白蘭蘭

（江蘇省交通科學研究院股份有限公司，江蘇 南京210000）

0 引言

由于橋頭（橋臺與路基交界處）位置的特殊性，路基填筑施工質量難以控制，并且由于橋臺與路堤結構的差異使得橋頭處容易產生不均勻沉降，這對道路的使用壽命、行車舒適性和安全性影響極大。目前，減少或控制橋頭與路基銜接處的差異沉降是軟基上修建道路或橋梁的難題[1]。通常可以采取地基處理和輕質路堤填料兩種方法來減少差異沉降，其中采用EPS（Expanded Polysty?rene）輕質填料填筑橋臺臺背屬于后一種類型。EPS 用于橋臺與路基交界處的填料，密度僅為20～30kg/m3，是一般土石混合料的1/60～1/90，可以有效地減少臺背沉降，進而減少差異沉降，避免橋頭跳車的發(fā)生。

EPS材料是一種輕型高分子聚合物。它是將聚苯乙烯樹脂加入發(fā)泡劑，同時加熱進行軟化，產生氣體，形成一種硬質閉孔結構的泡沫塑料。路用EPS 密度常為20～30kg/m3，抗壓強度可達到100～180kPa，具有超輕性、耐壓縮性、自立性、耐水性和施工簡單、方便、快捷等優(yōu)點。EPS作為路基輕質填料，對于消除在軟弱地基上修筑路堤和橋頭路堤時產生的路基沉降或差異沉降等有顯著效果[2]。

1 工程概況

南京市某工程為實現江東路與緯七路的快速交通的銜接，有效分流緯七路沿線的交通壓力，需在原江東路接近應天高架位置設置高架橋。根據地質勘察報告，該高架橋橋頭區(qū)域下覆21.5～25.5m 淤泥質粉質黏土（其力學參數詳見表1），且下有正在運行的南京地鐵2 號線，地鐵結構頂埋深距離地面9.01～11.24m。根據《南京市軌道交通管理條例》：隧道結構外邊線外側5m 范圍為控制保護區(qū)，本項目進入地鐵二號線左線控制保護區(qū)樁號范圍為K4+935～K5+021，共86m，其中進入寬度范圍為6.47～6.62m。該段填土高度為0.6～3.2m，為保證地鐵的安全運營，要求保護區(qū)范圍內荷載不大于20kPa，為保證道路的行車舒適性，橋頭工后沉降要求不超過10cm。

表1 地基土物理力學參數表

2 項目特點

預處理路基位于橋頭位置，工后沉降要求高，工后沉降不得超過10cm。

預處理路基位于地鐵保護區(qū)范圍，下覆地鐵，為保證地鐵的安全運營，附加荷載不允許超過20kPa，按照一般土方填筑，填土高度為3.2m，附加應力為60.6kPa，荷載遠超過地鐵安全運營要求的20kPa。

項目區(qū)域，軟土較厚，按照常規(guī)采用一般填料方案進行路基填筑，工后沉降19.6cm，遠超過規(guī)范容許工后沉降要求的10cm。

3 路基處理方案選擇

常規(guī)的軟土區(qū)域路基填筑，多選用復合地基處理方案，本項目下覆軟土深度達25.5m。按照常規(guī)需要采用復合地基處理，但是在原地面以下9m 位置處，開始有地鐵分布，不能進行復合地基處理，且地鐵安全運營荷載要求較高，一般路基填筑土均不能滿足荷載要求。項目與地鐵的平面關系和縱面關系分別如圖1、圖2 所示。根據項目區(qū)域施工經驗，考慮到本項目工期較緊，最終項目推薦采用EPS 輕質路堤填筑方案。

圖1 項目于地鐵平面關系

圖2 項目于地鐵縱斷面關系（單位：m）

4 EPS輕質路堤橫斷面設計

4.1 常見EPS路堤橫斷面形式

采用EPS路基填筑方案時，為了使EPS塊體的受力均勻，在EPS頂面與路面結構層之間現澆一層10～20cm 的鋼筋混凝土板，以改善EPS 的受力特性，防止由于應力集中而造成EPS的破壞。再加上EPS屬高分子材料，應采取必要措施，防止有害物質和明火侵入，遮斷日光紫外線的直接照射，防止嚙齒動物對EPS塊體的損害。為此，需對EPS塊體外設置防護，目前有三種方式，即黏土包邊（見圖3）、懸臂式擋土墻（見圖4）和柱板式擋墻[3]（見圖5）。本項目位于主輔分離橋頭，且位于城區(qū)，只能采用懸臂式擋墻和柱板式擋墻形式。通過分析發(fā)現，當采用懸臂式擋墻時，擋墻基底附加應力將達到34.5kPa，當采用柱板式擋墻形式時，柱板下基底壓力為25.8 kPa，均不能滿足地鐵要求的20kPa（見表2），因此本項目EPS路基填筑斷面需進行特殊設計。

圖3 黏土包邊橫斷面圖

圖4 懸臂式擋墻橫斷面圖

圖5 柱板結構橫斷面

表2 常規(guī)EPS路基斷面基礎底部壓力一覽表

4.2 本項目路堤橫斷面形式

考慮到目前的橫斷面形式，均只在基底處產生的附加應力較大，其他處荷載均能滿足要求，由于EPS 本身荷載較小，路面結構方案基本一致，因此上部荷載基本恒定。為減少基底處荷載較大，對荷載進行均布處理，即將混凝土基礎延伸至整個路堤底部，即U 槽方案。本項目內側填充EPS且設置空隙，外側無土體，即U槽基本不承受側向壓力，跟傳統(tǒng)的U槽側面受較大的土壓力不一樣，因此U槽側墻可做的相對輕盈，稱為輕型U槽方案（見圖6）。

圖6 輕型U槽斷面圖

為盡量減少附加應力，可用EPS置換部分地下填土，本項目地鐵要求附件應力不超過20kPa，結合老路路面厚度為60cm，考慮到老路路面進行挖除，暫定置換土厚度為60cm。考慮到盡量減少上部荷載對U槽側壁的豎向壓力，采用連續(xù)配筋路面結構，將路面厚度減少至36cm，即“4cm SBS瀝青瑪蹄脂碎石混合料+6cm SBS 改性瀝青碎石混合料AC—20C+26cm連續(xù)配筋混凝土基層”。

為盡量減少EPS 塊體對U 槽側壁的側向壓力，在EPS 塊體之間和U 槽側壁預留一定的間隙，從EPS 的物理力學特性可知，其泊松比近似可取0.1。當抗壓強度取應變?yōu)?%的壓應力為容許抗壓強度時，3m 路堤的垂直變形可達3cm，再考慮到汽車荷載等因素，取5cm[3]。同時為了防止雨水對EPS塊體的作用，在U槽和EPS塊體之間鋪設一層砂墊層和防滲土工布，并在U 槽底部設置PVC 排水管及時排除下滲積水。為減少混凝土的溫縮裂縫，輕型U 槽每10m 設置一沉降縫，沉降縫縫寬2cm，采用三油兩氈。

4.3 U槽結構設計

（1）U槽主體結構設計

U 槽混凝土強度采用C40，為盡量減少U 槽本身的荷載，U 槽側壁滿足最小現澆施工厚度即可，取20cm，由于U 槽兩側不承受壓力，僅進行構造配筋，設置二層Φ10mm（間距15cm）鋼筋網，并在兩層鋼筋網片之間設置Φ10mm 鉤筋，鉤筋間距30cm，呈梅花形布置。U 槽底部厚25cm，主要承擔傳遞荷載作用，經計算基底應力僅為15.29kPa，因此U槽底部也僅進行構造配筋，即縱向設置二層Φ12mm鋼筋，間距15cm，橫向設置二層Φ12cm鋼筋，間距為15cm。經驗算，承載力和裂縫寬度均滿足要求。

（2）U槽抗浮驗算

由于EPS屬超輕質材料，若浸在水中，將受浮力的影響，EPS 的上部結構受到垂直向上的荷載，將使路基處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在進行EPS輕質路基設計時必須進行浮力驗算，要求浮力的安全系數FS＞1.2。本項目使用階段按最不利荷載組合計算，垂直荷載僅考慮結構自重，考慮到快速路的重要性，結合地方防洪水位要求，抗浮水位取原地面以上0.5m。經計算結構抗浮安全系數為1.39，滿足要求。

（3）U槽穩(wěn)定性驗算

本項目U 形槽存在2.2m 的懸臂，應進行整體穩(wěn)定性驗算，對于U槽底板，按照彈性地基梁進行計算，汽車荷載按照換算90cm 土柱考慮，經計算整體穩(wěn)定安全系數為1.75，滿足要求。

4.4 連續(xù)配筋混凝土配筋設計

連續(xù)配筋混凝土板厚度為0.26m，混凝土的強度等級為C40，根據允許裂縫間距（1.0～2.5m）、縫隙寬度（＜1mm）和鋼筋屈服強度驗算結果，此次縱向配筋率取0.7%，縱向鋼筋采用直徑為18mm的螺紋鋼筋，間距14cm，橫向鋼筋采用直徑為12mm的螺紋鋼筋，設在縱向鋼筋下方，布置間距為0.50m，參見圖7和圖8。

圖7 U槽側壁配筋圖（單位：cm）

圖8 U槽配筋立面圖（單位：cm）

4.5 EPS施工注意事項

EPS由于具有輕質、易溶于有機溶劑且由于發(fā)泡過程中采用戊烷（戊烷一旦散發(fā)不干凈，則遇明火易燃）等特點，施工過程中應注意以下事項：

（1）當堆放地遇有大風時，應采取措施確保EPS塊體不被大風吹走；

（2）EPS塊體堆放場地和施工現場均應注意防火，禁止吸煙或各種明火靠近；

（3）EPS臨時堆置場地應防止雨水滯留，禁止接觸有機溶劑或石油之類的油劑；

（4）EPS 受強紫外線的長期照射會劣化、變色，因此若臨時堆放時間預計在1 星期以上，則必須采取有效的覆蓋措施，避免強日光的直接照射；

（5）EPS頂部連續(xù)配筋鋼筋必須場外焊接或者綁扎施工，禁止直接在EPS頂部進行焊接。

5 結論

根據此設計方案，驗算輕型U槽基礎底部壓力為15.29kPa，可滿足地鐵安全運營要求，同時，工后沉降為5cm，滿足路基工后沉降要求。目前項目已通車運營半年，無地鐵安全事故發(fā)生，也無橋頭跳車現象。

從以上分析可以看出，對于城市道路橋頭路段，采用EPS輕質路堤能有效降低地基壓力，從而減少差異沉降，且輕型U槽方案可進一步降低地基壓力。實踐證明，在地鐵上部進行城市高架橋建設時，輕型U槽結合EPS路基填筑方案可作為路基處理的首先方案。

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