EPS 材料在軟基橋臺加固中的應用

凌 廣

(中交路橋技術有限公司，北京 100029)

0 引言

軟土地區高填土老橋臺普遍存在的病害包括橋臺承臺水平位移過大、樁基承載能力不足以及因臺后填土沉降而引起橋頭跳車等。這些病害使得公路養護的難度增大并且影響行車的安全性與舒適性。筆者以廣東S366省道某橋臺為例，進行主要病害的成因分析并提出解決問題的方案。

1 現有橋臺的病害及分析

某橋臺建成至今21年，結構形式為樁基接力式U臺。鋼筋混凝土臺帽，漿砌片石臺身，基礎為雙排直徑80 cm的鋼筋混凝土樁基接承臺。

根據橋臺竣工圖紙分析，臺后填土高度6 m，樁基為兩排直徑80 cm嵌巖樁組成的群樁，這類群樁目前的單樁直徑一般為120 cm，理論上舊承臺水平位移達17.92 mm，不能滿足規范要求。樁基很弱，單樁承載力也不滿足規范要求。由于臺后搭板下軟基下沉造成橋頭跳車，經過多次填充瀝青混凝土仍然有較大的沉降量。要加固利用此橋臺必須進行臺后卸載和軟基處理。

用EPS材料置換臺后填土，可以利用其特殊的性能減少臺后水平土壓力和豎向土壓力，如圖1所示。置換后，舊橋臺水平土壓力大大減少，承臺水平位移僅8.37 mm，樁基承載能力也能滿足要求。

圖1 臺后EPS材料換填示意圖

2 EPS材料特性及分析

EPS學名叫聚苯乙烯泡沫塑料(Expanded Polystyrene Sheet)，是把發泡劑加入到聚苯乙烯中，然后加熱軟化并產生氣體，形成一種輕型的高分子材料。這種材料為硬質閉孔結構，有獨特的工程特性。

2.1 超輕特性

公路工程中通常用密度為21 kg/m3左右的EPS材料。密度僅為臺后填土的1/80左右。把原橋臺后填土換填成EPS材料后相當于給換填層以下的土層超載預壓，超載卸載后再次壓縮的變形量與超載比和超載作用時間密切相關。

2.2 耐壓特性

EPS材料的抗壓縮強度與密度相關，在彈性變形階段，其壓縮強度在50 kN/m2～140 kN/m2之間。當應變為5%時，抗壓強度超過100 kPa，甚至達到350 kPa，變形模量大約是5 MPa。甚至在塑性變形階段，抗壓強度仍然保持相當強大。因此，EPS材料作為臺后填充物質有足夠的抗壓縮強度，能滿足公路規范的要求。

2.3 直立特性

EPS材料有很好的穩定性，對橋臺結構物產生的土壓力幾乎為零。采用EPS材料換填可以從根本上解決舊橋臺樁基過弱而產生的承臺位移過大和樁基承載力不足而開裂等病害。計算臺后填料水平力時，把EPS層和填土層看作是兩個參數不同的土層，如圖1所示。根據瑞典規范規定，EPS靜止土壓力系數為0.4，因為EPS自身容重很小，所以回填EPS范圍內對橋臺的水平土壓力僅為回填土的幾十分之一。

2.4 硬度適中特性

EPS材料的剛性介于橋臺混凝土和路基填土之間，是一種非常合適的剛度過渡材料，能一定程度的緩沖橋臺與路基間材料的剛度突變，減輕高速行駛的車輛在橋頭產生的振動。

3 EPS材料的施工要求

EPS材料作為新型的填筑材料，有嚴格的施工要求。主要包括縱橫向的連接、排水問題和鋪設方式等方面。在土路與EPS交界面，通常把土坡修理成臺階狀，然后把EPS塊體搭接于臺階上，順橋向和橫橋向都如此搭接。EPS塊體之間縱橫交錯攤鋪，使得受力和變形能連續。順著路線的縱坡和橫坡，用底層砂土層調整，以減小損耗。施工期間，在坡腳設置一道臨時排水溝，用土工布覆蓋EPS塊體和土坡臺階，搭接空隙用細石混凝土填塞。EPS材料在運營階段不能泡在水中，底層高于地下水位50 cm以上，并且要鋪上石灰穩定土一層，預埋塑料管或者盲溝排水，形成一定坡度，保證排水順暢。現澆橋臺搭板與EPS層間設置一層防水層，可用土工布做防水。EPS塊體鋪設主要采用人工方式，上下層要逐層錯縫鋪開，平整度和聯結牢固度最為重要。最底層用墊層調整錯臺和縫隙，中間各層用無收縮水泥砂漿調整。用爪形聯結件約束EPS塊體使之不會相互發生錯位，爪形聯結件分為單面和雙面，前者用于頂層或者側面，后者用于塊體層間。最底層EPS層通過L形銷釘聯結地基。最頂面的EPS層與行車面距離應大于70 cm，包括瀝青鋪裝和現澆鋼筋混凝土的厚度，保證汽車荷載能均勻擴散至EPS層，防止應力過度集中和有害物質侵入。

4 其他注意事項

1)EPS在紫外線照射下會變色，切割加工應在工棚里進行。運至現場應及時鋪設，如果堆放時間超過7 d，應采取覆蓋遮光措施，避免日光直接照射。

2)EPS能溶解于汽油和瀝青等，施工過程中要做到嚴格隔離。

3)施工現場還需做好防火災、防風雨等。

5 結語

采用EPS輕質填料換填，能很大程度上減少成橋后橋臺搭板處的地基沉降，實際工程中還需進行搭板下覆軟基的地基處理，以徹底解決軟土地區橋頭跳車問題。更重要的是本橋臺年代較老，樁基太弱，換填后橋臺臺后水平土壓力大大減小，很大程度上減小了橋臺的水平位移。當然對軟基處舊橋臺的加固還應包括對裂縫和破損部位的修補、樁基壓漿甚至輔以少量的水泥攪拌樁等措施。S366全線橋涵加固完成后已經通車運營，根據觀測狀況良好。

［1］郭紀新.泡沫聚苯乙烯在公路中的應用［J］.遼寧交通科技，1995，18(2):20-24.

［2］發泡聚苯乙烯土木工法開發機構.EPS工法［M］.日本理工圖書株氏會社，平成5年2月1日.

［3］李云飛.EPS力學性能與減少路堤沉降的研究［D］.杭州:浙江大學，2002.