随着高等级公路的迅猛发展,公路桥梁的修建来越多。每年国内完成的高等 级公路中,大、中、小成千上万座,而经调查,处于营运中的桥梁台后普存在着搭板 断裂及不均匀沉降,最终导致桥头跳现象的产生。桥头跳车严重影响着行车的安 全、速舒适和人们对高等级公路的总体评价,同时也影了行车的使用寿命。因此我 对桥头跳车问题进行了研究。
一、桥头跳车的概念
所谓桥头跳车，即桥涵两端一定范围内路基顶面相对桥（涵）台面整体下沉若干厘米后，车辆在行驶过程中引起车辆振动导致人们不适或必须减速行驶。换 言之，桥涵两端的路基顶面整体下沉（一般来说，桥涵基础的处理措施比较安全， 桥涵基础下沉量少，路基的绝对下沉可以看成相对下沉），是引起桥头跳车的根本 原因。众所周知，桥涵两端路基由地基基础、填土路基、路面结构层三部分组成。 所以，引起路基顶面整体下沉的原因包括：地基基础在路基、路面的恒载与汽车
（动载）的作用下，地基下沉；路基在车辆长期行车作用下及路基填土自重的作 用下，路基填土的密实度相对增加，路基压缩（路基的填土高度相对变小）引起 下沉；路面结构层（尤其是高等级公路的基础、垫层）在行车的作用下，结构层 的密实度增加，结构厚度相对减薄引起下沉。
二、桥头跳车的原因的分析
（1）路基顶面的整体下沉
①地基基础下沉 地基基础下沉是引起桥头体跳车的主要原因，但地基的种类繁多，土质千差万别，即使其上部荷载相同，因地质土质不同，它的下沉量将产生很大的区别； 就是地质相同，但其上部不相同时，它的下沉量也不相同。为了便于分析，我们 将地基基础暂分为三类：软基、软土地基、稳定地基。
a．软基：地基的土质为软土（特点是含水量大、空隙比较大、压缩型大）， 它在路基、路面施工过程中，路基可能失稳，或路基、路面施工后期，路基将发 生较大的沉降与下沉（下沉量在 20~30cm 以上）。这种路基，在路基设计时一般会采取处理措施（打塑料板桩、打沙桩、旋喷加固等等）。这类地基虽然在施工过 程中采取措施，但因地基残余变形存在，或因桥涵施工影响桥涵两端路基处理措 施的效果，或因施工方面的原因（施工质量的不均匀、路面施工前未进行鱼呀、 预压的时间不够、预压荷载不够……等等），往往在通车后不久，桥涵两端路基下 沉引起桥头跳车（一些高速公路与一些一般公路均发生过这类情况）。
b．软土地基：地基土质为软土，但由于其上部路基填土高度不高，荷载不大， 在路基路面施工过程中不会失稳，短时间不会发生过大的沉降。但在桥涵施工过 程中对原土的破坏与扰动后，在荷载的长期作用下，特别是在重型车辆冲击，振 动荷载反复作用下，地基的软土结构发生较大的变化。在通车半年、一年、两年， 甚至三年后，地基发生较大的沉降，引起桥头跳车，沉降量（大于 10cm）与沉降 范围较大。这种现象在一些高等级公路与大桥有过不同程度的发生。
c．稳定地基：稳定地基一般指地基的土质好，它的承载力比较大，一般情况 下不发生地基沉降。但是在高填土的路基地段，由于其上部的荷载特别大，在这 种大荷载的长期作用下，地基一定范围内土的颗粒结构发生改变，由于土颗粒受 到压缩，它们的变形向路基两边与桥涵底部扩散，加上土颗粒受压后，密实度增 加后，在通车一、两年或更长一段时间后，地基下沉（下沉范围较大，下沉量与 地基土质情况、路基填土高度有关），引起桥头跳车。一些大桥后期发生桥头跳车 的现象证实了这一点。
②路基填土压缩引起的沉降 路基填土压缩引起的沉降有两种：第一种是在桥（涵）台背后填土。由于台背结构的影响，一般路基压实机械不能过分靠近与接触台身，则在台背后一定范 围内的密实度就比较低（远远低于设计与规范要求值）。公路通车后，在车辆的垂 直荷载与振动荷载作用下，它的密实度将迅速增加，沉降就随之发生。它的沉降 量一般不大，但发生的早、快，并起着加速路基沉降（路基有其他类型沉降的情 况下）的作用下。第二种是由于路基填土过高。虽然路基各层填土的密实度达到 要求，但随着时间的增加，路基填土的密实度渐渐增大，日久月长，填土压缩， 路基填土高度相对变小产生沉降。这种沉降范围大，发生的也较晚。它的沉降量 与填土高度和回填土的土质有关，是一种比较难以避免的沉降。
③路基结构层压缩引起的沉降 随着交通事业发展的需要，新建公路的技术等级越来越高，路面结构层越来越厚（一级公路的路面结构层厚度一般超过 60cm）。由于桥台身的影响，垫层、 基层施工时，压路机不能接触与越过台身，在台身后一定范围内的垫层、基层的 密实度一般较低（远低于设计值）。但在通车后，在行车的垂直荷载与振动荷载的 作用下，垫层、基层的密实度迅速增加，结构层压缩，路面结构层厚度相对变薄 引起沉降。这类沉降的沉降量不大，但在通车后不久就迅速发生。在有其他沉降 的情况下（特别是在软基与软土地基），它起着加速与加重桥头跳车的作用。
（2）.其它原因
①施工未严格按分层摊铺，分层碾压，并且监理工程师也未对施工填土进行 分层检查、分层验收，压实度未能达到标准。
②设计不完善 台背排水设计不完善，地下水或自然降水从路面，边坡渗透到路基台背的水分不能及时排走，路基含水量增大，强度降低，导致沉降；高填路基、地基在路 面成型之后沉降变形考虑不完善。
三、桥头跳车的危害及机理分析
（1）桥头跳车的危害
①当车辆行至桥头陡坎时,为防止车辆的猛烈跳动,驾驶员被迫刹车减速,降低 了道路的使用能。
②由于车辆通过桥头陡坎引起跳车,使车辆簸,引起乘客及驾驶员的不适,同时 对驾驶员产生 当不利的心理影响,严重时则会影响对车辆的正操作,造成行车事 故。
③由于车辆通过桥头时产生的跳动和冲击,而对桥梁和道路造成附加的冲击 荷载,加速了桥台桥头搭板、支座及伸缩缝的损坏,特别是支座和伸缝的破坏,同时 也加剧了车辆的机件、轮胎等磨， 降低了车辆的使用寿命。
（2）桥头跳车对行车的影响及机理分析 桥头跳车在不同的路面类型及桥头连接情况现为不同的跳车形式。它们对行车
的影响及车桥头的跳车机理均不相同。
①设置桥头搭板路段 在高等级公路中桥头搭板的设计是根据桥土的高度来确定的,现一般设计中搭
板长度取 3m、5m、6m、8m 不等,由于搭板两端沉降量同,必然在搭板两端形成一 纵坡转折,如图 1 所 以搭板长 6m 为例,若搭板 A 端沉降 12cm,那板两端的纵坡改
变为 12/600=2
图 1桥台背沉降后搭板和路面及桥面连接示意图
对高速行驶的车辆来说,纵坡转折对车辆是很的。纵坡转折不仅会加剧汽车的 颠簸,影响行车甚至会出现行车事故。汽车在桥头的行车机理分复杂的,不同搭板长 度、不同沉降值及不同车速,其影响程度均不相同。我们可以把汽车轮过桥头 2 个
纵坡转折时的行车线型近似地按切的反向竖曲线考虑,如图 2 所示。
图 2 引起跳车的线型简化模式
当车辆行驶至 A→C 点间凸曲线路段时,汽车曲线上形成向心加速度的向心力 为 F=mV2R 心力由自重来抵消,当向心力大于自重时,汽车腾空而起,形成跳车和颠 簸。这样汽车在不同车况下,分别对应有不同的不腾空的最小竖曲线，如高速公路 设计行车速度为 100km/h,汽车空的竖曲线半径至少为 1020m,而实际上(如所示)6m 长搭板在搭板两端 A、B 点的纵坡改 12/600=2%时的近似竖曲线半径为 30.02/2=m, 是远不满足的。另外,高速公路水泥混凝土尚有以下 2 个更为不利的因素,使跳车现 象更加显著。
a．一般汽车前后轮间轮距 4m 左右不等,实际 行驶下桥时,前轮进入凸曲线
AC 段时,后轮仍在桥面直线段;前轮进入凹曲线 CB 段,后轮在凸曲线 AC 段;前轮进
入路面直线段时,后轮在凹曲线 CB 段。由此可见,汽车前后轮运行的线形条件不相 同即汽车重心运行轨迹与前后轮运行轨迹不同。汽车上桥时,运行轨迹则相反。
b．图 2 中 A 点不能下切,在 AC 段也无所谓真正竖曲线的形成;A 点实际为两 直线转折点。另外由于软基路段及高填土段沉降可达几十厘米,纵坡转折可达 5 甚 至更大,这些都对实际行车条件更为不利,加剧桥头跳车及颠簸。
汽车通过桥头搭板纵坡转折路段时车辆行驶速度及安全舒适性的影响如图 3所示。
图 3行车经搭板时受力分析图
图中:α为 A 点处纵坡转折角度(rad);β为汽车运动方向与路面夹角(rad);Fv 为汽车 前后轮重量在 CD 连线即行车方向的分力(N);t 为车辆前轮经过纵坡转折点 A 行驶 至 C 点的时间(s);V 为汽车行驶速度(m/s);G1、G2 为汽车前、后轮承重(N)d 为前后 轮轮距(m)即 CD;L 为搭板长度(m),即 AB;m 为汽车质量(kg)。
则sinβ=vtsinαd=vtαd Fv=G1sinβ=G1β=G1vαtd
例：5000kg 东风汽车时速 V=100km/h=27.7m/s,d=4m,L=6m,a=0.02, mg=5000×10=50000N,经过纵坡转折后汽车速度为
v1=2×1925321500=27.75m/s
速度降低值为Δv=v-v1=0.11km/h 由此可以看出,汽车经过桥头两端纵坡转折时汽车的动能损失很小,对行车速度的影响几乎可忽略不计。但据采用桑塔纳轿车和东风 140 载重汽车 2 种典型车 辆以 60～140km/h 的时速实地测试,实际行车速度降低值远远大于理论分析值,以 小轿车的减速更为明显,其主要原因为:
a．汽车经过纵坡转折时引起车轮腾空飞跃,车辆驱动受到影响,从而降低行驶速度;
b．纵坡转折及汽车腾空飞跃及强烈的振动颠簸,对大型货车特别是挂车的驱动
力的传递受到影响,导致车速降低; c．由于汽车有腾空飞跃强烈的振动颠簸,驾驶员考虑方向盘的控制、避免发生行车事故、司乘人员的舒适以及路况不熟等心理原因,会自觉减小油门或刹车,这是 影响行车速度的主要原因;
d．桥梁长度也是影响车速的 1 个因素,一般对于小于 10m 的小桥车,当汽车刚 经过桥梁一端搭板处的纵坡转折行驶上桥时,又紧接着下桥经过另 1 个桥头搭板两 端的纵坡转折,这样引起连续飞跃或颠簸,降低行车速度;
e．搭板处纵坡改变量(对设计而言)大于 8 时以上现象尤为明显。
②未设置桥头搭板路段 未设置桥头搭板的水泥混凝土、沥青混凝土路段,由于路基沉降在桥头形成 1个陡坎或台阶(如图 4 所示),从行车的实际情况看,台阶对行车的影响比设置搭板路 段的纵坡转折对行车的影响更大,其 一是降低行车速度,二是造成司乘人员更严重 不适或行车事故。
经过试验与理论分析,行车速度降低值Δv 与台阶高度 h 及行车速度 v 的关系为:
Δv=0.145h1.09v0.21
图 4桥头未设搭板沉降示意图
式中:Δv 为行车速度降低值(km/h);h 为台阶高度(cm);v 为行车速度(km/h)。 经采用桑塔纳轿车、东风-140 载重车等典型车辆在二级以上公路有桥头台阶路 段实地行驶测试,结果表明,车速在 60～140km/h 范围;台阶高 度 1.5cm 以下,对车辆 行驶无明显影响;台阶高度在 1.5～3.5cm 范围内,车辆行驶速度受到一定影响,同时 产生较明显颠簸;台阶高度大于 3.5～5.0cm 范围内,车速将明显降低,同时产生明显 颠簸;台阶高度大于 5.0cm,则不仅减速与颠簸现象更明显,且驾驶员在行驶时速超 过 80km/h 时,开始有掌握方向困难的感觉,对行车安全也将造成不利影 响,尤其是 两端均有台阶的小桥(总长 5～8m)情况更为明显。由以上可以看出,桥头跳车对行 车的影响既涉及道路(包括桥头)线型,又涉及车型、车速,同时也与驾驶员心理因素 有关,我们在解决桥头跳车这一技术难题时,必须同时考虑这些因素,才能得到合理 的技术思路,找到妥善的解决方法。
四、国内外解决桥头跳车的方法及发展趋势
(1) 国外 国外早在五、六十年代，已重视桥头引道与桥台的差异沉降问题，以采用桥头搭板过渡尤为多见。日本北海道土木协会在在使用搭板过渡桥头台阶这一措施 上做的比较细致。除此之外，国外公路部分对桥头引道路堤填土也作了一定的规 定。美国要求路堤的建筑材料采用重型压实标准，顶层 15cm 达到 100%的压实度， 以下为 95%。世界银行在其投资贷款的公路建设项目中，要求在刚性桥台和柔性 路堤加 30~50 米长的渐变段，填料级酌情逐渐变化，到桥头过渡完毕。显然，这 些观点及方法无疑会降低差异沉降量，缓解桥头跳车。
(2) 国内 目前，国内解决桥头跳车的措施也较多，如软地基的加固处理中采用袋装砂井或塑料排水板及堆方预压的处理方法。桥坡填筑粉煤灰；桥坡浇筑桥头搭板； 桥台与沥青路面的接缝处理；设置横向泄水管或盲沟；完善施工工艺，强化施工 质量等等。
五、桥头跳车的解决方法
在不同的行车速度，不同的公路等级的道路上，引起桥头跳车的路基沉降量有着不同的区别，对于行车速度低的低等级公路来说，桥头路基下沉，它的跳车 现象也不很严重，它对道路的通行能力、交通安全、行车的舒适性等影响均不太 大。但对于高等级公路或高速公路就不同了，有 2cm 以上的沉降就会感觉到跳车， 5cm 以上就会感觉到严重跳车，这时就会引起交通安全问题。也就是说，在高等 级公路的建设中，防止、预防桥涵两端路基下沉有着较高的要求，它成为高等级 公路建设中一个不可忽略的问题。
要防止桥头跳车应从设计、施工、监理、管理等方面采取有效措施： (1)设计方面采取措施 如何防止桥头跳车，最重要的是设计者必须要了解、掌握每一座桥涵所处的
地带类型、填土高度、填筑材料，分析造成桥头跳车的原因，再根据当地的材料 供应条件、现阶段施工能力及设计交通量发展情况，进行多方面的分析与比较， 进行科学合理设计。
①设置桥头搭板，过渡路面，地基加固。
②做好地下排水设施设计。
③台背填料设计文件中要有明确规定要求。
(2)加强施工中的各个环节
①桥涵台背填料，应按设计要求或现场择优选用，应尽可能选用变形小易填 实的填料，进行填筑。施工时应注意路基填方压实的均匀性。
②在施工过程中应尽可能扩大施工场地，以便充分发挥一般大型填方压实机 械的作用，当受场地限制时，可采用横向碾压法，以能使压路机尽量靠近台背进 行碾压。根据经验，参照有关资料，一般桥涵台背，填土顺路线方向长度，顶部 为距翼墙尾端不小于台高加 2m;底部距基础内缘不小于 2m，拱桥台背填土长度不 应小于台高的 3~4 倍，涵洞填土长度每侧不应小于 2 倍孔径。
③施工时严格控制填土质量和密实度。构造物背后填料原则上要使用大型机 械予以充分压实。当桥台为肋式或柱式桥台时，在桥台基础完成后，要彻底清除 淤泥，回填砂砾，承台应建在密实的砂砾层上，台肋式台柱建成后暂不施工台帽， 以便于压路机或小型压实机械能在柱间通过，为保证坡的填土压实，应适当加大 填土范围，待填土压实后，再将多填的土方削除，台帽施工应不设支架，在填方上直接浇筑。一字型的桥台填土两端的边坡应临时加宽，以便压路机能进行横向 或纵向碾压，待整修边坡时将多余土方削去。
④填方的排水措施对填方的稳定极为重要，特别是靠近构造物背后填料，在 施工中及施工后易积水下陷，因此，设计施工时，应保证施工中的排水坡度，设 置必要的地下排水设施。
⑤在挖方地段的台背回填部位，因场地特别狭小，应选用当地的石渣、砂砾 等优质填料，在湿陷性黄土地区宜用石灰或水泥稳定土填筑，填料的施工层厚度， 以压实后小于 20cm 为宜，分层压实，无论在填方、挖方地段的台背填料，最好 不要采用容易产生崩解的风化岩的碎屑，以免因填料风化崩解而产生下陷，这一 点在土方调配时应予以重视。
⑥在涵洞的翼墙周围特别容易产生压实不足而引起的沉陷，给养护工作带来 麻烦，应注意压实。
⑦薄壁式的桥台在施工时很可能使用大型压实机械，这种情况下应与小型振 动压路机配套使用，给予充分压实。
⑧桥头搭板的施工，应严格掌握两支点的质量，在桥台上的支点处，要考虑 搭板另一端沉陷时变位的需要，应设柔性薄支座。对于路基上的支点，应考虑向 填土扩散的需要，枕梁宽度宜大不宜小。
⑨施工中防止桥头跳车各有所长，填土预压是解决桥头跳车的较好方法，关 键是预压荷载与预压时间要能达到预期目的为准。
(3)桥涵、台背回填必须严格监理 应对台背回填作为一个分项工程进行施工监理。填料的选择、压实机具的选择、填土厚度进行分层检查、分层签认、分层验收、对排水情况应个别检查，并 严格执行监理程序。
总之，桥头跳车问题是个比较复杂的问题，涉及到设计、施工、监理、管理、 养护、运营等各个方面，因而要解决这一问题也需要通过这些过程进行科学的设 计、认真地施工、严格的管理、规范的养护、科学的管理才能解决和缓解这一病 孩，否则将会给高等级公路造成很大的后遗症，严重的影响高等级公路的使用质 量。所以要彻底解决桥头跳车的问题，还需要我们不断地研究，反复的实践.
