由于桥台巨大的自重作用 ( 重力式墩台) , 在其建筑过程中, 沉降已基本完成, 建成后的桥台沉降可视为零 ( 深基础亦如此) 。而桥头路堤部分, 由于桥涵通常位于沟壑地段, 路基地形起 伏较大, 地下水位一般较高, 且多属软土, 在其上填筑路基, 便极易产生沉陷。同时, 桥头路基填筑高度较一般地段大, 产生基底应力相对较大,更易引起路基沉降。如图 1所示为常见的桥头路面一般结构, 各路面结构层的材料、 弹性模量及厚度见表 1,
3、 采用综合模量法计算弯沉和弹性模量值 1。 计算结果为, 第二层上表面的综合模量只有200MPa, 与左侧桥台的 25000MPa ( 取水泥混凝土弹性模量) 相差 125倍。相差如此悬殊的抗变形能力, 势必造成轮载作用下的路面面层在连接点处发生受剪破坏, 所以路面体系的突变是造成桥头路面错台的主要原因。表 1 各路面结构层弹性模量及厚度层次材料弹性模量( MPa)厚度( cm)面层沥青混凝土15005基层沥青混凝土10008底基层水泥稳定碎石60017垫层砂石24024路基亚粘土28图 1 桥头路面结构示意图因此, 必须消除和减少结构突变的影响,使两个对接的性质不同的路面体系在抗垂直变形能力
4、上收稿日期: 2001926 宋娃丽 女 1964 年生 副教授 * 衡水市政管理处平滑过渡。1.2 引起桥头错台的其它原因1.2.1 设计不周、措施不当产生路基沉降 ( 1) 为了节省造价, 设计中常压缩桥孔尺寸,致使桥头路堤过长、过高, 使路堤大多处于排水不良、土质较弱的地基上。( 2) 对基底设计未作必要的处理, 或处理不当留下隐患。( 3) 台前、台背防护工程的设计不合理,路堤填料的水平土压力过大,导致防护工程产生水平位 移, 引起桥头路基沉陷。( 4) 对桥头路面水处理不良, 致使沿接缝或裂缝下渗路基,产生病害。1.2.2 控制施工质量不严,留下沉降隐患 ( 1) 施工不符合要求,台
5、背填土速度过快, 压实不密,则沉降快,对台背挡土墙等构造物的挤压力大。若台前护坡、挡墙等结构物砌筑不及时, 则可引起土体滑移, 影响压实效果,甚至危害桥基。( 2) 台背、尤其是台墙后侧及翼墙内侧填土,因受施工作业面限制, 工期紧的要求且不易使用压实机械等因素, 难以达到规定要求。 ( 3) 桥头混凝土路面设计不周导致施工质量问题的进一步后患。( 4) 对桥头沉陷病害缺乏足够认识,没有严格把好填料质量关, 按分层填筑、分层碾压、分层检测三分法施工。没有选择合适的气候条件进行施工等,而产生沉降。 1.2.3 台背填料引起路基压缩沉降台背填料因所含水分及存在孔隙, 使施工中的任何措施也不能将填料颗
6、粒间的孔隙完全消除,在其自重及车辆荷载作用下, 孔隙率逐渐降低, 填料逐渐压缩, 便在一定期限内产生压缩沉降。 因此, 压缩沉降主要决定于填料性质、施工条件及台前台背防护工程的设置情况, 一般透水性好的土、级配较 好的砂石料,其压缩沉降小; 施工符合程序、压实符合要求时,压缩沉降小; 台前台背设置挡墙、护面墙等防护工程构造物时,其压缩沉降也较小。1.2.4 桥头渗水造成路基及路面结构强度下降路堤与桥涵构筑物的连接处, 往往需设置伸缩缝,在伸缩缝使用过程中, 雨水和融雪容易发生渗 漏, 对路面结构层和土基产生侵蚀,造成各种细粒料的流失, 增加了结构层与土基的含水量,使其强度下降, 加据了桥头错台
7、的发生和发展。2 桥头跳车的防治措施2.1 合理设置桥涵构造物( 1) 设置桥涵构造物应充分考虑桥背填方路基的地质情况、填方高度、路堤长度、填料来源及路基沉降等问题, 选择确定的桥涵位置、跨径及桥背防护工程, 力避大河小跨径桥涵。 ( 2) 高等级公路人工构造物的设计宜采用 “ 宁暗勿明”的方针。以涵洞、通道为例,能设计成暗涵的就不要采用明涵,以免设置搭板。若高等级公路路面与桥梁、明涵和通道等人工构造物相连的结合部,一般均应设置相应长度的搭板, 以缓解桥头出现突然性跳车。 ( 3) 设计中宜取消桥头外露伸缩缝,因其经使用破损很快,可将外露缝作成暗藏式伸缩缝而保持桥面与路面的连续, 可防止桥头渗
8、水, 也可减小桥头车辆的跳动。2.2 加固处理桥背填筑前的底基处理好桥背软弱地基,是控制桥头跳车的重要措施。对软基可采用超载预压、打碎石桩、打粉喷 桩等措施, 加速软土地基的固结、提高地基的承载能力, 以减小地基的工后沉降, 另在处理后的基底顶面设置横向泄水管或盲沟。2.3 合理选择桥头路堤填料 桥涵端头路堤与桥涵构造物的刚柔差取决于填筑路堤材料刚度和压实度, 压实度仅是缩小刚柔差10河北工业大学成人教育学院学报2001 年的一个方面,回填料的刚度则是避免桥头跳车的根本。桥头路堤填料必须具备下列条件:图 2 桥头路堤与路基衔接示意( 1) 填料刚度介于路基材料与桥涵结构材料刚度之间; ( 2)
9、 易于压实。从高等级公路桥头跳车处治方法效果可知:采用刚度低、塑性变形大和要求压实功高的填筑材料不可取。砂砾料要求压实功小, 但不如半刚性材料, 对设计行车速度高的高等级公路采用砂砾料填筑,仍会产生轻微跳车。半刚性材料( 如水泥稳定类) 刚度大、强度高、易于压实, 是处 理桥头跳车的最好填料, 但造价高,不可能桥头路堤都是用半刚性材料填筑。 对于高速及一级公路, 路堤填料采用砂砾料, 从路基顶面向下宜加铺一定厚 度的半刚性材料;二级路及以下公路, 路堤填料采用砂砾料。当砂砾类填料来源困难, 采用土料填筑时, 对与土质不好, 含水量高的土质, 应掺小剂量石灰、 水 泥或土壤离子稳定剂进行处理。由
10、于砂砾内摩阻角度大、透水性好,施工时细料含量不宜过大,还应满足一定长和宽的要求。通 常情况下, 基底处长度不小于 2 米。2.4 保证压实度2.4.1 重视桥头路堤与路基衔接桥头路堤与路基衔接分为坡面衔接和台阶衔 接。 坡面衔接是指桥涵头处路堤回填与路基采用某一坡度相接 ( 坡度一般不大于 1: 1) , 由于回填厚度在坡面处渐变, 出现碾压层的厚度不均匀, 压实效果差。台阶衔接指桥涵头路堤与路基通过开挖台阶连接,由于每一层填料厚度等厚, 台阶对碾压有一定的加固作用, 便于压实。因此,桥涵头路堤与路基采用台阶衔接优于坡面连接。我国一些高速公路, 自桥涵基础顶面开始,台墙外 1 米为起点, 对于
11、 原状土采用高宽为6060 厘米的台阶, 对填筑路基, 采用高宽比为 60100 厘米的台阶, 向上开挖至路基标高, 处理效果较好 ( 见图 2) 。2.4.2 严格控制施工质量 严格按有关施工规程作业,控制每层填料厚度、碾压遍数,并对每层填筑质量实施检测,透水性图 3 桥头路面结构的改进方案 图 4 自 B 至 E 的综合弹性模量变化11第 4 期 宋娃丽等 桥头跳车的原因及对策 材料系用孔隙率控制其施工压实质量, 一般不宜 15% 。图 5 桥头搭板设置2.5 桥头路面作特殊结构处理2.5. 1 桥头路面结构的改进方案 将桥头结构作如下调整 ( 见图 3) :( 1) 把桥台背墙面后缘的直
12、角改为 ( 2025) ( 3035) 的斜坡。( 2) 面层厚度不变, 基层厚度自 E 至 A 由正常路段厚度逐渐递增, 再逐渐减薄至B 点, 形成三角填充过渡区。 ( 3) 在基层下底基层等厚铺至台背,再贴台背竖向下延与排水层相连 2。2.5.2 桥头路面结构改进的意义( 1) 提供一个连续的过渡段 由于三角形过渡区的出现,使原来面层下两个路面体系的对接形式变为局部搭接形式, 从而增加了桥头结构断点 A 处的路面结构厚度, 降低了应力集中的峰值, 增强了路面竖向抗剪能力。从面层下的体系综合模量的过渡来看, 这种局部搭接结构也是非常有利的: 在图 3 中, 由 B 至 A 和由 A 至 E,
13、由于组合结构是连续变化的, 故其综合模量也是渐变的。桥头 A 点的两侧, 仍用前苏联公式求得 A 点 左、右两侧的基层体系综合模量分别为 1626MPa 和 919MPa, 仅相差 1. 77 倍, 基本消除了结构突变的影响, 从而达到使路面结构在桥头 A 点左右的均匀过渡, 使轮载作用下A 点左、右两侧的路面弯沉趋于一致, 从而大大改善了桥头处路面的受力状况。假定基层体系综合模量 E 呈直线变化, 则得自B 至E 的综合弹性模量变化图 ( 图 4) 。如选用水泥稳定土作基层或垫层, 并通过调整水泥剂量来实现路面 体系的综合模量由桥台段到正常路段的逐渐过渡,效果会更好。( 2) 便于施工, 提
14、高了压实度桥台背墙的斜坡有利于施工时压路机对背墙根部路 面各层的碾压, 从而提高压实度, 这对减少路基沉降有重要意义。( 3) 紧贴台背铺设的水泥稳定碎石层, 有利于排水和减少沉降,以及提高 A 点右侧路面体系的综合模量。 2.6 桥头设置搭板在桥头与路堤的连接部位,通常采用台后设置搭板的方法, 通称桥头搭板, 用以实现沉降差和刚柔过渡, 达 到行车舒适的目的。搭板的一端置于牛腿上, 另一端置于枕梁上( 图 5) ,也可直接置于面层灰土的板体上 3。 无论是否设置枕梁,都需要在桥台施工时,在牛腿上设置预埋钢筋, 在搭板 施工时, 将搭板钢筋与预埋钢筋相连, 以加强搭板的稳定性。搭板下的基层必须
15、坚实可靠形成板体,这不仅是为减少沉降的需要, 而且也与计算理论相一致。在搭板 设计中, 基层都采用了回填砂砾, 分层夯实的地基土上,做二步 10%灰土, 每步 30 厘米, 并在其上再浇砼搭板,同时为了减少冲击效应和日后有可能的修补调整高差, 在其搭板顶面除保证路面厚度外, 再加铺 1019 厘米的二灰级配碎石。3 结 论在以后的桥梁设计和施工中, 只要对导致桥头跳车病害的各因素引起重视, 并采取一定的措施, 必 (下转第 20 页)12河北工业大学成人教育学院学报2001 年可提高到 70- 80% 左右, 加抗剥落剂后 T SR 值有明显的提高。5 小结5.1 加入抗剥落剂的 SMA 从残
16、留稳定度和 TSR 指标均达到了规范的要求,水稳性较好。5. 2 SMA 的残留稳定度和 T SR 小于密级配的 AC, 但尚不能得出 SMA 水稳性较 AC 水稳性差的结论, 因为 SMA 沥青含量大,在持续高温 ( 60, 24h) 下, 会使玛蹄脂软化而发生移动, 损害混合料的结构, 受影响程度大于 AC。因此,建议对 SMA 的 TSR 和马氏残留稳定度规范值适当降低。 5. 3 SMA 水稳性要好于多孔性路面和空隙率较大的 AC, 尽管这二者可以获得较大的表面构造深度,但一定程度上是以降低混合料水稳性为代价的, 而 SMA 则避免了这种情况的发生, 不仅构造深度大,同时也拥有较好的水稳性。 5. 4 SBS 改性剂对提高混合料的水稳性没有贡献, 但由于增加了混合料高温粘度, 有利于改善高温性能。5.5 水煮法只用于评价粗集料和沥青的粘附性,不能用于评价细集料和沥青的粘附性,而通常细集料与沥青的粘附性对混合料来讲又是十分重要的。水煮法作为水稳性评价的相对指标
