CN103741595B - 一种用于治理桥头跳车的桥头结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于治理桥头跳车的桥头结构，包括桥台、梁板、路基、路面结构层、桥头搭板和桥面铺装层，路面结构层自下而上包括底基层、基层和面层；桥头搭板设于路基与底基层之间，其一端搭设于桥台牛腿上；基层与桥台台背之间设有缩缝，桥台台背与梁板之间设有伸缩缝。本发明桥头搭板采用下置式，消除了近台端搭板下方路基脱空现象，能有效调节路基与桥梁之间的不均匀沉降，可消除桥台与路堤衔接处的跳车和搭板远端二次跳车，能防治路面反射裂缝，路面整体性好，施工操作简便；延长了路面、桥头搭板、伸缩缝和桥梁的使用寿命，是一种有效的综合处治桥头跳车的技术方案。

Description

一种用于治理桥头跳车的桥头结构

技术领域

本发明属于桥梁工程和路基工程衔接技术领域，具体涉及一种用于治理桥头跳车的桥头结构。

背景技术

桥头跳车几乎是世界各国公路桥梁上较普遍存在的一种现象，因此，评价一条高速公路的使用质量和服务水平，最直观的标准就是车辆在上面行驶时是否舒适，桥头跳车的问题是否严重。目前大多数桥梁在设置桥头搭板和采取软基加固措施后，明显地减少了桥头沉降差，改善了行车条件。但是，也有相当一部分桥梁由于软基处治不当、压实达不到标准、搭板设置太高与沉降纵坡太大，而出现了不同程度的跳车病害。

从目前已建成的高速公路运营情况看，软土地基上桥头地段的工后差异沉降较大，常造成桥头跳车现象。桥头跳车会对桥梁结构的工作状况产生不利影响，据统计中国大约有25%的桥梁受到桥头跳车的影响，全国每年为此花费的修理费用预计高达8亿元以上；另一方面桥头跳车将增加行车的风险，造成交通事故，影响行车的舒适性；同时由于车辆在桥头加速或减速，必将增加车辆的能耗和废气排放，尤其是城市桥梁更应给以重视。

桥头跳车成为公路建设与运营中复杂且难以解决的问题，它涉及地基沉降、路基填土沉降或沉陷（水土流失）、桥头搭板、桥台及其基础类型、桥梁伸缩缝、桥梁与路基工程接缝段的处理、桥梁与路基的刚度差异、路面以及地基处理施工方法和质量等诸多因素的影响。

解决桥头跳车的方法很多，如超载预压法、台后回填轻质材料法、路堤加筋（土工格栅）法、设置搭板法、采用加筋柔性桥台、真空预压法、水泥搅拌法、渐变桩基法等，而设置搭板是最普遍的做法。

目前高速公路桥头搭板的一般设计如图1所示。对于这种设计，大量调查资料显示其长期效果并不理想，并且对于差异沉降的桥头不适用，特别是对于软土地基上的桥头存在不少问题，其主要表现如下：

(1)桥头搭板布设在沥青混凝土面层的下面或平路面基层顶面，车辆荷载很快传压在路床上，加上在桥台与搭板的连接处存在两条接缝，如图1中的a和d所示，a和d点往往存在高差，路面铺装层易开裂，在a接缝中一般填充沥青麻絮作为隔水，但在实际使用中这种接缝容易由于沥青材料的老化、接缝涨缩而使得接缝架空，使地表水沿接缝下渗直接冲刷台背填土，导致台背填土变形或者流失，最终使得该处路基土发生沉陷，搭板下面出现空洞；如果桥头软土地基工后沉降较大，路基整体下沉，也会造成搭板下面出现脱空的现象，搭板变为弯拉结构，严重地会使搭板开裂或断裂。

(2)由图1可知，搭板的a、b两端以及支点c构成一个杠杆，由于杠杆效应，b端的沉降会在a端产生竖向位移，这种位移使接缝两边形成高度差，造成路面破坏和引起跳车，这与设计桥头搭板的初衷相矛盾。

(3)由图1可知，d是桥梁的伸缩缝，a是搭板与桥台的接缝，两缝之间距离很小，汽车快速经过此处时，会出现连续的2次跳车，这使得行车很不舒适也不利于驾驶员的操作。

(4)在d和a接缝之间有一层桥面铺装层，该铺装层沿路线纵向尺寸很小，铺装层与桥台的粘接整体性较差，汽车在桥头处频繁的加速、减速、制动等冲击作用下，如图1所示，加上两边接缝引起的跳动形成的冲击荷载很容易使这一小段混凝土破坏，它的破坏自然又会引起相邻两缝的破坏，造成两缝处跳车。

(5)为防止搭板沿纵向滑移，通常在搭板与牛腿之间布设垂直锚栓或水平拉杆，当纵坡>3%时，垂直锚栓造成搭板或牛腿被拉裂破坏，水平拉杆使桥台背墙变形产生裂缝。

(6)设假铰多段式搭板，在相应假铰顶上的路面出现裂缝；有的搭板预制安装，由于不易置平，路面则出现纵向裂缝；有的将搭板按混凝土路面合二而一的方式设置，温升过程中刚性路面能对桥台产生推力，同时胀缝处治欠佳而开裂渗水，近台搭板下面出现脱空等，形成混凝土路面板出现局部折角断裂等现象。

(7)如图1中所示的伸缩缝d由于设置在梁端构造薄弱部位，很难与后浇的桥面铺装层混凝土有效的连接，且设在路面表层直接承受车轮荷载的反复冲击作用，长期暴露在大自然中，运营期间伸缩缝往往过早破损，因此，成为桥梁结构最易遭到破坏而又较难修复的部位。桥梁伸缩结构一旦破坏，可引起很大的车辆冲击荷载，进一步加重桥头跳车，恶化行车状况，桥面漏水还会对桥梁下部的钢筋混凝土结构产生腐蚀与损害，降低桥梁使用寿命。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种用于治理桥头跳车的桥头结构，能够消除近台端搭板下方路基脱空现象，能有效调节路基与桥梁之间的不均匀沉降，可解决桥台与路堤衔接处的跳车、搭板远端二次跳车、路面开裂隆起和伸缩缝过早破损等问题。

一种用于治理桥头跳车的桥头结构，包括桥台、梁板、路基、路面结构层、桥头搭板和桥面铺装层，所述的路面结构层自下而上包括底基层、基层和面层；所述的桥头搭板设于路基与底基层之间，其一端搭设于桥台牛腿上；所述的基层与桥台台背之间设有缩缝，所述的桥台台背与梁板之间设有伸缩缝。

所述的面层采用沥青混凝土，基层采用5%水泥稳定碎石，底基层采用3%水泥稳定碎石，路面结构层的总厚度为70～80cm。

优选地，所述的桥头搭板下面设有垫层，垫层采用20cm厚的素混凝土，垫层远台端纵向比桥头搭板长30cm并以1：3的坡度与路基和底基层衔接，且垫层横向两侧宽出桥头搭板各20cm；这样就能够克服传统桥头搭板结构中枕梁应力集中的缺点，素混凝土垫层起应力扩散的作用，能够减轻或消除搭板远端二次跳车的现象。

优选地，所述的桥头搭板远台端以及桥台台背两缝处均设有土工格栅；远台端的土工格栅设有三层，分别铺设于面层与基层之间、基层与底基层之间以及底基层与桥头搭板之间；两缝处的土工格栅为一层且设于桥面铺装层下面。这样能够改善搭板远台端应力集中现象，改善梁端部位的沥青混凝土的应力状态，起到了扩散温度应力和轮胎的冲击力的作用，可调节路基和搭板的不均匀沉降，以减轻搭板远端二次跳车的现象和减少搭板远端和桥头在两缝处的路面反射裂缝。

优选地，所述的面层与桥面铺装层整体相连；克服了传统技术方案中的两缝之间铺装层与桥台的粘接整体性差的缺点，同时对两缝起保护作用，避免车轮荷载直接作用在缝上，可延长伸缩缝的使用寿命。

优选地，所述的缩缝宽为5mm，缩缝增设传力杆，且该缝隙中填塞有如橡胶止水条等止水材料；以防止现浇水泥稳定基层的收缩裂缝。

优选地，所述的伸缩缝采用能止水且强度高的伸缩缝，可以克服传统伸缩缝构造中两侧型钢高程不一致和与桥面铺装顺接不畅的缺点。

所述的桥头搭板采用钢筋混凝土板，按弹性地基梁板设计，根据计算，当桥头搭板长度为6m时，则其厚度为28cm；当桥头搭板长度为8m时，则其厚度为30cm；当桥头搭板长度为10m时，则其厚度为32cm；当桥头搭板长度为12m时，则其厚度为35cm。

所述的土工格栅采用双向格栅，其长度不小于6m，其纵向极限抗拉强度不小于50KN/m；延伸率为2%时，其抗拉强度不小于20KN/m。

优选地，所述的桥头搭板与桥台牛腿的链接采用橡胶支座；在软土地基上路基工后沉降往往较大，设置橡胶支座能够避免垂直锚栓造成搭板或牛腿被拉裂破坏。

优选地，所述的桥头搭板与桥台台背之间设有缝隙且该缝隙中填塞有如沥青麻絮等止水材料；这样可以适应温升过程中桥头搭板混凝土的膨胀，避免对桥台产生推力，同时可防止地表水沿接缝下渗直接冲刷台背填土，避免近台端搭板下面出现脱空现象。

本发明桥头搭板采用下置式，即桥头搭板置于路面底基层下面，桥头搭板上有路面结构层承受车辆荷载，搭板所受动应力较小，桥头搭板主要起调节桥梁与路基的不均匀沉降的作用，这样就克服传统桥头搭板结构中搭板下方路基动应力较大，路基土体在动应力和水的作用下易产生破坏的缺点，能够消除近台端搭板下方路基脱空现象；而且由于地基的沉降和桥头搭板的杠杆作用，在搭板的胀缝处产生向上的竖向位移，桥头搭板上有路面结构层会均化由于竖向位移产生的集中应力，从而消除桥台与路堤衔接处的跳车现象；同时本发明通过台背两缝的设置明确了两缝的不同作用，加强了止水措施，克服了传统结构受力复杂、两缝易破损和桥台处路面易破坏的缺点。

相对现有技术，本发明具有以下有益技术效果：

（1）本发明搭板采用下置式，能够消除近台端搭板下方路基出现脱空区。

（2）本发明桥头区段的路面可与路堤路面同时整体施工，操作简便。

（3）本发明可彻底解决桥台与路堤衔接处的跳车，同时可消除桥台与路堤衔接处沥青混凝土路面的隆起，使车辆能高速平稳地行驶。

（4）本发明克服了搭板远端路面断层的薄弱环节，不设枕梁也可获得良好预防沉降效果，可彻底解决搭板远端二次跳车问题。

（5）本发明在搭板远端和两缝处设置了土工格栅，可调节不均匀沉降，同时可避免路面出现反射裂缝。

（6）本发明能阻止雨水下渗，免除填土路堤松散，不会出现填料流失现象。

（7）本发明中台背两缝的设置克服了传统伸缩缝易早期破损和受力复杂的缺点，明确了两缝的不同作用，延长伸缩缝的使用寿命。

（8）本发明可适用各种形式的桥台。

附图说明

图1为传统桥头结构的示意图。

图2为本发明桥头结构的示意图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

如图2所示，一种用于治理桥头跳车的桥头结构，包括桥台2、梁板8、路基1、路面结构层5、桥头搭板3和桥面铺装层10，路面结构层5自下而上包括底基层53、基层52和面层51；桥头搭板3设于路基1与底基层53之间，其一端搭设于桥台2牛腿上；桥头搭板3下面设有垫层4；基层52与桥台2台背之间设有缩缝71，桥台2台背与梁板8之间设有能止水的伸缩缝72，面层51与桥面铺装层10整体相连。

垫层4采用20cm厚的素混凝土，垫层4远台端纵向比桥头搭板3长30cm并以1：3的坡度与路基1和底基层53衔接，且垫层4横向两侧宽出桥头搭板3各20cm；这样就能够克服传统桥头搭板结构中枕梁应力集中的缺点，素混凝土垫层起应力扩散的作用，能够减轻或消除搭板远端二次跳车的现象。

桥头搭板3远台端以及桥台2台背两缝处均设有土工格栅6；远台端的土工格栅6设有三层，分别铺设于面层51与基层52之间、基层52与底基层53之间以及底基层53与桥头搭板3之间；两缝处的土工格栅6为一层且设于桥面铺装层10下面；这样能够改善搭板远台端应力集中现象，改善梁端部位的沥青混凝土的应力状态，起到了扩散温度应力和轮胎的冲击力的作用，可调节路基和搭板的不均匀沉降，以减轻搭板远端二次跳车的现象和减少搭板远端和桥头在两缝处的路面反射裂缝。

土工格栅6采用双向格栅，其纵向极限抗拉强度不小于50KN/m；延伸率为2%时，格栅6的抗拉强度不小于20KN/m；本实施方式中土工格栅6纵向长度为6m。

本实施方式根据路面力学，车辆荷载近似为圆形均布荷载，在圆形均布荷载作用下竖向变形60%～70%是由厚度为3倍圆形荷载半径的表层压缩造成；所以，为了减少表层竖向变形和防止路堤沉降引起跳车，桥头搭板3采用下置式。

面层51为沥青混凝土，基层52为5%水泥稳定碎石，底基层53为3%水泥稳定碎石，路面结构层5总厚度为70～80cm；在搭板面上有路面结构层承受车辆荷载，搭板所受活载应力较小。

桥头搭板3采用钢筋混凝土板，按弹性地基梁板设计，根据计算，对于搭板长度为6m时，其厚度为28cm；对于搭板长度为8m时，其厚度为30cm；对于搭板长度为10m时，其厚度为32cm；对于搭板长度为12m时，其厚度为35cm。本实施方式中搭板长度为8m。

在软土地基上路基工后沉降往往较大，为了避免垂直锚栓造成搭板或桥台牛腿被拉裂破坏，在搭板3和桥台2牛腿之间设置橡胶支座9；橡胶支座9尺寸为150mm×150mm×30mm，横向相邻橡胶支座的间距为50cm。

本实施方式中的缩缝71宽为5mm，缩缝71增设传力杆，且该缝隙中填塞有如橡胶止水条等止水材料，以防止现浇水泥稳定基层的收缩裂缝。

桥头搭板3与桥台2台背之间设有宽为3cm的缝隙11且该缝隙中填塞有如沥青麻絮等止水材料，这样可以适应温升过程中桥头搭板混凝土的膨胀，避免对桥台产生推力，同时可防止地表水沿接缝下渗直接冲刷台背填土，避免近台端搭板下面出现脱空现象。

本实施方式的具体施工步骤如下：

（1）对软土地基进行地基处理，填筑路基对软土地基进行堆载预压；

（2）预压期满后，对路基进行开挖，施工桥梁的桩、桥台、梁板和伸缩缝；在台背侧面预埋传力杆；

（3）回填级配碎石，并进行分层碾压，压实度达到设计标准；

（4）现浇素混凝土垫层，其抗压强度不小于14MPa；

（5）在预制场预制桥头搭板；

（6）在桥台牛腿上安装橡胶支座，搭设桥头搭板于橡胶支座上；在搭板与台背之间的缝里填塞沥青麻絮等止水材料；

（7）在搭板的远台端铺设第一层土工格栅，应纵向铺设，横向搭接宽度应大于30cm，可采用塑料土工格栅；

（8）路面底基层施工完成后，在搭板的远台端铺设第二层土工格栅，可采用塑料土工格栅；

（9）路面基层施工完成后，在搭板的尾端和两缝处分别铺设第三层土工格栅,可采用玻璃纤维土工格栅；

（10）在路面基层与桥台背墙之间的缩缝中填塞止水橡胶条；

（11）在路面基层和梁板上整体施工沥青混凝土路面面层。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的该进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于治理桥头跳车的桥头结构，包括桥台、梁板、路基、路面结构层、桥头搭板和桥面铺装层，所述的路面结构层自下而上包括底基层、基层和面层；其特征在于：所述的桥头搭板设于路基与底基层之间，其一端搭设于桥台牛腿上；

所述的基层与桥台台背之间设有缩缝，所述的桥台台背与梁板之间设有伸缩缝，所述的桥头搭板与桥台台背之间设有缝隙且该缝隙中填塞有止水材料；所述的缩缝宽为5mm且该缝隙中填塞有止水材料；

所述的桥头搭板下面设有垫层，所述的垫层采用20cm厚的素混凝土；

所述的桥头搭板远台端以及桥台台背两缝处均设有土工格栅；远台端的土工格栅设有三层，分别铺设于面层与基层之间、基层与底基层之间以及底基层与桥头搭板之间；两缝处的土工格栅为一层且设于桥面铺装层下面；

所述的桥头搭板与桥台牛腿的链接采用橡胶支座。

2.根据权利要求1所述的桥头结构，其特征在于：所述的面层与桥面铺装层整体相连。

3.根据权利要求1所述的桥头结构，其特征在于：所述的垫层远台端纵向比桥头搭板长30cm并以1：3的坡度与路基和底基层衔接，且垫层横向两侧宽出桥头搭板各20cm。