EPS在橋臺臺背軟土路基處理中的應用研究

胡其志，袁海峰，徐學文

（湖北工業大學土木工程與建筑學院，湖北 武漢430068）

為了有效的避免高速公路經過橋臺臺背軟基路段出現質量問題1－4，針對橋臺臺背軟基的處理方法展開研究顯得十分必要.目前，應用較多的橋臺臺背軟基處理方法大致有兩個思路，一是通過加固軟基的方法增強地基的強度和抗壓縮性能［5］，二是通過減小軟基上部荷載來減小軟基沉降，這種方法主要是通過土工材料的使用來減小基底附加應力.目前應用較多的材料有土工織物、土工復合材料、GCL、EPS等［6］.EPS（泡沫聚苯乙烯）具有輕質、高強、耐水、自立性強等優點，而且EPS施工工藝簡單、快速，且在短工期條件下能夠達到預期的效果［7－10］.因此，EPS在處理橋臺臺背軟基中已逐漸得到了較為廣泛的應用.本文在研究EPS物理化學及力學性能的基礎上，結合工程實例，對EPS在橋臺臺背軟基處理中的應用效果有針對性的展開研究.

1 EPS的性能

1.1 物理性能

高速公路中應用的EPS材料的密度一般在20 kg／m3左右，其密度僅為一般毛渣填料的1／50～1／80，因此用EPS進行橋臺臺背軟基回填能有效地減小軟基的附加應力.EPS材料的表面封閉，且內部空間結構具有良好的獨立性，可以有效阻止外界水的浸入，在路堤填筑時能有效減小水的滲流作用而導致的軟基沉降.另外EPS能有效抵抗外部環境溫度的變化對其強度的影響，所以EPS的使用可以不受施工季節和施工區域的限制.

1.2 化學性能

EPS是由發泡劑加入到聚苯乙烯中經加熱軟化而形成的一種輕型高分子材料，在遇到石油、瀝青等有機溶劑時易溶解，因此，在運用EPS進行路堤填筑至接近路面層時一定要在瀝青與EPS之間設置隔離層，以防止EPS與有機溶劑發生化學反應而破壞，并且EPS在土層中不受微生物、水、空氣等外界因素的影響，表現出良好的穩定性.

1.3 力學性能

在豎向荷載作用下EPS表現出良好的耐壓縮性，它的壓縮模量和容重相關，并隨容重的增加而增加.在單軸荷載作用下，EPS在應變小于2%時呈彈性變形狀態，之后進入塑性變形階段，與一般的土體不一樣的是在進入塑性階段后EPS不會出現明顯剪切破壞區域，也沒有確定的最大主應力.另外，由于EPS的泊松比很小，在圍壓作用下，無論圍壓增加多大，它的側向變形都很小，這也充分說明了EPS良好的自立性，在用于橋臺臺背軟基處理時可以有效減小路堤對橋臺的側向壓力.

2 EPS在橋臺臺背路堤填筑中的應用

2.1 工程概況

某大橋北引橋（樁號K12＋521）橋臺臺背的設計路面寬為26m，路堤設計高度為6.4m，縱坡為1：1.5，橫坡為2%.由該工程的地質勘察報告可以看出，該大橋北引橋橋臺臺背K12＋400～K12＋521路段的路基存在較深的不良淤泥質軟土，該路段地層主要由淤泥、淤泥質粘土、淤泥質中砂、砂質粘土等組成（表1）.

表1 地基土物理力學性質參數表

2.2 EPS路堤的設計方案及施工概況

鑒于該路段的地質情況，該大橋北引橋橋臺臺背路堤設計采用EPS材料進行填筑處理.填筑橋臺的EPS材料采用602cm×124cm×50cm的標準EPS塊體，在距橋臺120m處的路堤開始鋪設，EPS塊體采用分層分段鋪設的方法，即從鋪設1層逐漸變為6層的臺階鋪設法，且每1m深度作為1層；在鋪設基層EPS塊體之前，鋪設15cm厚的砂墊層進行找平和排水，在每層EPS塊體之間用15cm厚的鋼筋混凝土板隔開，起到固定EPS塊體，并利于應力擴散從而保持路堤整體穩定性的作用；在路堤的兩側采用1.2m厚的素填筑土進行護坡包邊以防止紫外線照射等外界不利因素對EPS穩定性的影響，并利于工程后期邊坡綠化的實施.根據上面的EPS路堤設計方案，EPS路堤鋪設縱斷面見圖1.

圖1 橋臺臺背EPS路堤鋪設縱斷面圖

3 沉降監測的實施

為了有效地控制北引橋橋臺臺背軟基的沉降，在進行EPS填筑過程中實施了多角度、全方位的沉降監測.將樁號為K12＋420、K12＋500兩個斷面設為監測斷面，在每個斷面的路堤基底埋設沉降板來觀測軟基豎向沉降，在埋設沉降板時，為保證沉降管能夠穿過EPS各層之間的鋼筋混凝土板，應注意在鋼筋混凝土板上預留孔洞；在路堤基底以及鋼筋混凝土板上埋設壓力盒來觀測豎向壓力的變化，在布置壓力盒時采取隔層錯位布置的方法；在距路堤邊坡3m處埋設位移邊樁來觀測填筑過程中引起的軟基側向位移，在橋臺臺背每隔2m高度埋設1個橫向壓力計（共埋設3個）以觀測EPS路堤對臺背的側向壓力.各監測橫斷面的測試元件布置見圖2.其中：C表示沉降板，Y表壓力盒，H表示橫向壓力計.

圖2 測試元件布置圖

4 沉降監測的結果與分析

截止2012年10月28日，已對該大橋北引橋橋臺臺背K12＋400～K12＋521軟基路段累積實施沉降觀測240d，為了分析EPS路堤在橋臺臺背軟基處理中的效果是否突出.現將樁號為K12＋500的監測斷面已監測的數據進行整理分析.

通過監測記錄可以看出，截止2012年10月28日，沉降板C1的總沉降量為160mm，沉降板C2的總沉降量為167mm，沉降板C3的沉降量為172 mm.沉降板C1、C2、C3的P－t－s曲線圖見圖3－5，圖中曲線分別表示各沉降板沉降量隨觀測時間的變化趨勢和EPS填筑荷載隨觀測時間的變化趨勢.圖3－5表明在EPS填筑階段，各沉降板的沉降變化較為明顯，呈明顯的增大趨勢；當填筑基本完成后，各沉降板的沉降變化較為平緩，近似呈一條水平線發展的趨勢.說明在填筑完成后EPS路堤能夠保持良好的穩定性，對防止橋頭跳車現象的發生具有積極作用.比較圖3－5可以看出，累積觀測240d的時候，沉降板C1、C2、C3的累積沉降量基本都保持在167mm左右，說明運用EPS填筑軟基能夠有效控制路堤各斷面的差異沉降.另外，根據以往類似工程的數據對比可知，EPS填筑路堤比常規毛渣填筑路堤的軟基沉降量可以減小70%.但應當注意的是由于該工程尚未完工，因此在后期還要繼續對該橋臺臺背軟基路段的沉降實施監測，以即時反映EPS路堤的應用效果.

圖6表示的是K12＋500監測斷面位移邊樁的s－t曲線圖.由圖6可知位移邊樁的水平位移隨觀測天數的增加而增加.當路堤填筑完成后，水平位移的變化也逐漸趨于穩定，這一點與豎向沉降板的沉降量變化趨勢相似.但是截止到2012年10月28日，位移邊樁的累積變化量僅有27.450mm，僅為豎向沉降量的16.4%，說明了EPS路堤對軟基的水平方向基本沒有擠壓作用，而用常規毛渣填筑的路堤都會對軟基的側向產生明顯的擠壓作用，從這一點來說，EPS路堤也有其明顯的優勢.

圖7是豎向壓力盒的P－t曲線圖，圖中Y12、Y34、Y56、Y78分別表示布置在EPS路堤各層間的壓力盒.由圖7可以看出各觀測層的豎向壓力總體呈現出所測的平均值先逐漸增加后至基本穩定的趨勢；隨著壓力盒埋深的增大各觀測層的豎向壓力也逐漸增大，其中Y12的豎向壓力最大，Y78的豎向壓力最小；并且當填筑完成后，各壓力盒的壓力基本不變，這也說明了EPS路堤良好的穩定性.

圖8反映的是橫向壓力計的P－t曲線圖，圖中H1、H2、H3分別表示埋設在橋臺背面，距路面6 m、4m、2m的橫向壓力計.由圖8可以看出橋臺臺背的側向壓力隨著觀測時間的增加而增大，直至趨于穩定；另外，H1所觀測到的側向壓力最大，H2次之，H3最小，這是由于隨著路堤深度的增大，EPS對橋臺臺背的側向壓力逐漸增大而造成的；而比較圖7中的豎向壓力，可以看出圖8中的側向壓力比圖7中的豎向壓力小很多，說明了EPS路堤具有良好的自立性，能有效地減小路堤對橋臺臺背的壓力，與常規毛渣填筑的路堤相比EPS路堤可以改善橋臺的受力狀態，提高路堤與橋臺整體的穩定性.

5 結論

本文通過對某大橋北引橋橋臺臺背EPS路堤的實際應用，介紹了EPS路堤的設計及施工方案，并對該EPS路堤施工過程及工后實施軟基沉降監測.通過對沉降監測的數據進行整理及分析，得到以下結論：

1）EPS作為新型的土工材料，在軟基處理中能夠充分發揮其輕質、高強的特點，并且施工速度快，能夠節約工期，而且在填筑質量方面也容易有效控制.從技術上來說EPS輕質路堤是一種良好的軟基處理方法.

2）經EPS處理后的橋臺臺背軟基能夠減小路堤的沉降以及路橋結合處的差異沉降，能有效地防止橋頭跳車現象的發生.另外，經EPS處理后的橋臺臺背路堤相對于常規毛渣填筑路堤對臺背的側向壓力明顯減小，能夠大大減小路堤對橋臺的擠壓作用，而使橋臺保持良好的穩定性，從這一點可以看出EPS良好的自立性也是許多土工材料所不能比擬的.

3）由于EPS材料的價格較高，從經濟可行性來說，使用EPS進行軟基處理不一定可行.在實際工程中，應當綜合考慮軟土埋藏深度和路堤填筑高度等因素，綜合技術和經濟等角度進行方案的比選.另外，可以通過加固軟基和減輕路堤自重兩種方法聯合使用來減小橋臺臺背軟基的差異沉降.

4）本文僅局限于對EPS路堤在軟基沉降控制及對臺背的側向壓力作用等方面展開了應用研究，而沒有對EPS材料在循環荷載作用下可能產生的應力疲勞以及在動荷載作用下的動力效應展開研究，關于EPS材料這兩方面的性能應展開進一步試驗研究.

［1］ 趙明華.土力學與基礎工程［M］.武漢：武漢理工大學出版社，2009：39－43.

［2］ 陳冠雄，黃國宣，洪寶寧.廣東省高速公路軟基處理實用技術［M］.北京：人民交通出版社，2009：3－15.

［3］ 楊少華，徐立新.EPS超輕質路堤研究及其工程應用［J］.公路，2004（8）：157－162.

［4］ 劉 偉，王連俊.路橋過渡段路基填料及沉降控制研究［J］.路基工程，2007（1）：67－69.

［5］ 龔曉南.復合地基理論及工程應用［M］.杭州：浙江大學出版社，2007：20－65.

［6］ 馮守中.公路軟基處理新技術［M］.北京：人民交通學出版社，2008：66－79.

［7］ BEINBRECH G，HILLMANN R.EPS in road construction－current situation in Germany［J］.Geotextiles and Geomembranes，1997，15（1－3）：39－57.

［8］ 胡慶國.采用泡沫聚苯乙烯修筑的輕型橋臺路堤特性分析［J］.中南大學學報（自然科學版），2006，37（2）：408－413.

［9］ 杜 騁，楊 軍.聚苯乙烯泡沫（EPS）的特性及應用分析［J］.東南大學學報，2001，31（3）：138－142.

［10］張儒雅.短工期條件下高速公路橋頭引道沉降控制技術研究［D］.上海：同濟大學圖書館，2008.