EPS材料在桥头软基处理中的技术与经济分析
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2 0 0 1年 增 刊 广 东 公 路 交 通 G u a n g D o n g G o n g L u J i a o T o n g 总第 7 l 期 E P S材 料 在 桥 头 软 基 处 理 中 的技 术 与 经 济 分 析 吕永 雄 肖振 宇 曹 云 强 叶玉诚(惠州市道路桥梁勘察设计院,广东惠州5 1 6 0 0 1)摘要:E P S(E x p a n d e d P 0 I y s t y r e n c e)发 泡 聚苯 乙烯是 一 种轻 型高 分 子 聚 合 物,具 有 超 轻 质、强 度 和 弹 性 模 量 较 高、耐 水性 好 等特 点。结合 广 东省 惠澳 大道 淡 澳大 桥南 岸 引道 路堤 软基 处理 中采用 E P s的工 程 实践,进 行 了技 术 经 济 分 析。关键 词:公 路 工程E P S 软 基 处理技 术 经济 分析 中图 分类 号:U 4 1 6 1 6 文 献标 识码:B 1 引言 近年来,为了满足 国 民经 济迅速 发展 的需 要,我国正在大 规 模 地修 建 高 等级 公 路,其 中包 括 大 量桥梁。由于 高等 级公 路 的线形 技术标 准 高和 其 他因素,不 可避 免地 会 有 相 当多 的桥 头 引道 修 筑 在软基上。深 厚软 基 具 有地 基 承 载 力 不 足、稳 定 性差、沉 降 过大、水平 位 移 等 问题,因而 常 常导 致 挤压桥 台以及桥 台跳车 问题 严 重。深厚 软基 的处 理 问题 已越 来 越 受 到 工 程 界 的 重 视。本 文 结 合 广 东省 惠 澳大 道淡 澳 大桥 工 程 实例,分析 E P S材料 在处 理桥 台软 基 中 的技 术 可行 性、经济 性 以及 适 用 性。2 E P s填 筑路堤技术的可行性 E P S(E x p a n d e d P o l y s t y r e n c e)发泡 聚苯 乙烯是 一 种轻型高分 子 聚合 物,目前 大量 用 作 日常用 品包 装材料。E P S用 以填 筑 路堤 在 国外 已有较 长 的历 史,1 9 7 2年挪威 国家道 路研 究 实验 室(N R R L)首次 使用 E P S填筑桥 头路 堤,瑞典、日本、荷兰、加 拿大 等 国也 有 工 程 应 用 的 实例。E P S材料 具 有 以下 特 点:(1)超 轻质(7=0 20 4 k N m 3),容 重仅 为普 通填土路堤 容 重 的 l 2。应用 置 换 法原 理,在 原 有 地基 上 挖 深 1 5 m 以上,就 可 以 用 E P S填 筑 几 m高,可 以显著减少地基 的工后 沉降量。(2)强度和弹性模 量 较高。容 重 0 20 4 k N m3 的 E P S强度达 1 0 03 5 0 k P a,弹性 模量=2 5 l 1 5 MP a。E P S无 明显 断裂 的特 征,即使 进人 塑 性阶段,强度 仍 较 高。在 E P S铺 砌 层 上 表面 加 铺 钢筋砼 板,不 仅能 起 整 体作 用,而 且 承 载力 较 大。汽车荷载 通过 路 面结 构 首 先作 用 于 钢 筋砼 板 上,然后扩散至 E P S层,E P S砌块具有 足够 的强度和 刚 度满足汽车荷载 的要求。(3)摩 擦 系数 高。E P S块 体 之 间、E P S与砂 浆 之 间 的摩 擦 系数 为 0 5 50 7 6。(4)具 有 自立性。(5)耐 水性好、吸水膨 胀 性小。可 以不需 要特 殊处理 直接用作路堤填料。(6)化学性能稳定。E P S耐腐蚀,仅有亲 油性,遇油溶解,但 只要 采取 防止 油腐 蚀 的措施,亲油 性 不会影响路堤的工作性 能。(7)施 工方 便。E P S仅 用 人工 就 可 以辅砌,因 为它可按 设计 尺 寸 任意 切 割成 型;此 外 也 只需 人 工 搬 运,不 需 要 机 械。由以上几个 特点可见,E P S具有 足够 的强度和 弹性模 量,满 足 承 载 力 要 求,且 具 有 化 学 性 能稳 定、耐腐蚀、耐 微 生物 等 良好 性 能,作 为 路 堤 填料 在技 术上是可行的。3工 程 应 用 实例 3 1工 程概 况 广东 惠澳大 道淡 澳大 桥 全长 3 0 0 m,引道路 堤 原设 计采用挖 方石 渣填 筑,路 面 宽 3 1 m,路 堤 高为 7 m,坡 比 1:1 5。1 9 9 7年 3月,大 桥 从 南岸 往北 岸 修建,当南 岸路 基 填筑 到 4 m左 右 高 度时,在桥 台 后 出现两 次较大 规模 的路 基 滑移。下 伏 地基 土及 其力 学性 质见 表 1。经验 算,如不 进 行处 理,路堤 高度为 7 m时,地基稳定 安全 系数 为 O 7;路 堤高度 为 4 m时,地基稳定安全 系数为 1 0 7。表 l 地基 土 层分 布及 土力 学 性质 参数 7 4 维普资讯 http:/ 2 0 0 1 年增 刊 广东公路 交通 总第 7 l 期 3 2 处理措 施 在南岸为 了防 止 路基 继 续 滑 移 破坏,减 少 台 背差异沉降,按原设计 填 土,则 必须 对路基 下 软土 地 基 进 行 处 理。而 路 堤 已 填 筑 至 4 m 多,且 路 堤 填 料 为 挖 方 石 渣,在 已 筑 路 堤 上 进 行 地 基 处 理 施 工 难 度 较 大,投 资 增 加 很 多,工 期 也 不 允 许。考 虑 到 当时路 堤填 筑 时间 已超 过 2年,路 基 已沉 降 4 0 c m 多,经 比较 各 种 方 案 后,决 定 桥 头 5 0 m 范 围 内采 用 E P S填筑 剩余部 分高 度 为 4 m的路 堤。填 筑 前,用 构 自重、活 载等 产 生。设计 沥 青 混 凝 土 结 构 层 总 厚度为 4 8 c m,容重 7=2 3 k N m 3;钢 筋混 凝 土 板 总 厚 度为 1 52 c m,容重 了=2 5 k N m 3。设计 车辆荷载 为 汽一 超 2 O,挂 1 2 0。则 作 用 在 最 底 层 E P S的垂 直 压 力 为 3 3 k P a。地 基 稳 定 安 全 系 数 为 I 3 7。在北岸 由于 没有 填 筑 路 基,桥 头 5 0 m 采 用水 泥粉喷深 层 搅拌 对 软 土 地 基 进 行 处 理,桥 头 5 0 m 往 后 采 用 塑料 排 水 板 进 行 处 理。3 3 经 济 分 析 推 土机推掉厚 约 l m的 已填石渣。E P S作 用在最下 在大 桥南北两岸 桥头 引道 软基 处 理工 程 中采 部 E P S的竖 直 压 力 由路 面 结 构 层、E P S块 体 上 部 结 用 4种 不 同 的处 理 方 法,如 表 2所 列。表 2 大 桥南 北 两岸 软 基处 理方 法 E P S超 轻 质 路 堤 高 4 m,总 长 5 0 m,造 价 为 3 2 0 9 9万 元。而 水 泥 粉 喷 深 层 搅 拌 桩 处 理 总 长 度 为 5 0 m,造 价 为 3 8 4 2 8万 元。E P S造价的高低 主要与路堤 的填 土高度 有关,填 土越高,使 用 E P S的量就 越大,造 价就 越 高。而 水 泥粉喷深层搅拌 桩处 理 的造价 高低 则 主要取 决 于软基深度,软基越 深,桩 长越 大,造价就越 高。由于本工程 软土地 基 较为 深厚,填 方较 高,这 就决定 了无 论采 用 E P S超 轻 质路 堤,还 是 水泥 粉 喷深层搅拌 桩,处理 的造价都 是 比较 高的。如果 8 1 0 m 高 的 填 土 全 部 采 用 E P S超 轻 质 路 堤 填 筑,那 么 5 0 m长路 堤造价 将 达到 9 O O万 元。这 样处 理桥 台跳车 的效果是好 的,但成 本 太高。相 比之下,水 泥粉 喷深层 搅 拌 桩在 处 理 深 软基、高填 方 应 用 中 造价相对 较低,如果地 质条 件适 合,是 较经 济且 实 用 的 处理 方 式。在 本 工 程 3种 处 理 方 法 中,塑 料 排 水板 排水固结成本 最低,但 工期 最长,而 且处 理效 果有待检验。对于深厚软基、低 填方 的桥头 引道工 程来 说,采用 E P s超 轻 质路 堤具 有 处 理桥 头 跳车 效 果好,造价 不高 的优 点(相 对 于 水泥 粉 喷 深层 搅拌 桩)。尤其在填 方 高 度 不 大 于 3 m 的 情 况 下,可 行性 较 好。如 以路基 宽 为 3 2 m处 理 总 长度 5 0 m 为例,不 同 填 筑 高 度 E P S的造 价 可 见 表 3。表 3 不 同填 筑 高 度 E P S 造 价 表 注:E P S超轻 质路 堤 不 受软 土地 基深 度 限制 表 4 不同深度水泥粉喷深层搅拌桩造价表 软 土地 基深 度 m 1 0 1 5 2 0 2 0 造 价(万元 5 0 m)2 0 5 3 0 7 4 1 0目前 受机 械条件 限制 从表 3、表 4可 以看 出 E P S超 轻质路 堤在 深软 基、低填方 的 桥头 引 道 工 程 中具 有 相对 较 好 的经 济 性。3 4 处 理效果分析 大桥南北两 岸引道 软基 处理 工 程 4种 方 法处 理 效 果,如 表 5所 列。通过预 压消除 E P S材料本 身 的压缩与 E P S层 问空 隙 1 0 c m,就 不会 再 引起 E P S本 身 的沉 降。从 以上可 以看 出,采 用 E P S填 筑 的路基 不仅 可 减少 路堤沉降量,也是解决桥头跳 车问题 的有效方法。水泥粉喷深层搅拌处理 深厚软基,由于受施工 7 5 维普资讯 http:/ 2 0 0 1 年增刊 吕永雄 肖振宇曹云强叶玉诚E P s 材料在桥头软基处理中的技术与经济分析 总第 7 1 期 表 5软 基处 理 效果 比较 机械的局限,一般 不能 打穿 深厚 的软 土地 基,下 卧 软土地基在填 土荷 载作 用下 还是会 产 生一 定 的沉 降。路基填 土 具 有 压缩 性,复 合 地 基本 身也 具 有 一定 的压 缩 性,反 应 至 路 面层 沉 降 将在 相 当一 段 时 间内存 在。由于 本 工 程工 期 较 紧,采 用排 水 固 结 法、反 压 护 道 基 本 上 满 足 不 了要 求,因 此 本 工 程 中采 用 E P S具 有 明显 的优 越 性。4 结 语 通 过 E P S材 料 技 术 经 济 分 析 和 实 际 工 程 应 用,可 以得 出如下初步结 论:(1)E P S材 料具 有 质 量超 轻 的 突 出优 点,用 以 填筑路 堤可 以在 很大 程度 上减 少作 用在 地基 上 的 附加应 力和 作 用 于 桥 台 台背 的侧 压力,大 幅 度 减 少沉降量,进而解决 桥头跳车 问题。(2)采 用 E P S块体 填 筑 路 堤,施 工 快速 简便,相应地 可 以节 省 施 工 费 用。同 时 由于 E P S材 料 76 轻,填筑时不会影 响路 基 的稳定,可保 证施 工 的安 全 和 进 度。(3)E P S材料 作 为一 种 化 学 工业 产 品,如 用 以 大面积铺 筑 路 堤 就会 面 临 原 材 料价 格 贵、工 程 费 用提 高 的 问题,这使 得 E P S材料 的应 用范 围受到 限制。但在某些特 殊情 况下 如本 文 实例 所 介绍 的 工程,出 于 降低 成 本、缩 短 工 期 和 方 便 施 工 等 目 的,采 用 E P S材 料 就 具 有 特 殊 的 优 越 性。(4)E P S在 深软基低填方 且工期 紧迫 的路堤修 筑 中,同样具 有突 出的优 点。参考 文 献 1 公路 软 土地 基 路 堤 设 计 与 施 工 技术 规 范 n1 7 9 6 s 北京:人民交通出版社,1 9 9 6 2 折学森 软土地基沉降计算 M 北京:人民交通 出 版社,1 9 9 8 (收 稿 日期:2 0 0 1 0 9 一l 1)维普资讯 http:/
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