北非地区公路桥头跳车原因分析及防治措施_朱晓义.pdf

MunicipalTrafficWater ResourcesEngineering Design市政 交通 水利工程设计1引言在公路工程中，车辆行驶的舒适性和稳定性是每条公路最基本的保证，而桥头跳车在国内外的公路工程中，是一种常见的工程质量病害，其对行车安全产生极其不利的影响，特别是在填方路堤较高或交通量大的路桥转化段，桥头跳车现象极为显著，且一旦出现桥头跳车现象，对于生命安全、运营维护、交通管制都是极大的考验。一般情况下，桥台路基侧填土较高且回填选用的是柔性或半刚性材料，容易在交通荷载和自重作用下发生塑性变形，而桥台侧几乎是刚性材料，这种差异性刚度以及不均匀沉降导致桥台连接处路面错台或破损，从而引发高速行驶的车辆在连接处产生车身抖动、跳车等现象，严重影响高速行驶车辆的安全性和舒适性。特别是在北非地区的高速公路上，车辆没有严格的限速管制，高速行驶的车辆在桥头处突然发生跳车情况，会导致驾驶人员对车辆失去控制，从而可能引发严重的交通事故，严重影响了人们的出行体验及安全性，同时也给社会及政府部门带来困扰，因此，减少车辆在行驶过程中不必要的交通事故，是公路工程一直持续改进的方向。2工程概况阿尔及利亚南北高速公路项目（见图1），全长53 km，北起布利达省希法镇，南至麦地亚省布鲁瓦吉亚市，途经国家地质森林公园，穿越希法大峡谷，地势险峻、地质条件复杂，是阿尔及利亚沿海地区进入南部撒哈拉沙漠地区的咽喉要道。项目由中资企业以EPC模式总承包，采用法国设计标准，双向6车道，总造价25亿美元，包含土石方2 555万m3，主线桥梁32座，跨线桥9座，涵洞175道，建有阿尔及利亚“最长公路隧道”“最长公路桥”“最大纵坡路基”和“最高防护边坡”等，被公认为环地中海区域“条件最复杂、技术要求最高、施工难度最大”的重难点工程。3公路桥头跳车成因分析3.1桥台与路基之间的沉降差高速公路桥梁的主体结构具有较高的刚度，在建设完成之后几乎已经完成了沉降，而桥梁台背回填材料一般选用柔性或半刚性材质，即使在回填施工完成之后一段时间，也可能【作者简介】朱晓义（1985），男，甘肃庆阳人，工程师，从事高速公路建设研究。北非地区公路桥头跳车原因分析及防治措施Cause Analysis and Prevention Measures of Vehicle Jumping atHighway Bridge Head in North Africa朱晓义，李玉普，刘泽（中国建筑第五工程局有限公司，长沙 410000）ZHU Xiao-yi,LI Yu-pu,LIU Ze(ChinaConstructionFifthEngineeringDivisionCorp.Ltd.,Changsha410000,China)【摘要】保证车辆行驶的平顺性和安全性是高速公路建设最基本的保证，因此，论文以阿尔及利亚南北高速公路项目为例，结合北非地区特殊的地质、气候环境，分析探讨桥头跳车形成的各种原因，对应地提出合理的施工技术措施，尽可能减少桥头跳车现象的发生，以保证公路工程质量。【A b s t r a c t】Ensuringthesmoothnessandsafetyofvehiclesisthemostbasicguaranteeforexpresswayconstruction.Therefore,thispapertakestheNorth-SouthexpresswayprojectinAlgeriaasan example,combined with the special geological and climatic environment in North Africa,analyzesanddiscussesvariousreasonsfortheformationofjump-offatthebridgehead,putsforwardreasonableconstructiontechnicalmeasuresaccordingly,soas toensurethequalityofhighwayengineering,thephenomenonofjumpingcaratbridgeheadcanbereducedasfaraspossible.【关键词】北非地区；桥头跳车；台背回填；施工技术【K e y w o r d s】northAfrica;jumpoffthebridge;tablebackbackfill;theconstructiontechnology【中图分类号】U418【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2023）06-0061-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.06.22061Construction&DesignForProject工程建设与设计因为土基固结或其他原因，随着时间推移而引发沉降现象，需要经过较长的一段时间之后才能逐渐稳定。另外，桥台处的路基一般是在天然路基上进行的回填施工，在完成路基回填施工之后，天然路基受到路基填料荷载的作用，使得天然路基也会发生沉降变形，并且沉降量会随着回填的高度成正比关系。3.2结构突变引起的沉降跳车桥台是路、桥转换连接的重要组成部分，从路面工程中可以看出，桥台两侧的路面结构层存在较大差异，以桥台的背墙为分割点，桥台侧路面层是由柔性路面层与刚性桥台一起构成路面体系，而路基一侧是由柔性或者半刚性的多层路面体系构成。相同的行车荷载作用至两种不同的路面体系时，产生不同的受力结构，桥台一侧的路面结构可压缩变形空间不大，而路基一侧的多层路面体系的压缩空间相对较大，从而导致了在台背分割点附近抗形变能力的差异，随着时间的积累从而发生不均匀损伤，最终引发桥头跳车。3.3排水不畅而产生的水土流失桥台两侧因路面结构层不同，普遍在连接处存在一定的缝隙，下雨时雨水会沿着缝隙渗透至台背回填材料中，特别是雨季的连续降雨，雨水沿缝隙下渗之后会对整个台背回填材料产生侵蚀效果，严重时下渗的雨水会逐渐冲刷台背回填材料中的细骨料，造成台背回填中出现局部空陷的情况，并且台背填料受到雨水侵蚀发生软化现象，使其力学性质发生变化，在荷载作用下会导致桥头路基处出现沉陷情况，从而引发桥头跳车。3.4施工质量把控不严桥台台背回填材料的质量和性能未能达到设计要求，或是台背回填施工工艺未能按照规范要求进行严格施工，特别是靠近台背接近墙面处的回填面，因为施工面窄、不规则，大型压实设备无法正常进行压实，进而导致此处施工不规范、压实度低，在通车之后车荷载作用下会促使沉降加快，从而导致桥头跳车情况发生。另外，大部分桥梁和路基都是同步施工，在完成桥梁施工时，路基已完成施工，剩下一个较深的台背施工作业面，其空间狭小，大型的填方设备很难操作，只能采用小型机具进行回填施工，很难保证施工质量，后期在路基自重及车辆荷载作用下就会发生路基沉降显现，从而引发桥头跳车。3.5设计方案考虑不周全桥梁结构设计时需要充分考虑桥梁的选址问题，包括地形、地质条件、水文、气候、环境及景观要求，基于工程实际条件，需要发挥因地制宜的理念，充分考虑到施工过程中出现的各类问题。尽可能采用新型设计软件，建立与实际工程情况相符、模型合理的有限元几何模型进行分析计算，而不能仅靠设计经验出具设计图纸，如果遇到特殊的地质情况，要善于设计采用新工艺、新材料，例如轻质混凝土，其密度小、自重轻、强度高，用于台背回填沉降更小。施工设计要综合提升施工的经济性、安全性及后期维护运营等，使桥梁能够满足多项工程基本要求。必要时设计单位应在设计文件中详细介绍施工注意事项，施工方应在施工前认真审核设计图纸，并对设计图纸中所提供的各部位设计高程和坐标数据进行校核，特别是桥台位置是否满足施工要求。在施工时若发现实际地质情况和设计的地质情况不符，应及时和设计方取得联系，必要时请设计方到现场重新勘察指导。桥头跳车问题主要集中在施工经验总结上，理论性数据分析尚不成熟，主要是没有成熟的路桥沉降差计算公式，无法在设计时预测施工完成时的沉降量达到总沉降量的比例。4桥头跳车防治措施4.1合理设置桥台位置桥梁在设计选线时，需要充分考虑桥梁结构的位置，特别是桥台的选址，应在地质结构稳定，岩层相对较好、承载力高，岸坡稳定且能满足台背回填施工条件的地段，桥台后方路基的地质情况及路堤具体的长度、填方高度及填方体量等方面要有充分的考量，同时要根据现场的环境条件明确桥台具体防护形式，最大限度地规避小跨径大纵坡桥梁。在北非地区所采用的规范，桥台的锥坡防护大部分采用六角菱形砖块配合植草防护形势，如果桥台靠近河道、季节性河流，则选用浆砌片石进行防护。图 1阿尔及利亚南北高速公路项目 3#互通实景图62MunicipalTrafficWater ResourcesEngineering Design市政 交通 水利工程设计4.2桥台回填台背基底处理在桥台回填施工前，首先要清理好路基范围内表层的腐殖土及其他杂物，如遇淤泥等不良地质，需要彻底进行挖除，并且要在台背与路基过渡段开挖台阶衔接，台阶高度和宽度要根据具体地质情况而定，一般采用高1 m、宽3 m，不宜过小，台阶在回填时需要铺设具有较高强度加筋土工布或钢塑格栅，采取分层方式逐层回填台背，其压实度需要符合行业技术规范要求。如台背遇到软弱地基时需要进行加固处理，一般采用换填法、排水固结法等。先挖除软土层，再进行基底夯实，将颗粒较粗的填料换填到其中。当软土层较厚时，需要合理地运用粉喷桩、碎石桩等方法进行处理，并设置透水土工布包裹的砂粒垫层，同时在坡脚处设置盲沟，及时排除路基中的地下水，填筑时需要按照行业施工规范进行施工1。4.3严选回填材料，严控施工工艺桥台回填前，需要选择合适的填料，宜采用透水性好、无机结合性稳定的材料，比如透水性好的天然砂砾。在北非地区一般选用的填料为连续级配碎石，亚甲蓝指数小于10%或者清洁度不小于50%（ES50%）。使用该填料填筑完成之后，桥台台背填料处于固结状态，雨水不能渗透且有效消除因填料性能带来自身沉降，更好地避免桥头跳车病害的发生。因此，在选择材料时必须结合现场实际情况进行科学选择，保证材料的合理性2。在台背回填实施过程中，必须严格按照施工规范要求，根据施工试验段取得的参数，控制好每一层的填筑厚度及压实度，保证每次填筑厚度及压实度的标准是相同的，需要使用相同的压实设备和碾压次数，不能采用厚填多压的方式走捷径，同时对填料的含水率要勤测多检，只有填料的含水率2%范围内时，填料才能充分发挥其力学性能。在碾压施工时，对于边角等大型设备不能充分碾压的部位，需人工平整，配合小型压路机逐层跟随碾压，直至最终完成整个台背的回填工作，且桥台回填的每层压实度都需要进行检测，检测通过后才能进行下一层填筑工作。同时，在施工时需要加大监管力度，必要时在台背回填工作中要有专人负责旁站监督，防止施工队伍在回填过程中“走捷径”。如果与桥头交接处的路基施工早于台背回填施工，我们必须留足台背回填的施工场地，保证在台背回填时大型和重型填方设备能进行填方作业，不能因为施工空间狭小而用小型机械设备替代。4.4针对桥头路基实施特殊结构处理桥头跳车的原因在于桥头产生的沉降差，因此，大部分道路的桥头和路堤连接处都使用了搭板设计。根据相关文献，利用有限元计算结果分析，从路基过渡段差异沉降的角度来说，在差异沉降一定的前提下，增加搭板厚度对于改善搭板受力以及变形情况均有重要意义，同时适当增加搭板长度也能够改善其受力情况3。因此，在设计时可以通过适当增加搭板的长度和厚度的设计方式有效改善桥头跳车的危害的发生。另外，通车以后搭板在受到动荷载作用时，其下的路基会受到一个相对比较复杂的应力，在设计时，这个应力是很难准确确定的，因此针对此种情况，在桥台设计时，可以通过在路桥连接区域加设变厚式埋板，可以更好地应对不确定的应力而引发的沉降问题，如果路面是混凝土，则可对连接处路面板厚度进行调整，变为厚式板来消除连接段的不均匀沉降，以达到行车的稳定性。5结语桥头跳车是一种比较常见的工程质量病害，国内外公路工程均被同样的问题所困惑。运营的道路一旦发生桥头跳车现象，对于后期道路运营维护是一个非常大的考验，并且桥头跳车这种现象不会在短时间得到彻底改善。虽然国内外针对桥头跳车的预防措施不少，但在实际道路通车运营过程中，时有桥头跳车现象发生，因此，解决桥头跳车行之有效的办法仍然依靠于实际的现场施工，在施工过程中要遵照施工规范要求，严把每个工艺施工环节，针对不同地质、地形及水文条件选择合适的回填材料，特别是确保现场操作及管理人员的技术水平，尽可能地规避桥头跳车现象的发生。为乘车出行人员提供更为舒适的、更加安全的出行条件。【参考文献】1罗炳荣.公路桥头跳车防治及台背填土施工技术J.四川水泥，2022（1）:218-219.2李涛.公路桥头跳车原因分析及防治探讨J.智能城市，2020（19）:49-50.3薛锋.分析路桥过渡段差异沉降对搭板性能的影响J.山东工业技术，2015（19）:81.【收稿日期】2023-04-0263