泡沫混凝土在城市軟土地基路橋過渡段處理中的應用

高 玉 柱

(陜西省土地工程建設集團有限責任公司黃河西岸土地整治分公司，陜西 西安 710075)

0 引言

我國沿海軟土地區城市道路及橋梁等構筑物所面臨的地基沉降問題十分普遍。路橋過渡段的差異沉降引起的橋頭跳車現象，對行車的舒適性及安全性產生很大影響，并且會對橋梁和道路造成附加沖擊荷載，加速橋梁構件的損壞，因此對軟土地區路橋過渡段路基進行處理有重要意義。

1 路橋過渡段差異沉降產生的原因

路橋過渡段差異沉降產生的原因可以概括為以下幾個方面[1]。

1.1 地基土質

沿海地區的路橋地基土以軟土為主的地段，而軟土承載力低，一旦受到擾動，天然結構受到破壞，強度顯著降低。軟土天然含水量高、壓縮性高，受到荷載后產生的壓縮變形量大。

1.2 臺后填料

臺后填料的壓縮沉降主要與填料自身性質、防排水設施及施工質量等因素有關。在臺后填料壓實度不高、排水不暢的情況下，受到路面車輛振動荷載作用，填料會擠密、壓縮，產生路基沉降。

1.3 剛度差異

路橋過渡段是橋梁橋臺與路基的銜接部位，兩者的剛度差異很大。軟土地區橋梁一般采用樁基礎，剛度很大，橋臺處沉降幾乎可以忽略；而路基填土具有松散、多相性，剛度比橋梁小，屬于柔性基礎，在相同荷載作用下產生的變形量很大。

1.4 其他

其他原因如：在前期勘察工作不到位導致設計不當、施工期間臺后填土碾壓不密實，通車后車輛超載等，加速橋頭路基沉降，從而引起橋頭跳車現象[2]。

2 路橋過渡段的常規處治方法

目前國內的橋頭跳車處治的主要措施如下[1]:

1)增大路基的密實度，減小軟土路基的壓縮變形:如堆載預壓法、塑料板排水法、強夯法等加速軟基固結。該方法施工階段會產生較大沉降，路基邊緣一定范圍內建筑物會受到沉降影響，所以在市政道路橋頭處理中應用受到限制。

2)增加地基整體承載力及剛度:可以采用各種復合地基處理的方法。如水泥攪拌樁、高壓旋噴樁、灰土擠密樁等方法處理軟弱地基，來增強地基整體的承載能力及剛度。路基經過處治后，可以迅速提高豎向承載力及水平向抗變形能力。但施工質量難以控制，基礎處理深度較淺，一般小于15 m。

3)路橋間剛度沉降均勻過渡：如設置橋頭搭板、柔性橋臺等。在軟土地區路橋過渡段設置橋頭搭板是常見做法，鋼筋混凝土搭板連接剛性橋臺及柔性路基，起到剛柔過渡的作用，對于減少不均勻沉降可以起到一定作用。但當臺后填土路基處理不當時，路基沉降會導致搭板脫空，甚至引起搭板斷裂。

4)直接對路橋過渡段路面進行處治，如設置特殊的過渡段路面等。

5)減小地基附加應力，降低路基附加沉降：用輕質高強材料進行臺后回填，替換一般臺后填土，如泡沫混凝土換填、EPS塊體換填等。

3 泡沫混凝土處理路橋過渡段

泡沫混凝土是流動性強、重度小、強度可調節、穩定性好的輕質高強材料，在建筑物的補償地基中有較多的工程運用[3]。

泡沫混凝土重度一般為6 kN/m3，為普通路基填料1/4，可以有效減小作用在軟弱路基上的附加應力，從而降低軟土地基的沉降。其次，泡沫混凝土壓縮模量大，抵抗變形的能力強，自身具有很好的抗壓縮性，可以減少路基填料本身的壓縮變形。泡沫混凝土整體性好，對擋土結構物無側向作用力，可垂直填筑，因而會減少對橋臺的土壓力作用[4]。自密性好，施工不需要振搗和碾壓，施工擾動引起的地基沉降小[5]。

4 案例分析

浙南地區某市政橋梁，路橋過渡段地層分別為雜填土、粘土、淤泥、粘土、雜填土，且淤泥層厚度較大。為減小過渡段軟弱下臥層沉降，擬采用泡沫混凝土作為路基填料，配合預制方樁進行軟基處理的方案。路橋過渡段10 m路段進行處理，處理方案見圖1。

由于泡沫混凝土彈性模量可達250 MPa,較路基填土壓縮模量大很多，其抗壓縮變形能力強，受到荷載后產生的壓縮變形很小，相較于樁土復合地基及軟弱下臥層的變形基本可以忽略。

因此，橋頭過渡段處理后的沉降量主要由復合地基沉降量s1及軟弱下臥層沉降量s2兩部分構成，即：

s=s1+s2

(1)

樁土復合地基沉降量計算可采用復合模量法[1]，將復合地基加固區中樁體和軟弱土體兩部分視為復合地基，采用壓縮模量Ecs來評價復合地基的壓縮性，通過分層總和法對加固后的復合地基沉降量進行計算。假設將復合地基分為n層，各層復合土體的復合壓縮模量為Ecsi，加固后土層壓縮量s1，則復合地基總沉降量為:

(2)

其中，Δpi為第i層復合地基上附加應力；Hi為第i層復合地基的厚度。

軟弱下臥層沉降量s2可采用分層總和法，即：

(3)

其中，Esi為第i層軟弱下臥層的壓縮模量。

由此可見，在路橋過渡段軟土路基中打入預制方樁形成復合地基，提高了地基的承載力及壓縮模量，可以有效地減少路基持力層的壓縮變形；采用泡沫混凝土作為臺后填料，較小的容重可以降低傳遞到路基軟弱下臥層未加固區的附加應力，可以有效地解決樁基復合路基處理深度不夠的問題，達到減小路基軟弱下臥層沉降的目的，從而保證路橋過渡段在荷載作用下不產生較大變形，避免產生橋頭跳車現象。

通過現場長期監測數據顯示，項目建成通車540 d后，橋頭軟基處理段沉降最大為2.0 cm,道路中心線縱坡坡度變化值為0.1%，符合橋頭沉降控制標準。

5 結語

在軟土地基市政橋梁橋頭處理中應用泡沫混凝土填筑可以控制路橋過渡段路基填筑層的固結沉降，同時減小傳遞到路基軟弱下臥層的附加應力，降低軟弱下臥層的沉降量。配合其他軟弱路基處理方法使用，能夠有效解決軟土地區路橋過渡段差異沉降引起的橋頭跳車問題。