长三角软土地区桥头跳车问题研究

成凤杰

昆山市交通科技研究中心有限公司 江苏 昆山 215300

随着我国经济的快速发展，公路建设等级及线型标准都相应提高，公路桥梁比也随之提高，桥头跳车问题也愈显突出，影响车辆通行安全。特别是在我国长三角区域软土路基较多，处理不当容易出现桥头跳车病害。根据调查资料，在昆山地区桥梁健康检测巡查中50%以上桥梁均存在轻微或中度以上桥头跳车问题。因此，以昆山地区为例研究长三角软土地区桥头跳车问题具有重要研究价值及意义。

1 病害概况

元丰大道是昆山市南部地区东西向主干路，道路技术等级为一级，双向六车道。在道路巡查中发现元丰大道K24+560处桥头跳车病害严重，路面纵断曲线在桥台位置呈折线状。现场测量K24+550-K24+570高程，每2m测量一次，根据测量数据得出高程表。由表1可知，在K24+560处以后路面高程呈折线式下降，与桥梁纵坡衔接不顺。现场根据测量数据分析，K24+550-K24+560桥梁部分纵坡为2%，K24+560-K24+570路基部分纵坡为3.8%，其中K24+560-K24+562处纵坡达到5%。因坡度变化明显，导致行车过程中出现严重跳车现象。现场随机调研5名小客车司机及3名货车司机，调研对象均表示K24+560处桥头行车舒适度极差，有“飞车”失重感，严重影响通行车辆的使用寿命。

表1 元丰大道K24+550-K24+570处桥头跳车病害处高程表 单位：m

2 成因分析

桥头跳车病害成因复杂，笔者认真分析其产生的原因，主要有桥台与路基之间的沉降差、结构刚度差异引起的变形差、施工质量把控不严、设计方案不周全等。

2.1 桥台与路基之间的沉降差

桥梁的桥台主体结构刚度较强，长三角软土地区桥台基础大部分为桩基础，导致桥台结构在建设完毕后几乎不发生沉降。但桥台台背回填部分大部分为石灰土，为半刚性材料，随着时间推移回填材料在自重及车辆荷载作用下会发生二次固结，导致发生沉降。另外，长三角地区桥台台背地基大部分为淤泥质土，会采用水泥搅拌桩等措施进行处置，但其在上部荷载作用下会发生沉降变形，对于地基加固效果不理想的桥台台背，其沉降将更显著。特别是对于高填方台背回填更易发生地基严重沉降，导致出现明显沉降差[1-2]。

2.2 结构刚度差异引起的变形差

桥台位置为路、桥连接的位置，从路面结构而言，桥梁段与路基段刚度差异较大，桥台侧为伸缩缝等组成的刚性结构，路基侧为沥青、水泥稳定碎石、灰土等组成的多层路面体系，两者面对重载交通时变形量不同。在重载交通的持续作用下，桥台发生的基本为弹性变形，卸荷后结构恢复初始状态，但路基段由于对重载交通较为敏感，在重载交通作用下易发生塑性变形，路面形成明显车辙，导致出现桥台跳车问题。

2.3 施工质量把控不严

台背回填具有空间小、压实难、检测少等特点，大型压实施工机械无法正常施工，只能采用小型夯机进行局部压实，导致越靠近台背位置，压实效果越难以保证，台背位置经常出现压实度不满足设计规范要求的现象。在路基施工质量抽检中，很少对靠近桥台部位路基进行抽检，路基抽检数据无法反映桥台台背处路基施工质量的真实水平。部分台背路基要求采用堆载预压6个月，但在有限的施工工期下，大部分台背路基未按要求时长进行堆载预压，甚至取消堆载预压直接施工上层结构[3-5]。

2.4 设计方案不周全

桥梁结构设计时应充分考虑桥梁部位的地质、水文、交通状况等条件，基于各类条件给出桥梁设计的最优解。笔者在部分桥梁施工中了解到，部分桥梁地质勘察并未按勘察规范要求的分布密度进行，导致局部路段路基地质勘察结果不准确，淤泥质土等软土未被发现，相应的地基加固措施未跟进，导致后续存在发生桥台跳车风险。同时，目前还没有成熟的道路桥梁沉降差计算公式，设计人员无法在设计时计算施工完成时发生的沉降量与总沉降量的比例关系，无法对存在的沉降差进行超填方处理。

3 预防性措施

3.1 合理设置桥台位置

桥梁线位选择时应充分考虑地质条件、经济性等因素，特别是桥台应尽量选择在地质结构稳定，具有良好持力层的位置。桥台位置均处于不良地质区域时，应尽量控制桥台高度，在保证桥下净空的条件下避免出现桥台台背高填方，在经济性可保证的情况下尽量采用以桥代路的方式。

3.2 桥台台背基底处理

在桥台台背回填施工时，必须清除路基范围内的表层腐殖土等杂土。对于浅层淤泥质土可采取挖除回填方式处理，挖除部分与路基过渡段采用台阶方式衔接，台阶高度一般采用高1m，宽3m，在台阶位置设置土工格栅。回填时应采用5%灰土分层回填、分层压实的方式进行，确保挖除回填处理效果。对于软土地基较深的情况，可采用PTC管桩、水泥搅拌桩等进行处理，排列方式采用梅花式排列。在PTC管桩、水泥搅拌桩等施工前，必须进行试桩，确认单桩承载力满足设计要求后方可进行大规模施工。

3.3 严控施工工艺与材料

长三角区域桥台回填大部分采用石灰土填筑，施工中石灰土压实度不得低于96%，采取分层碾压方式进行施工，在石灰土形成固结后，雨水将不能渗透，且其工后沉降量很小，能很好的避免桥头跳车。

在桥台台背回填过程中，必须严格按照规范要求进行施工，控制好每层填筑的厚度和压实度等参数，确保每一层灰土的施工质量都合格。对石灰土施工质量影响重大因素有：含水率、压实度、机具组合，因此在碾压时不能采用厚填多压的方式，根据长三角地区经验分为20cm每层进行碾压才能取得较好的碾压效果。同时施工人员要对灰土的含水率要勤测多检，灰土含水率在最佳含水率±2%区间内时，碾压后的灰土才能达到最大干密度。在施工过程中，对于台背边角等大型设备无法充分碾压的部位，采用小型压路机+夯机组合进行逐层碾压，保证压实度与其他部位一致。

3.4 新材料新技术应用

在相关文献中，根据有限元软件计算分析，适当增长搭板长度、增加搭板厚度能有效降低桥头跳车问题发生的概率，对于桥台路基受力有极大的改善。在搭板结构设计中，建议厚度采用35-40cm，长度不小于8m。搭板形式采用桥台侧薄、路基侧厚的水平横置“牛腿式”结构，防止在车辆冲击荷载作用下搭板出现滑移等病害，优化结构受力。

台背回填材料应满足密度小、强度高、防水性好等特性，轻质泡沫土能有效满足要求，在高填方桥台位置可采用轻质泡沫土来减少桥头跳车。轻质泡沫土浇筑前，应对基底检查，确保无杂物、无积水。同一层轻质泡沫土浇筑中要确保在初凝前浇筑完毕，浇筑应从一端向另外一端浇筑，不得随意施工。浇筑轻质泡沫土顶层时，应设置防裂金属网，防止后期开裂，顶部还需设置防渗土工膜，进一步提高轻质泡沫土的防水性。

4 病害处置方案

4.1 病害铣刨

严重桥头跳车病害路段基本上都会伴生其他路面病害，需要对原有路面结构层进行铣刨清除，具体清除深度需要根据设计图纸及具体病害深度来确定。铣刨设备宜选用大型铣刨机，铣刨结束后用钢丝刷将强度不足部分清除，结束后用强力吹风机将表面清除干净。铣刨范围为病害部位往外延伸1m，确保病害能彻底清除。清除路面结构后，如果发现搭板、路基出现病害，应将搭板破损部位凿除，路基病害部位挖除。路基病害部分采用混凝土进行回填，表面敷设土工格栅，确保受力均匀。搭板破损部位重新绑扎钢筋，浇筑高强混凝土，确保搭板不发生二次损坏。

4.2 修补材料要求

SBS改性沥青混凝土混合料在施工前应进行配合比验证，确定混合料、矿料的级配范围，基质沥青采用为70号A级道路石油沥青。沥青上面层碎石应采用玄武岩，沥青集料的各项力学指标应满足规范要求，使用前要保证集料干燥清洁，搭棚分仓存放，不得混仓。沥青混合料必须进行马歇尔试验和冻融劈裂试验，验证沥青混合料的水稳性，沥青混合料马歇尔试验残留稳定度必须不小于85%，冻融劈裂试验残留强度比不小于80%。

4.3 沥青摊铺

沥青混凝土摊铺前要撒布封层粘层油，撒布前采用人工清扫的方式将修补区域清理干净，用吹风机清除浮尘，确保路面表面干燥洁净。撒布SBS改性沥青封层粘层油后，及时均匀撒布碎石，碎石撒布 5～6kg/m2。在修补区域的原路面侧边应涂刷1.5kg/m2的热 SBS改性沥青，确保修补区域沥青混凝土路面与原路面可良好连接，消除渗水隐患。摊铺前应确定适合的松铺系数，摊铺过程应按照规范要求频次检查摊铺厚度、横坡、平整度等指标，确保行车舒适度。碾压施工可采用钢轮压路机和胶轮压路机结合的方式，压路机碾压速度不宜过快，启动、停车要慢，防止沥青混合料发生推移。

4.4 接缝处理

桥头跳车修补区域要特别注意与原路面及桥台接缝处理，要保证连接处密实平顺，要保证接缝边缘区域的压实度、平整度都符合规范要求。为保证接缝部位质量长久可靠，连接处原路面铣刨时要切成垂直面，并在摊铺前在原路面、结构物侧边涂刷1.5kg/m2的热 SBS改性沥青，确保修补区域沥青混凝土路面与原路面良好连接，消除渗水隐患。

5 后评估

5.1 桥头跳车修复评估

为验证桥台跳车病害修复方案可行性，笔者选取文中元丰大道K24+560工点开展病害修复验证试验。首先对病害区域沥青混凝土路面进行铣刨，发现搭板已发生严重沉降。与设计单位、监理单位共同制定病害修复方案为凿除搭板，采用混凝土回填至设计标高，在表层设置金属防裂网，浇筑时在混凝土预埋设置部分剪力钉钢筋，增强桥台搭板在重车荷载作用下的抗滑移性能。待混凝土硬化强度达标后，绑扎桥台搭板钢筋，浇筑完成搭板。沥青混凝土路面摊铺前涂刷热 SBS改性沥青，确保修补区域沥青混凝土路面与原路面可良好连接。

在修复结束后，笔者对修复效果进行评估，采用3m直尺测定固定位置的路面平整度，进行长期监测，测评修复效果，监测数据如表2所示。

根据表2可知2022年3月在病害修补后，用3m直尺测量桥台与路面间平整度，最大间隙为1.8mm。随着行车增加，在重型车辆荷载持续作用下，2022年4月最大间隙增长至3.0mm。在2022年5月-2022月12月之间，最大间隙值未发生剧烈变化，由3.2mm增长至3.8mm。因最大间隙数值变化基本稳定，笔者降低监测频率，每3月监测一次，2022年12月-2023年8月，最大间隙值稳定在4.0mm。监测结果表明，桥头跳车病害处置方案合理，未发生明显沉降变形。

5.2 轻质泡沫土回填效果评估

为验证台背回填采用轻质泡沫土防治桥头跳车的效果，笔者在新建桥梁项目昆山市青阳港朝阳路桥东侧桥台跟踪桥头跳车实施效果。

（1）朝阳路桥轻质泡沫土所选用材料应符合国家产品标准规定，进场前做好材料抽检工作，检查出厂合格证等，确保材料满足技术要求。（2）轻质泡沫土水泥采用42.5强度等级的普通硅酸盐水泥，严禁不同品牌、强度等级的水泥混合使用。（3）发泡剂采用高分子复合表面活性类发泡剂，标准气泡群密度为30-50kg/m³，稀释倍数40-60，发泡倍率800-1200。发泡剂产生泡沫大小均匀且细密，直径应小于1.0mm。标准气泡柱静置1h的沉降距不应大于3mm，标准气泡柱静置1h的泌水量不应大于30ml。

朝阳路桥于2021年10月开放交通，笔者开放交通后开始对东侧桥台位置监测平整度，监测数据如表3所示。

表3 青阳港朝阳路桥桥头位置最大间隙值监测表 单位：mm

根据表3可知2021年10月桥梁修建完毕后，用3m直尺测量桥台与路面间平整度，最大间隙为1.8mm。随着行车增加，在车辆荷载持续作用下，2022年3月最大间隙增长至3.0mm，在2022年6月后稳定至3.2mm，未发生变化。监测结果表明，轻质泡沫土防治桥头跳车效果明显，可靠性、耐久性均达到设计规范要求。

6 结论

1、桥头跳车病害成因复杂，主要有桥台与路基之间的沉降差、结构刚度差异引起的变形差、施工质量把控不严、设计方案不周全等。2、针对桥头跳车病害，可采取预防性措施来防止病害发生，避免病害发生造成社会经济损失。预防性措施有合理设置桥台位置、桥台台背基底处理、严控施工工艺与材料、应用新材料新技术等。特别是轻质泡沫土材料的应用可以有效避免运营期间出现桥头跳车病害，在青阳港朝阳路桥东侧桥台应用后取得良好效果，可广泛推广应用。3、桥头跳车病害发生后应及时修补，按照铣刨路面、病害修复、涂刷沥青、摊铺路面流程进行处理，可消除病害。元丰大道K24+560工点后续观测结果证明病害修复方案成熟、可靠、有效。