胡其志，袁海峰，徐學(xué)文

（湖北工業(yè)大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢430068）

為了有效的避免高速公路經(jīng)過橋臺臺背軟基路段出現(xiàn)質(zhì)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(yīng)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(yīng)力.目前應(yīng)用較多的材料有土工織物、土工復(fù)合材料、GCL、EPS等［6］.EPS（泡沫聚苯乙烯）具有輕質(zhì)、高強、耐水、自立性強等優(yōu)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(yù)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(yīng)用.本文在研究EPS物理化學(xué)及力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實例，對EPS在橋臺臺背軟基處理中的應(yīng)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(yīng)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(yīng)力.EPS材料的表面封閉，且內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)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(dǎo)致的軟基沉降.另外EPS能有效抵抗外部環(huán)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(jié)和施工區(qū)域的限制.

1.2 化學(xué)性能

EPS是由發(fā)泡劑加入到聚苯乙烯中經(jīng)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(shè)置隔離層，以防止EPS與有機溶劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)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(xiàn)出良好的穩(wěn)定性.

1.3 力學(xué)性能

在豎向荷載作用下EPS表現(xiàn)出良好的耐壓縮性，它的壓縮模量和容重相關(guān)，并隨容重的增加而增加.在單軸荷載作用下，EPS在應(yīng)變小于2%時呈彈性變形狀態(tài)，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(xiàn)明顯剪切破壞區(qū)域，也沒有確定的最大主應(yīng)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(cè)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(cè)向壓力.

2 EPS在橋臺臺背路堤填筑中的應(yīng)用

2.1 工程概況

某大橋北引橋（樁號K12＋521）橋臺臺背的設(shè)計路面寬為26m，路堤設(shè)計高度為6.4m，縱坡為1：1.5，橫坡為2%.由該工程的地質(zhì)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(zhì)軟土，該路段地層主要由淤泥、淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)中砂、砂質(zhì)粘土等組成（表1）.

表1 地基土物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)表

2.2 EPS路堤的設(shè)計方案及施工概況

鑒于該路段的地質(zhì)情況，該大橋北引橋橋臺臺背路堤設(shè)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(shè)，EPS塊體采用分層分段鋪設(shè)的方法，即從鋪設(shè)1層逐漸變?yōu)?層的臺階鋪設(shè)法，且每1m深度作為1層；在鋪設(shè)基層EPS塊體之前，鋪設(shè)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(yīng)力擴散從而保持路堤整體穩(wěn)定性的作用；在路堤的兩側(cè)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(wěn)定性的影響，并利于工程后期邊坡綠化的實施.根據(jù)上面的EPS路堤設(shè)計方案，EPS路堤鋪設(shè)縱斷面見圖1.

圖1 橋臺臺背EPS路堤鋪設(shè)縱斷面圖

3 沉降監(jiān)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(jiān)測.將樁號為K12＋420、K12＋500兩個斷面設(shè)為監(jiān)測斷面，在每個斷面的路堤基底埋設(shè)沉降板來觀測軟基豎向沉降，在埋設(shè)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(yīng)注意在鋼筋混凝土板上預(yù)留孔洞；在路堤基底以及鋼筋混凝土板上埋設(shè)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(shè)位移邊樁來觀測填筑過程中引起的軟基側(cè)向位移，在橋臺臺背每隔2m高度埋設(shè)1個橫向壓力計（共埋設(shè)3個）以觀測EPS路堤對臺背的側(cè)向壓力.各監(jiān)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(jiān)測的結(jié)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(xiàn)將樁號為K12＋500的監(jiān)測斷面已監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行整理分析.

通過監(jiān)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(dāng)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(fā)展的趨勢.說明在填筑完成后EPS路堤能夠保持良好的穩(wěn)定性，對防止橋頭跳車現(xiàn)象的發(fā)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(jù)以往類似工程的數(shù)據(jù)對比可知，EPS填筑路堤比常規(guī)毛渣填筑路堤的軟基沉降量可以減小70%.但應(yīng)當(dāng)注意的是由于該工程尚未完工，因此在后期還要繼續(xù)對該橋臺臺背軟基路段的沉降實施監(jiān)測，以即時反映EPS路堤的應(yīng)用效果.

圖6表示的是K12＋500監(jiān)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(shù)的增加而增加.當(dāng)路堤填筑完成后，水平位移的變化也逐漸趨于穩(wěn)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(guī)毛渣填筑的路堤都會對軟基的側(cè)向產(chǎn)生明顯的擠壓作用，從這一點來說，EPS路堤也有其明顯的優(yōu)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(xiàn)出所測的平均值先逐漸增加后至基本穩(wěn)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??；并且當(dāng)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(wěn)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(shè)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(cè)向壓力隨著觀測時間的增加而增大，直至趨于穩(wěn)定；另外，H1所觀測到的側(cè)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(cè)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(cè)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(guī)毛渣填筑的路堤相比EPS路堤可以改善橋臺的受力狀態(tài)，提高路堤與橋臺整體的穩(wěn)定性.

5 結(jié)論

本文通過對某大橋北引橋橋臺臺背EPS路堤的實際應(yīng)用，介紹了EPS路堤的設(shè)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(jiān)測.通過對沉降監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行整理及分析，得到以下結(jié)論：

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

2）經(jīng)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(jié)合處的差異沉降，能有效地防止橋頭跳車現(xiàn)象的發(fā)生.另外，經(jīng)EPS處理后的橋臺臺背路堤相對于常規(guī)毛渣填筑路堤對臺背的側(cè)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(wěn)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(jīng)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(yīng)當(dāng)綜合考慮軟土埋藏深度和路堤填筑高度等因素，綜合技術(shù)和經(jīng)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(lián)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(cè)向壓力作用等方面展開了應(yīng)用研究，而沒有對EPS材料在循環(huán)荷載作用下可能產(chǎn)生的應(yīng)力疲勞以及在動荷載作用下的動力效應(yīng)展開研究，關(guān)于EPS材料這兩方面的性能應(yīng)展開進一步試驗研究.

［1］ 趙明華.土力學(xué)與基礎(chǔ)工程［M］.武漢：武漢理工大學(xué)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(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2009：3－15.

［3］ 楊少華，徐立新.EPS超輕質(zhì)路堤研究及其工程應(yīng)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(fù)合地基理論及工程應(yīng)用［M］.杭州：浙江大學(xué)出版社，2007：20－65.

［6］ 馮守中.公路軟基處理新技術(shù)［M］.北京：人民交通學(xué)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(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2006，37（2）：408－413.

［9］ 杜 騁，楊 軍.聚苯乙烯泡沫（EPS）的特性及應(yīng)用分析［J］.東南大學(xué)學(xué)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(shù)研究［D］.上海：同濟大學(xué)圖書館，2008.