马四新
上海师范大学建筑工程学院上海协恒工程管理有限公司200234
摘要：分析桥头跳车的原因机理，并结合上海地区地质条件下的高速公路工程建设，详细介绍桥头跳车成因及处理桥头跳车的技术处理措施。
关键词：沉降；桥头跳车；质量通病；处理措施
Abstract：Thispapersimpleanalyzesthereasonofjumpautomobileatbridge-head，andcombineswithconstructionofhighwayinShanghaiarea，howtoresolvethejumpproblemsatbridge-headofhighgradehighway.
Keywords：Subsidence；Jumpingautomobileatbridge-head；CommonQualityProblems；Handlingmethods.
1、前言
上海地区的高等级公路建设经过近二十年的发展，正处在“质”与“量”发展并重及质量通病爆发的重要阶段。上世纪90年代已投入使用的高等级公路（包括高速公路）中普遍反映存在一个问题：因地基土质不良、路基台背料压缩或路面刚柔突变等部位引起差异沉降对路面结构造成的不良影响引起桥头跳车现象，已引起公路建设、设计、监理和施工等部门的广泛重视。这种因地基路基原因造成的差异沉降或沉降断裂（据统计工后沉降值一般为10cm~30cm，有的甚至超过60cm），使车辆在通过桥头时腾空产生的跳动和冲击，不仅造成对桥梁和道路的附加荷载，加速了桥台、台背、搭板、支座及伸缩缝的损坏，同时也加剧了车辆机件的磨损，降低其正常使用寿命，另外跳车时车辆颠簸，引起驾驶员和乘客身体和心理的不适，严重时会影响驾驶员的正常操作，造成行车安全事故。因此，如何解决高等级公路桥头跳车问题，本文提出肤浅的认识和见解。
2、桥头跳车产生的原因
2.1地基土质不良造成的沉降
上海地层属软土，地下水位较高。由于软土一般都具有天然含水量高、孔隙比大、透水性差、压缩性强和抗剪强度低以及流变性显著等特点，在其上填筑路基，极便产生各种沉降，包括瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降。同时在桥头段，路基填筑高度较其他地段都要高，相应产生基底应力就越大，更易引起地基的沉降。
2.2台背土工填料压缩引起路基的沉降
上海高等级公路多为填方路基，本着就地取材，经济实用的原则，路基材料大多取自周边农村鱼塘改造产生的弃土进行填筑，填料中因含大量水分和孔隙。尽管施工前采取多种措施（翻晒、石灰土改良）进行处理，也难将填料颗粒间的孔隙完全消除。在公路自重及车辆的垂直荷载与振动荷载作用下，孔隙率逐渐降低，填料逐渐压密，密实度逐渐增大，便在一定期限内产生路基沉降。根据有关资料：当土路堤压实度为95%时，每米填土工后的沉降约为1cm，因此控制路基压缩沉降主要取决于填料性质、施工工法及台前台背的防护排水工程的设置等。
2.3刚柔突变引起的沉陷跳车
桥头处路面因刚度不同，行车时产生的振动效果也不同，柔性材料对冲击的能量吸收要比刚性材料要大。处于桥梁结构中桥台一般采用刚性很大的钢筋混凝土浇筑而成的，具有很大的整体刚度，而与之相连接的填方路面，具有刚性较小柔性较大的特性。虽然填方路面与桥台结构之间存在着较大的刚度差，这个刚度差的存在必然引起道路与桥台结构之间产生较大的塑性变形相对差和较大的刚度突变，势必增强行车时桥头跳车的振动效果。
3、防止桥头跳车的技术处理措施
3.1地基处理
处理好桥头软弱的地基是控制跳车的关键。目前对桥头软弱地基的处理方法国内已有十几种，如换填法、挤密砂桩法、碎石桩法、石灰桩法、砂井塑料排水法、水泥搅拌桩法以及粉喷桩法、堆载预压法等。
3.1.1粉喷桩法加固桥头软弱地基
该法属于水泥土桩地基加固法，主要以粉体物质加固料和原状软土进行强制搅拌，经过物理化学作用生成一种特殊的、具有较高强度、较好变形特性和水稳定性的混合柱体（粉喷桩），它对提高软土地基承载能力，减少地基沉降量有明显效果。粉喷桩法首先在1967年由瑞典KjeidPaus提出、试验和发展，1992年在沪宁高速公路昆山段，进行水泥粉喷桩的试验研究，并经交通部验收，予以推广。
粉喷桩加固法与其它软基处治方法相比较，有以下特点。
⑴该法以粉体作为加固料，不需向地基注入附加水分，可以充分地吸取地下水，因此加固后地基柱体承载力与相类似的浆喷柱相比要高，其固结效果要好。
⑵地基强度随时间的增长，粉喷桩复合地基强度随时间的增长表现在两个方面，一方面是水泥土的强度随龄期增长而增长，另一方面桩端以下天然土的强度随固结而提高。根据已有的室内实验，在其它条件相同情况下，不同龄期的水泥土无侧限抗压强度呈线性关系：
fcu7=（0.47~0.63）fcu28，fcu14=（0.62~0.80）fcu28，fcu60=（1.15~1.46）fcu28，fcu90
=（1.43~1.80）fcu28.
⑶该法加固水泥土桩与周围水体形成的复合地基，不需预压即可获得较高的复合地基承载力及复合变形模量了，加固后土体的压缩量仅为0.6%左右，下卧层的沉降量一般情况也能减少地基总量的1/3~2/3。
⑷施工时低压操作，安全可靠，无污染、无振动、无噪声、对周围环境及建筑物无不良影响。
⑸可以根据不同土质条件及设计要求，分别选择加固料种类，比如水泥粉、石灰粉、钢渣粉等。
粉喷桩加固法主要施工工艺程序：放线、定位钻孔对位钻进、送气设计孔深送灰机送灰、成桩复搅1/3桩长转入下一循环
3.1.2塑料排水板加固法
塑料排水板加固法属于预压处理法（又称固结法）的其中一种，其实质是固结排水，天然地基的固结排水过程在路堤中间是竖向的，根据固结理论，软粘土固结所需的时间跟排水距离的平方成正比，为了加速地基的固结，最有效的方法就是增加土层的排水途径，缩短排水的距离。塑料排水板竖向排水体就是为此目的而设的，它适用于透水性低的软弱粘性土。该法首先在1983年京津塘高速公路施工试验成功，1987年在上海G60高速公路一号桥桥头接段（K11+977~K12+127）采用。
塑料排水板是由芯板和滤膜组成的复合体，芯板是由聚丙稀和聚乙稀塑料加工而成的，且两面有间隔沟槽的板体，土层中的固结渗流水通过滤膜渗入到沟槽内，并通过沟槽从排水垫层中排出。该排水板具有一定的强度和延伸率，可适应地基变形的能力强，其截面尺寸不大，种类主要有Ⅱ槽板、梯形槽板、△槽板、硬透水膜板以及无纺布柔性排水板和无纺布螺旋孔排水板。
其主要施工工艺程序：整平原地面摊铺下层砂垫层机具就位塑料排水板穿靴插入套管拔出套管割断塑料排水板机具移位摊铺上层砂垫层。
为加速排水固结，减少后期沉降，塑料排水板施工一般都结合采用堆载预压或超载预压，使地基的承载力、抗剪强度和稳定性都得以提高。
3.1.3土工聚合物处治加固法
上世纪80年代中后期，随着我国高速公路建设的发展，特别是在软土地基上修筑高路堤，开始引进土工聚合物的处治加固新技术。土工聚合物在软土地基加固中的主要作用有：
⑴排水，形成一个水平的排水面，起到排水通道作用；
⑵隔离，利用土工聚合物直接铺在软土面上，从而起到隔离作用；
⑶应力分散作用，利用土工聚合物的高强度韧性，从而能与地基组合形成一个整体，限制了地基的侧向变形，分散了荷载，这个整体也可以产生一种板体效应，减少了不均匀沉降；
⑷加强补筋作用，土工聚合物与土体组成复合地基，增强了地基的抗剪力；
为保证软土地基稳定和沉降要求，采用土工聚合物处治法，一般都配用袋装砂井或振冲碎石桩等加固。采用土工聚合物加固软土地基，具有经济、施工方便、强度较高、适用范围广等特点。
3.2路基处理
3.2.1采用轻质材料作路堤
处理桥头跳车除了解决路基压实度不足带来的差异沉降外，选择填料也是关键之所在。按设计要求，桥台填筑时，在桥台以外一定范围内（桥台背后5~10m）应填筑工程力学性质良好的土，如砂性土、砾砂土等，因为这些土渗水性好，无孔隙水压，抗压强度高，易压实。而在上海周边及南方地区，大多采用了轻质材料，如粉煤灰、水淬渣、泡沫混凝土、陶土颗粒以及泡沫苯乙稀等，这些材料料质轻，对地基作用小，可以大幅度减少地基沉降和变形，且排水能力好。
粉煤灰是常用的一种轻质材料，对减少土体的自重，减少软土地基路堤沉降，提高土体抗剪强度，均有良好效果，且有废物利用，节约投资，减少污染，取材方便等特点。通过国内各地试验研究表明，粉煤灰和一般细颗粒土相比，具有以下的特点：
⑴自重轻。最大干密度约（0.9~1.2）g/cm3，相对密度2.1~2.2t/m3，均低于一般细颗粒土20%以上。
⑵强度高。粉煤灰因其颗粒组成类似于细粒土，所以也具有液、塑限，最佳含水量，最大干密度等，可以用衡量土的指标来对粉煤灰的强度进行评价；按重型击实标准在饱和水和不饱和水的条件下，其内摩擦角值分别为180~330和300~420，均高于土质填料，这对于路基的强度和稳定性都是非常有利的。再从粉煤灰填料的CBR值来衡量，也大大高于土质填料。据山东粉煤灰试验资料介绍，在重型击实标准试验压实度达到95%条件下，粉煤灰饱和水试验的CBR值可达23.5，而与之对照的粉质中液限土的CBR值只有17.9，提高约30%。
⑶压缩性小。据试验结果得知，在采用重型击实标准压实度为100%时，土与粉煤灰比较，土的压缩系数a0.1~0.2=0.24Mpa-1，而粉煤灰的压缩系数a0.1~0.2=0.15Mpa-1，土与灰相比较压缩系数大40%~50%，压缩系数小，路堤建成后沉降量也越小。
⑷固结快。粉煤灰的渗透系数比粘性土大数百倍，其渗透固结性能远远大于一般粘性土，所以在相同的压实功能作用下，粉煤灰压实效果就大大优于粘性土路堤，表现为：自由水排出快、固结快、密实度增长快的良好性质。
粉煤灰的缺点就是无塑性，干燥时呈粉状，只有在一定含水量条件下才能成型，但干后又会消散成粉末，另外，粉煤灰毛细作用影响大，会导致地下水升高。
粉煤灰路基施工主要采取两种形式：一种是“包心法”，用粉煤灰填芯，外包以粘性土。另一种是“分层法”，灰土间隔铺设，即一层粉煤灰加铺一层土，相间填筑。用于护肩、护坡等部位的土质填料应选择一定塑性的粘性土，其塑性指数不应低于6。基于毛细现象强烈这一特性，一般在基底加设砾砂料作隔离层，同时加强排水措施。
3.2.2桥台台背回填的处治材料及方式
条件许可时，首先应选择板体性好、可压缩性小、压实快、透水性好的材料，当采用非透水性土，粘土或粉质亚粘土时，应掺入灰剂量不小于6%的Ⅲ级以上生石灰粉进行改良，并在铺设时，在基底处沿路堤纵向长度距桥台背不小于2m且与路基相接处按不大于1：1设置斜坡或台阶，回填高度一般取2~4m。当采用塑性指数较小的砂土、亚砂土或粉土时，应掺入灰剂量不小于3.5%的标号R.0325以上的普硅水泥进行稳定，使路堤的刚度有所提高，一般灰土稳定层结构是沿路堤纵向距桥台约10m长，采用1：1斜坡。
3.2.3保证桥台台背路基有足够的压实度
为减少桥梁两端路堤的工后沉降，从而使桥涵两端路堤与桥台结构物的相对沉降尽量小一些，按路基施工规范规定：原地面压实度不应小于85%，下路堤压实度不应小于90%，上路堤压实度不应小于93%，路床部分压实度不应小于95%。各层在碾压时都达到标准，就基本满足了防止差异沉降的先决条件。分层回填时，一般要求分层松铺的厚度宜小于20cm，而对于大型机械碾压不到的地方，可使用小型振动夯或轻型压路机仔细压实，且严格控制每层填筑厚度10~15cm。对于无法达到上述压实标准时，必须采取有效措施，掺入石灰或水泥，或者换填渗水性好的砂砾土等。
3.3路面处理
3.3.1设置钢筋混凝土搭板和变厚式埋板
为防止路桥衔接处由于刚柔突变而发生的差异沉降，设计时均采用加设钢筋混凝土搭板的方式，实践证明这是克服错台的行之有效的方法。搭板支承在路基与桥台尾之间，形成一段过渡性梁板，当路基发生下沉后，搭板随沉降量产生一个小的倾角，从而保证不出现错台。搭板的长度视桥头填土高度而定，一般为桥头填土高度的1.5~2.0倍。当桥头引道为刚性路面时，搭板的纵坡可采用与路面设计纵坡平行方式，称之为平置式搭板；当桥头引道为柔性路面时，则搭板的远台端置于路面面层与基层之间，称之为斜置式搭板。为预防搭板下沉，可在搭板上先铺一层沥青面层，通车后，若搭板下沉，则在其上加铺沥青混凝土或沥青砂。
另外，为避免二次跳车，常在搭板的尾端加设一段浅埋的变厚式埋板，其长度一般取3~5m，以提高该部位的整体受荷和抗冲能力，有利于减少错台幅度，调整不均匀沉陷，进一步改善桥头跳车或二次跳车现象。
3.3.2采用过渡性路面
在上海许多高等级公路建设中，为避免出现桥头跳车现象发生，采用一种叫做过渡性路面铺设法，也就是说，根据桥涵的长度和路基的容许工后沉降值计算等情况，在桥头一定范围内铺设过渡性路面，待路堤沉降基本结束后，再改铺原设计永久性路面。常用的过渡性路面类型有预制水泥混凝土六棱块、条石铺砌、半刚性过渡层或沥青表处过渡层等。其中水泥混凝土六棱块、条石铺砌仅适应于水泥混凝土路面，最大优点是翻修处理速度快，但不易铺砌平整，通车时仍有颠簸之感，并且砌缝应采用防水处理，否则下雨时，极易渗入雨水损害路基。现在有一种简便有效的方法，就是沥青表处过渡层，当路基出现较大沉降时，及时补充铺设一层沥青混凝土或沥青砂，以能确保通车畅顺，避免跳车现象的发生。
3.4监理采取控制施工质量的措施
3.4.1针对桥台跳车这一技术关键和施工难点，监理应加强对施工技术方案的审核，确保其可靠性、合理性。另一方面，将相关的监理实施细则作为策划和实施重点。
3.4.2由于上海地区地下水位较高，因此，在路基施工中如何避免产生弹簧土，保证路基施工质量为本工程的质量控制的重点之一。
3.4.3严格控制桥台后路基表面平整度及压实度，做到表面平整坚实，无坑槽辙沟，横坡符合规范要求，以尽量减少路基存水的可能性。
3.4.4在上海高等级公路建设监理过程中台后填土大多采用轻质填料，比如粉煤灰，其目的是减少填方容重，减轻填方土体对地基的压力。对粉煤灰的监理应从两个方面加以控制，一是粉煤灰的级配要求符合要求，细粒过多，材料的内摩擦角减少，影响压实度；反之细粒过少，压实成型困难，根据实践经验，粉煤灰的粒径应在0.001-2mm之间为合适，且粉煤灰的烧失量宜小于12%。二是控制粉煤灰的含水量，一般运至工地上的粉煤灰均为湿排灰和调湿灰，一定要求其在场地上堆高沥水，降低含水量，然后上路摊铺压实。
4、结论
4.1通过软土地区高速公路建设的监理实践表明，后台土石方回填与路基同步填筑是必要的，缘由是为确保桥台段的路基工后沉降稳定，务必保证堆载预压一定时间沉降稳定后，再开挖施工桥台结构。
4.2作为监理必须严格控制后台填料的质量，要求必须符合设计要求，并经检验合格后方可使用，若发现填料中含有石块、杂物和腐殖性土时，一律不得使用。
4.3选择压实机械也是一个很重要的因素，一般来说，桥台接坡处对路基压实质量要求较高，这关系到压实度效果能否达到设计要求。故，宜选用压实效果较好的碾压机械，比如重型胎压式压路机和振动压路机等。机械碾压时应遵循：先轻后重、先慢后快、先稳后振、先低后高，轮迹重叠的原则。
4.4为避免桥台路基因沉降过大而产生跳车现象，监理方应把桥台后路基回填压段施工的质量作为质量控制点，施工时应委派专人负责，从材料进场到分层摊铺碾压、工序检验等进行全过程的旁站监督，随时发现施工过程中各种问题，把隐患消灭在萌芽状态。
参考文献：
[1]上海市公路管理处主编人民交通出版社《高速公路路基设计与施工》
[2]中华人民共和国交通部JTJ017《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》
[3]上海市市政工程管理局编《市政工程施工及验收技术规范—公路》