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我國正處于高速公路建設快速發展的時期,人們對行車的安全、平穩、舒適的要求逐漸提高,而滑坡、沉陷、翻漿、橋頭跳車等公路病害卻困擾著人們,這些病害的出現也致使高速公路運營期的養護維修任務不斷加重。其中,橋頭跳車是一種在公路建設中常見的問題,一般出現在水域較多以及地質結構松散區域的公路建設中,其形成原因主要是在公路與橋梁連接的過程中,由于橋體的剛性與公路的柔性之間物理性質的差異以及地基土層結構較為松軟導致的受壓沉降,橋頭連接處在車輛通過過程中發生斷裂導致車體跳起,固被稱作橋頭跳車。
橋頭跳車的危害
首先,行車過程中,遇到突然的顛簸容易給駕駛者的心理造成很大的負擔,當汽車遭遇顛簸后,汽車輪胎與道路表面都會產生極大的沖擊載荷,長時間負荷過大的沖擊載荷,容易使道路表面產生斷裂、橋梁橋臺、伸縮縫、橋臺等不同程度的損毀。其次,過大的沖擊載荷對道路、汽車輪胎的磨損,會加大路面的養護工作量,輪胎更換的次數也會隨之增加。最后,夜間行車時,橋頭跳車現象容易造成行車安全問題,通常情況下夜間駕駛者在駕駛過程中遇到橋頭跳車現象,會容易出現操作失控等問題,最終對生命財產安全帶來巨大的損失。
橋頭跳車的原因分析
1.剛柔結構過渡引起的沉降差橋臺構造物通常采用剛度較大的彈性材料填筑而成,如鋼筋混凝土、石塊等,其整體剛度較大,屬于剛性結構;而與橋臺構造物相銜接的道路路堤的填筑材料主要為彈塑性材料,如碎石土、粘土等,這種材料大多呈現柔度較大而剛度較小的特點,屬于柔性結構。根據研究可知,在荷載作用下,剛性結構雖然會發生一定的變形,但其變形量很小,可忽略不計;柔性結構在荷載作用下會產生巨大的變形。橋頭跳車現象正好發生在橋臺構造物與道路路堤銜接處,在該處勢必會產生較大的差異沉降,嚴重影響行車的安全性和舒適性。
2.路堤填料壓縮引起的沉降在施工期間,受施工作業面狹窄、工期短的限制,臺背回填法通常難以碾壓密實,無法達到密實度的要求,特別是緊靠臺背的填料局部存在碾壓盲區。因此,當高速公路投入使用時,在路堤自重和行車荷載共同作用下,路堤填料中的孔隙逐漸被壓縮,孔隙率顯著降低,密實度顯著提高,與之對應的路堤填料急劇下沉,產生較大的壓縮沉降量。然而,橋臺屬于剛性結構,其沉降量可忽略不計,導致橋臺與路堤填土之間存在一個明顯的高程差,會不可避免地造成橋頭跳車現象發生。此外,當雨水滲入銜接處的裂縫或者壓實度不足的路堤時,更會加劇路堤填土的沉降,使路堤的沉降量更大,更易造成橋頭跳車。
3.路基基礎引起的沉降路基基礎引起的沉降通常出現在軟基的情況下,一般而言,軟基具有承載力低、壓縮性高、排水固結時間長等特點,當高速公路建立在軟基上時,由于軟基排水固結時間相對較長,通常路面施工完成后,軟基仍在繼續排水固結,因此會造成路基基礎工后沉降變形量較大,并引起橋頭跳車現象。此外,橋梁通常建立在河流之上,與橋臺銜接處的軟基受含水量的變化,更易加劇路基基礎的沉降。
4.橡膠支座損壞橡膠支座是為了保持車輛荷載與橋梁承載力之間得到緩沖并能上下活動的結構。如果橡膠支座損壞,就會導致橋梁上部結構在承受車載壓力時直接與下部接觸,將壓力傳入橋頭基底之中,造成上部結構破裂以及基底沉降。
5.施工原因部分施工單位除了注重施工成本,更看重施工工期,他們希望縮短工期提前交付,這就導致其中的施工環節過于匆忙,極易出現施工不當的情況,例如在施工中為了縮短臺背填土施工時間,在填土后未為臺背提供充足的固結時間就進行了下一項施工,這樣的操作會使臺背整體承載力還未達到額定標準就受到了外界壓力,導致填料整體作用無法充分發揮。
橋頭跳車的施工管理對策
基于橋頭跳車的成因分析,針對引起橋頭跳車現象發生的幾種因素,在工程建設中通常采用以下幾種處治措施來改善或解決橋頭跳車問題。
1.做好處治準備工作第一,優先聘用具有較高專業施工能力的人員,保證施工質量,確保在對橋頭處治時提升處治效果。第二,施工單位必須對施工人員進行培訓,明確處治流程及主要方法,保證所有施工人員能夠嚴格按照處治方法施工,并對所有參與培訓人員進行考核,考核成績較好的人員予以先入崗位,成績較低的人員應繼續培訓,保證所有人員滿足施工需求。第三,對所有施工材料的質量進行嚴格檢測與分析,不達標的材料應立即返回,并對采購人員進行問責。第四,提前做好各類標志牌,為施工人員準備標志服裝、反光筒燈等必備用具,將所有標志類物品做成黃色,同時使用黃色頻閃燈,將施工區域進行圈定,以免出現無關人員突然闖入的情況。
2.對橋頭地基進行科學處理第一,勘測單位應對施工區域內的地基進行全面勘測,全面掌握地基具體情況,生成相關數據交由專業設計人員,以保證地基處理的科學性。第二,對施工區域內的雜草、垃圾、石塊、樹根以及堆積土等雜質進行清除,保證在該區域內沒有對施工產生影響的雜質。第三,如果在施工區域內發現陷穴、暗洞以及水洞等結構,應立即將該區域相關資料上報給相關部門,在獲取批準后才能進行施工及處理。第四,設計人員要針對勘測數據對地基情況進行分析,針對地基處理要點及計算結果對地基處理技術進行合理選擇。例如,對于常年浸泡水中以淤泥地質形態存在的地基,如若該地基厚度不超過2m,可以采用開挖并回填與臺背相同材料的方式進行處理;如若厚度大于2m,需根據具體情況選擇地基處理方式。其次,在選擇時不僅需要針對地基情況考慮,同時也需要對工程造價、成本估算等進行綜合考慮,保證地基處理的合理性、可行性。
3.合理設置橋頭搭板合理設置橋頭搭板是目前處理橋頭跳車現象最常用的處治措施之一,即通過搭板將比較集中的不均勻沉降逐漸分散至橋頭搭板的長度范圍內,可以確保臺后的柔性路堤從原本較大的沉降狀態,逐步過渡到剛性橋臺上方,達到降低縱坡的目的,使車輛行駛至該處時能更平穩、安全、舒適地通過,有利于改善橋頭跳車問題。值得注意的是,在設置和安裝橋頭搭板時,由于搭板的長度、截面形狀、埋深對處治橋頭跳車的效果影響較大,應根據具體工程特征合理設計搭板的尺寸等。
4.橋臺后方地基處理從減小橋臺后方地基總沉降的角度出發,對橋臺后方的地基進行加固處理,可以有效緩解橋頭跳車問題。比如,在淤泥質地基中,通過換填法、高壓噴射注漿法以及深層攪拌樁法等地基處理技術,可以有效加固橋臺后方的地基處理能力,達到提高地基強度和減小地基總沉降的目的。對含水量較大的粘性土地基,可以通過局部或者整體換土填筑的方法,達到地基加固處理的目的。
5.橋臺后方路基處理從減小橋臺后方路基工后沉降的角度出發,主要通過兩種途徑對橋頭后方的路基進行處理:一方面可采用預壓排水固結法或真空預壓法等路基處理方法,有效縮短固結排水時間,以減小高速公路運營期間橋臺后方路基的工后沉降,并減少橋頭跳車現象的發生;另一方面可采用易壓實、水穩定性好、強度較大的砂礫等作為路基的換填材料,這有利于減小路基填料壓縮引起的沉降,在一定程度上緩減橋頭跳車現象。
6.加強管理與質量驗收工作無論何時,對工程的施工管理以及質量驗收都是必須的工作,因此施工過程中,一定要具備專業化的團隊、專業化的材料、專業化的技術和專業化的施工工藝,才能保證工程在施工階段高效有序地完成高質量的項目建設。其次,驗收是工程投入使用的最后一道工序,在驗收過程中,應該進行多次的模擬實驗來對該區域地基的夯實度進行檢查。
7.施工工后橋頭跳車的補救措施實踐中,要嚴格控制工期,不能因趕工期而影響施工質量。施工完成后,內外條件的影響還是有可能出現病害進而導致跳車現象,而常用的方法是對臺背回填區進行灌漿,這種方法可以在不破壞公路、不封閉交通的情況下又快又省地對跳車現象進行處治。所用漿體主要由水泥、水、少量外加速凝劑按一定比配制成,漿體要有較好的流動性和較快的固結性。探測到臺背回填體的下沉情況后,控制一定的注漿壓力,向土體灌漿,封堵土體的松散孔隙,使土體整體性增強、強度增高并彌補沉陷。
結束語
對于社會經濟發展而言,良好的道路建設是其最有力的支撐,因此,我國要保證經濟的良好快速發展,首先要解決道路施工領域的問題。但目前,我國在公路建設領域的技術水平相對于國際領先水平仍存在一定差距,需要相關部門加大研究力度。
作者:張英 單位:中鐵十八局集團第五工程有限公司