EPS在桥台台背软土路基处理中的应用研究

胡其志，袁海峰，徐学文

（湖北工业大学土木工程与建筑学院，湖北 武汉430068）

为了有效的避免高速公路经过桥台台背软基路段出现质量问题1－4，针对桥台台背软基的处理方法展开研究显得十分必要.目前，应用较多的桥台台背软基处理方法大致有两个思路，一是通过加固软基的方法增强地基的强度和抗压缩性能［5］，二是通过减小软基上部荷载来减小软基沉降，这种方法主要是通过土工材料的使用来减小基底附加应力.目前应用较多的材料有土工织物、土工复合材料、GCL、EPS等［6］.EPS（泡沫聚苯乙烯）具有轻质、高强、耐水、自立性强等优点，而且EPS施工工艺简单、快速，且在短工期条件下能够达到预期的效果［7－10］.因此，EPS在处理桥台台背软基中已逐渐得到了较为广泛的应用.本文在研究EPS物理化学及力学性能的基础上，结合工程实例，对EPS在桥台台背软基处理中的应用效果有针对性的展开研究.

1 EPS的性能

1.1 物理性能

高速公路中应用的EPS材料的密度一般在20 kg／m3左右，其密度仅为一般毛渣填料的1／50～1／80，因此用EPS进行桥台台背软基回填能有效地减小软基的附加应力.EPS材料的表面封闭，且内部空间结构具有良好的独立性，可以有效阻止外界水的浸入，在路堤填筑时能有效减小水的渗流作用而导致的软基沉降.另外EPS能有效抵抗外部环境温度的变化对其强度的影响，所以EPS的使用可以不受施工季节和施工区域的限制.

1.2 化学性能

EPS是由发泡剂加入到聚苯乙烯中经加热软化而形成的一种轻型高分子材料，在遇到石油、沥青等有机溶剂时易溶解，因此，在运用EPS进行路堤填筑至接近路面层时一定要在沥青与EPS之间设置隔离层，以防止EPS与有机溶剂发生化学反应而破坏，并且EPS在土层中不受微生物、水、空气等外界因素的影响，表现出良好的稳定性.

1.3 力学性能

在竖向荷载作用下EPS表现出良好的耐压缩性，它的压缩模量和容重相关，并随容重的增加而增加.在单轴荷载作用下，EPS在应变小于2%时呈弹性变形状态，之后进入塑性变形阶段，与一般的土体不一样的是在进入塑性阶段后EPS不会出现明显剪切破坏区域，也没有确定的最大主应力.另外，由于EPS的泊松比很小，在围压作用下，无论围压增加多大，它的侧向变形都很小，这也充分说明了EPS良好的自立性，在用于桥台台背软基处理时可以有效减小路堤对桥台的侧向压力.

2 EPS在桥台台背路堤填筑中的应用

2.1 工程概况

某大桥北引桥（桩号K12＋521）桥台台背的设计路面宽为26m，路堤设计高度为6.4m，纵坡为1：1.5，横坡为2%.由该工程的地质勘察报告可以看出，该大桥北引桥桥台台背K12＋400～K12＋521路段的路基存在较深的不良淤泥质软土，该路段地层主要由淤泥、淤泥质粘土、淤泥质中砂、砂质粘土等组成（表1）.

表1 地基土物理力学性质参数表

2.2 EPS路堤的设计方案及施工概况

鉴于该路段的地质情况，该大桥北引桥桥台台背路堤设计采用EPS材料进行填筑处理.填筑桥台的EPS材料采用602cm×124cm×50cm的标准EPS块体，在距桥台120m处的路堤开始铺设，EPS块体采用分层分段铺设的方法，即从铺设1层逐渐变为6层的台阶铺设法，且每1m深度作为1层；在铺设基层EPS块体之前，铺设15cm厚的砂垫层进行找平和排水，在每层EPS块体之间用15cm厚的钢筋混凝土板隔开，起到固定EPS块体，并利于应力扩散从而保持路堤整体稳定性的作用；在路堤的两侧采用1.2m厚的素填筑土进行护坡包边以防止紫外线照射等外界不利因素对EPS稳定性的影响，并利于工程后期边坡绿化的实施.根据上面的EPS路堤设计方案，EPS路堤铺设纵断面见图1.

图1 桥台台背EPS路堤铺设纵断面图

3 沉降监测的实施

为了有效地控制北引桥桥台台背软基的沉降，在进行EPS填筑过程中实施了多角度、全方位的沉降监测.将桩号为K12＋420、K12＋500两个断面设为监测断面，在每个断面的路堤基底埋设沉降板来观测软基竖向沉降，在埋设沉降板时，为保证沉降管能够穿过EPS各层之间的钢筋混凝土板，应注意在钢筋混凝土板上预留孔洞；在路堤基底以及钢筋混凝土板上埋设压力盒来观测竖向压力的变化，在布置压力盒时采取隔层错位布置的方法；在距路堤边坡3m处埋设位移边桩来观测填筑过程中引起的软基侧向位移，在桥台台背每隔2m高度埋设1个横向压力计（共埋设3个）以观测EPS路堤对台背的侧向压力.各监测横断面的测试元件布置见图2.其中：C表示沉降板，Y表压力盒，H表示横向压力计.

图2 测试元件布置图

4 沉降监测的结果与分析

截止2012年10月28日，已对该大桥北引桥桥台台背K12＋400～K12＋521软基路段累积实施沉降观测240d，为了分析EPS路堤在桥台台背软基处理中的效果是否突出.现将桩号为K12＋500的监测断面已监测的数据进行整理分析.

通过监测记录可以看出，截止2012年10月28日，沉降板C1的总沉降量为160mm，沉降板C2的总沉降量为167mm，沉降板C3的沉降量为172 mm.沉降板C1、C2、C3的P－t－s曲线图见图3－5，图中曲线分别表示各沉降板沉降量随观测时间的变化趋势和EPS填筑荷载随观测时间的变化趋势.图3－5表明在EPS填筑阶段，各沉降板的沉降变化较为明显，呈明显的增大趋势；当填筑基本完成后，各沉降板的沉降变化较为平缓，近似呈一条水平线发展的趋势.说明在填筑完成后EPS路堤能够保持良好的稳定性，对防止桥头跳车现象的发生具有积极作用.比较图3－5可以看出，累积观测240d的时候，沉降板C1、C2、C3的累积沉降量基本都保持在167mm左右，说明运用EPS填筑软基能够有效控制路堤各断面的差异沉降.另外，根据以往类似工程的数据对比可知，EPS填筑路堤比常规毛渣填筑路堤的软基沉降量可以减小70%.但应当注意的是由于该工程尚未完工，因此在后期还要继续对该桥台台背软基路段的沉降实施监测，以即时反映EPS路堤的应用效果.

图6表示的是K12＋500监测断面位移边桩的s－t曲线图.由图6可知位移边桩的水平位移随观测天数的增加而增加.当路堤填筑完成后，水平位移的变化也逐渐趋于稳定，这一点与竖向沉降板的沉降量变化趋势相似.但是截止到2012年10月28日，位移边桩的累积变化量仅有27.450mm，仅为竖向沉降量的16.4%，说明了EPS路堤对软基的水平方向基本没有挤压作用，而用常规毛渣填筑的路堤都会对软基的侧向产生明显的挤压作用，从这一点来说，EPS路堤也有其明显的优势.

图7是竖向压力盒的P－t曲线图，图中Y12、Y34、Y56、Y78分别表示布置在EPS路堤各层间的压力盒.由图7可以看出各观测层的竖向压力总体呈现出所测的平均值先逐渐增加后至基本稳定的趋势；随着压力盒埋深的增大各观测层的竖向压力也逐渐增大，其中Y12的竖向压力最大，Y78的竖向压力最小；并且当填筑完成后，各压力盒的压力基本不变，这也说明了EPS路堤良好的稳定性.

图8反映的是横向压力计的P－t曲线图，图中H1、H2、H3分别表示埋设在桥台背面，距路面6 m、4m、2m的横向压力计.由图8可以看出桥台台背的侧向压力随着观测时间的增加而增大，直至趋于稳定；另外，H1所观测到的侧向压力最大，H2次之，H3最小，这是由于随着路堤深度的增大，EPS对桥台台背的侧向压力逐渐增大而造成的；而比较图7中的竖向压力，可以看出图8中的侧向压力比图7中的竖向压力小很多，说明了EPS路堤具有良好的自立性，能有效地减小路堤对桥台台背的压力，与常规毛渣填筑的路堤相比EPS路堤可以改善桥台的受力状态，提高路堤与桥台整体的稳定性.

5 结论

本文通过对某大桥北引桥桥台台背EPS路堤的实际应用，介绍了EPS路堤的设计及施工方案，并对该EPS路堤施工过程及工后实施软基沉降监测.通过对沉降监测的数据进行整理及分析，得到以下结论：

1）EPS作为新型的土工材料，在软基处理中能够充分发挥其轻质、高强的特点，并且施工速度快，能够节约工期，而且在填筑质量方面也容易有效控制.从技术上来说EPS轻质路堤是一种良好的软基处理方法.

2）经EPS处理后的桥台台背软基能够减小路堤的沉降以及路桥结合处的差异沉降，能有效地防止桥头跳车现象的发生.另外，经EPS处理后的桥台台背路堤相对于常规毛渣填筑路堤对台背的侧向压力明显减小，能够大大减小路堤对桥台的挤压作用，而使桥台保持良好的稳定性，从这一点可以看出EPS良好的自立性也是许多土工材料所不能比拟的.

3）由于EPS材料的价格较高，从经济可行性来说，使用EPS进行软基处理不一定可行.在实际工程中，应当综合考虑软土埋藏深度和路堤填筑高度等因素，综合技术和经济等角度进行方案的比选.另外，可以通过加固软基和减轻路堤自重两种方法联合使用来减小桥台台背软基的差异沉降.

4）本文仅局限于对EPS路堤在软基沉降控制及对台背的侧向压力作用等方面展开了应用研究，而没有对EPS材料在循环荷载作用下可能产生的应力疲劳以及在动荷载作用下的动力效应展开研究，关于EPS材料这两方面的性能应展开进一步试验研究.

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