EPS聯(lián)合懸臂式擋墻在城市道路橋臺(tái)后中的應(yīng)用

崔革，黃海松，明道軒，張海生

(江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司，江蘇南京210017)

在道路工程建設(shè)中，軟土地區(qū)橋臺(tái)與路堤的差異沉降一直是困擾工程界的技術(shù)難題。目前國(guó)內(nèi)提出了眾多解決橋頭跳車(chē)的理論及技術(shù)途徑［1］～［2］，盡管各種方法在一定的條件下能取得一定效果，但仍未出現(xiàn)能夠徹底清除橋臺(tái)與路堤差異沉降的工程技術(shù)措施。

為此，筆者建立在凌晨［3］、高燕希［4］等國(guó)內(nèi)學(xué)者關(guān)于EPS材料性能研究及結(jié)構(gòu)分析的理論基礎(chǔ)上，以及該材料在公路工程建設(shè)中大量應(yīng)用［5］～［7］的實(shí)踐基礎(chǔ)上，結(jié)合溫州境內(nèi)某市政道路工程的自身特點(diǎn)，提出了在軟土地基上控制橋臺(tái)后沉降的處理方法——采用EPS材料聯(lián)合鋼筋混凝土懸臂式擋土墻，以期為在軟土地區(qū)的類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)與施工提供一定的參考價(jià)值。

1 工程概況

本次市政工程位于溫州市生態(tài)園一個(gè)重要組成部分——三垟濕地。道路全長(zhǎng)3 568 m，為城市次干路，道路紅線(xiàn)寬度為16 m。途經(jīng)園底村、后垟村、灣河村、沙河村、丹東村，貫穿整個(gè)三垟鄉(xiāng)。道路沿線(xiàn)地形平坦、地貌單一，且多為柑橘地、河流，局部有建筑物，現(xiàn)場(chǎng)地坪標(biāo)高約為3.30～3.80 m。

工程場(chǎng)地范圍內(nèi)，地層由人工填土層、硬殼層粘土、第四系全新濱海相軟土、湖相沉積粘性土、河流相沖砂土、碎石土及坡積土、風(fēng)化基巖組成，自上而下分述如下:①雜填土(層厚0.30～1.30 m):雜色，不均勻，欠固結(jié)，松散，稍密。主要由碎塊石、粘性土等組成，局部伴有生活垃圾;②粘土(層厚0.40～1.60 m):灰黃、灰褐色，可～軟塑，含少量鐵錳質(zhì)氧化斑點(diǎn)及腐植物碎屑，表部約0.3 m為灰黑色耕植土;③－1淤泥(層厚10.50～15.70 m):青灰色，土層均勻，含少量腐植質(zhì)、粉砂，局部粉砂呈薄夾層狀產(chǎn)出，流塑，高壓縮性，高靈敏度;③－2淤泥(層厚6.40～16.30 m):青灰色，土層較均勻，含少量腐植質(zhì)、粉砂，局部夾少量粉砂，強(qiáng)度較上層稍好，局部下部過(guò)度為淤泥質(zhì)粘土，流塑，高壓縮性，高靈敏度;③－3淤泥質(zhì)粘土(層厚3.20～25.10 m):灰色，土層較均勻，含少量腐植質(zhì)、粉砂，具鱗片狀構(gòu)造，層底標(biāo)高－26.18～－52.81 m;④粘土(層厚1.50～7.60 m):淺灰褐、灰黃色，可塑，含少量腐植質(zhì)、粉砂，層底標(biāo)高－28.40～－40.50 m。

2 問(wèn)題分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)探勘，并結(jié)合工程場(chǎng)區(qū)內(nèi)的巖土工程(詳勘)地質(zhì)勘查報(bào)告，本場(chǎng)址處于溫州典型的軟土地區(qū)，工程地質(zhì)條件較差(具有高含水量、高孔隙比、高壓縮性、抗剪強(qiáng)度低等特性)，其部分物理力學(xué)參數(shù)詳見(jiàn)表1。

?

根據(jù)城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范要求［8］，本場(chǎng)址的土基回彈模量難以達(dá)到20 MPa，采取相應(yīng)的處理措施勢(shì)在必行。否則，在運(yùn)營(yíng)期橋臺(tái)與路堤勢(shì)必將產(chǎn)生較大的差異沉降，且工后基準(zhǔn)期內(nèi)過(guò)大的不均勻沉降也必將影響道路結(jié)構(gòu)物的正常使用(病害如橋臺(tái)位移、橋頭跳車(chē)等)。

2.1 理論分析

眾所周知，在軟土地區(qū)橋臺(tái)與路堤差異沉降控制的好壞是防止橋頭跳車(chē)成敗的關(guān)鍵。橋梁基礎(chǔ)幾乎均采用樁基，工后沉降比較小;相反路堤往往產(chǎn)生較大的沉降，因此路堤沉降與橋臺(tái)沉降差異程度，直接導(dǎo)致橋臺(tái)跳車(chē)現(xiàn)象嚴(yán)重性，進(jìn)而影響道路行車(chē)時(shí)使用的舒適性。

路堤沉降的原因不外乎兩方面:其一，在路堤自重應(yīng)力和行車(chē)荷載聯(lián)合作用下對(duì)軟土地基頂面產(chǎn)生附加應(yīng)力，隨著土層水的消散，從而產(chǎn)生過(guò)量的沉降變形;其二，路堤自重和行車(chē)荷載共同作用下對(duì)路堤自身的壓縮沉降變形?？梢?jiàn)，僅解決軟土地基過(guò)量的沉降變形，而不考慮路堤自身的壓縮沉降變形，是無(wú)法徹底消除橋頭跳車(chē)現(xiàn)象的。

2.2 結(jié)構(gòu)分析

本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體指導(dǎo)理念是:將EPS塊體作為填料疊置在地基上不增加或少增加附加應(yīng)力，從而避免地基產(chǎn)生沉陷或側(cè)向流動(dòng)。

首先，在開(kāi)挖部分原狀土的面上鋪設(shè)一定厚度的砂墊層，然后，在EPS塊體之間和EPS塊體頂面設(shè)置混凝土板，起壓重作用、抵抗地下水對(duì)EPS的浮力，同時(shí)還可使上面荷載得以分散，減小EPS塊體的應(yīng)力，最終起到減少路面沉降的作用。

2.3 社會(huì)效益分析

該工程具有其自身的特殊性。除工期短、用地緊張外，還有場(chǎng)址位于作為溫州市生態(tài)園境內(nèi)重要組成部分的三垟濕地里。三垟濕地一直擁有溫州城區(qū)“天然肺”之稱(chēng)的美譽(yù)，為當(dāng)?shù)丨h(huán)境起到了不可替代的重要作用，社會(huì)效益顯著。因此，本工程處理措施的選擇需要綜合考慮土地資源、環(huán)境污染、物理力學(xué)性能、施工工期等多重因素。

基于以上分析，同時(shí)借鑒眾多EPS材料公路工程的應(yīng)用實(shí)例，本工程包括18個(gè)橋臺(tái)，橋臺(tái)過(guò)渡帶臺(tái)后均采用EPS環(huán)境友好材料［9］結(jié)合鋼筋混凝土懸臂式擋土墻進(jìn)行處理。

3 處治措施

3.1 EPS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

均采用EPS輕質(zhì)路堤結(jié)合鋼筋混凝土懸臂式擋土墻。具體措施是:挖除部分原狀土，夯實(shí)手?jǐn)[片石25 cm，設(shè)置10 cm C10混凝土找平，再設(shè)置10 cm砂墊層，然后采用EPS超輕質(zhì)填料換填處理。在路堤頂面設(shè)置10 cm C30鋼筋混凝土板塊，板塊上設(shè)置30 cm墊層至道路基層下。詳見(jiàn)圖1。

圖1 橋后路基處理橫斷面圖

此外，橋臺(tái)后搭板根據(jù)橋梁圖紙布置，EPS為漸變階梯型鋪設(shè)，其基底坡度根據(jù)道路縱坡設(shè)置，換填高度詳見(jiàn)圖2。

3.2 材料質(zhì)量控制

EPS:標(biāo)準(zhǔn)容重應(yīng)為30 kg/m3，抗壓強(qiáng)度大于200 kPa。對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)EPS塊體應(yīng)盡量在廠(chǎng)家按設(shè)計(jì)要求尺寸預(yù)先切割;砂墊層:有機(jī)質(zhì)含量不大于1%，含泥量不大于3%，粒徑控制在0～5 mm?，F(xiàn)澆鋼筋混凝土板:C30鋼筋混凝土板配筋為直徑6 mm，間距150 mm×150 mm。

圖2 橋后路基處理縱斷面圖

3.3 現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制

因EPS塊體重量輕，宜采用人工鋪設(shè)，對(duì)與構(gòu)筑物接觸部位應(yīng)在工地現(xiàn)場(chǎng)采用電熱絲切割。塊體鋪設(shè)時(shí)應(yīng)錯(cuò)縫設(shè)置，塊體間的高差和縫隙一般小于10 mm和20 mm，當(dāng)大于誤差時(shí)應(yīng)采用低等級(jí)或無(wú)收縮的水泥砂漿調(diào)平。EPS塊體間用金屬聯(lián)結(jié)件固定，塊體層間采用雙面爪型聯(lián)結(jié)件，頂面與側(cè)面采用單面抓型聯(lián)結(jié)件，金屬聯(lián)結(jié)件應(yīng)采用鍍鋅防腐。EPS填料高度大于等于2 m時(shí)，增設(shè)一層鋼筋混凝土板。鋼筋混凝土板橫縫間距為10 m，縫寬為3 cm，采用瀝青杉木嵌縫。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本次EPS輕質(zhì)路堤結(jié)合鋼筋混凝土懸臂式擋土墻在城市道路橋臺(tái)軟基處理實(shí)踐證明，該處理措施可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)越性(施工速度快、施工質(zhì)量易控制、環(huán)保等)，不僅減少征地、租地難的問(wèn)題，同時(shí)極好地保護(hù)了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，而且也大大地減少橋臺(tái)與路堤的差異沉降，解決由此引起的橋頭跳車(chē)問(wèn)題。于此同時(shí)，EPS也很大程度上減小橋臺(tái)背后的側(cè)向壓力，有利于橋臺(tái)的穩(wěn)定。

雖然EPS方案較其它處理方案(如水泥攪拌樁、預(yù)壓處理等)外，目前原材料成本相對(duì)較高，但該處理措施已達(dá)到預(yù)期的工程效果，運(yùn)行狀態(tài)良好。對(duì)于本文中所述的工程實(shí)例，其他處理方法無(wú)法采用。因此，采用這種處理法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值的特點(diǎn)。

［1］JTJ017－96公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范［S］

［2］周?chē)?guó)均，呂同慶，白日昇．地基處理手冊(cè)［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1988

［3］凌晨．路基輕質(zhì)填料(EPS)的路用性能探討［J］．江蘇交通科技，2003(5):37－40

［4］高燕希，張軍，張起森．軟弱地基橋臺(tái)臺(tái)背填筑EPS的結(jié)構(gòu)分析［J］．中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2003，16(3):27－30

［5］錢(qián)錫躍，張毅．EPS輕質(zhì)路堤在同三國(guó)道港新段高速公路中的應(yīng)用［J］．地下工程與隧道，2003(3):14－16

［6］舒江新．EPS材料在滬青平高速公路工程中的應(yīng)用［J］．中國(guó)市政工程，2004(3):23－24

［7］呂永雄，肖振宇，曹云強(qiáng)，等．EPS材料在橋頭軟基處理中的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)分析［J］．廣東公路交通，2001(S1):74－76

［8］CJJ37－90城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

［9］王族友，蘇瑛．路用聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)的環(huán)境友好性分析［J］．現(xiàn)代交通技術(shù)，2004(1):1－4