泡沫混凝土在城市軟土地基路橋過(guò)渡段處理中的應(yīng)用

高 玉 柱

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

0 引言

我國(guó)沿海軟土地區(qū)城市道路及橋梁等構(gòu)筑物所面臨的地基沉降問(wèn)題十分普遍。路橋過(guò)渡段的差異沉降引起的橋頭跳車現(xiàn)象，對(duì)行車的舒適性及安全性產(chǎn)生很大影響，并且會(huì)對(duì)橋梁和道路造成附加沖擊荷載，加速橋梁構(gòu)件的損壞，因此對(duì)軟土地區(qū)路橋過(guò)渡段路基進(jìn)行處理有重要意義。

1 路橋過(guò)渡段差異沉降產(chǎn)生的原因

路橋過(guò)渡段差異沉降產(chǎn)生的原因可以概括為以下幾個(gè)方面[1]。

1.1 地基土質(zhì)

沿海地區(qū)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(dòng)，天然結(jié)構(gòu)受到破壞，強(qiáng)度顯著降低。軟土天然含水量高、壓縮性高，受到荷載后產(chǎn)生的壓縮變形量大。

1.2 臺(tái)后填料

臺(tái)后填料的壓縮沉降主要與填料自身性質(zhì)、防排水設(shè)施及施工質(zhì)量等因素有關(guān)。在臺(tái)后填料壓實(shí)度不高、排水不暢的情況下，受到路面車輛振動(dòng)荷載作用，填料會(huì)擠密、壓縮，產(chǎn)生路基沉降。

1.3 剛度差異

路橋過(guò)渡段是橋梁橋臺(tái)與路基的銜接部位，兩者的剛度差異很大。軟土地區(qū)橋梁一般采用樁基礎(chǔ)，剛度很大，橋臺(tái)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(chǔ)，在相同荷載作用下產(chǎn)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(dǎo)致設(shè)計(jì)不當(dāng)、施工期間臺(tái)后填土碾壓不密實(shí)，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(xiàn)象[2]。

2 路橋過(guò)渡段的常規(guī)處治方法

目前國(guó)內(nèi)的橋頭跳車處治的主要措施如下[1]:

1)增大路基的密實(shí)度，減小軟土路基的壓縮變形:如堆載預(yù)壓法、塑料板排水法、強(qiáng)夯法等加速軟基固結(jié)。該方法施工階段會(huì)產(chǎn)生較大沉降，路基邊緣一定范圍內(nèi)建筑物會(huì)受到沉降影響，所以在市政道路橋頭處理中應(yīng)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(fù)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(lái)增強(qiáng)地基整體的承載能力及剛度。路基經(jīng)過(guò)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(zhì)量難以控制，基礎(chǔ)處理深度較淺，一般小于15 m。

3)路橋間剛度沉降均勻過(guò)渡：如設(shè)置橋頭搭板、柔性橋臺(tái)等。在軟土地區(qū)路橋過(guò)渡段設(shè)置橋頭搭板是常見做法，鋼筋混凝土搭板連接剛性橋臺(tái)及柔性路基，起到剛?cè)徇^(guò)渡的作用，對(duì)于減少不均勻沉降可以起到一定作用。但當(dāng)臺(tái)后填土路基處理不當(dāng)時(shí)，路基沉降會(huì)導(dǎo)致搭板脫空，甚至引起搭板斷裂。

4)直接對(duì)路橋過(guò)渡段路面進(jìn)行處治，如設(shè)置特殊的過(guò)渡段路面等。

5)減小地基附加應(yīng)力，降低路基附加沉降：用輕質(zhì)高強(qiáng)材料進(jìn)行臺(tái)后回填，替換一般臺(tái)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(guò)渡段

泡沫混凝土是流動(dòng)性強(qiáng)、重度小、強(qiáng)度可調(diào)節(jié)、穩(wěn)定性好的輕質(zhì)高強(qiáng)材料，在建筑物的補(bǔ)償?shù)鼗杏休^多的工程運(yùn)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(yīng)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(qiáng)，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(duì)擋土結(jié)構(gòu)物無(wú)側(cè)向作用力，可垂直填筑，因而會(huì)減少對(duì)橋臺(tái)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(dòng)引起的地基沉降小[5]。

4 案例分析

浙南地區(qū)某市政橋梁，路橋過(guò)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(guò)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(yù)制方樁進(jìn)行軟基處理的方案。路橋過(guò)渡段10 m路段進(jìn)行處理，處理方案見圖1。

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

因此，橋頭過(guò)渡段處理后的沉降量主要由復(fù)合地基沉降量s1及軟弱下臥層沉降量s2兩部分構(gòu)成，即：

s=s1+s2

(1)

樁土復(fù)合地基沉降量計(jì)算可采用復(fù)合模量法[1]，將復(fù)合地基加固區(qū)中樁體和軟弱土體兩部分視為復(fù)合地基，采用壓縮模量Ecs來(lái)評(píng)價(jià)復(fù)合地基的壓縮性，通過(guò)分層總和法對(duì)加固后的復(fù)合地基沉降量進(jìn)行計(jì)算。假設(shè)將復(fù)合地基分為n層，各層復(fù)合土體的復(fù)合壓縮模量為Ecsi，加固后土層壓縮量s1，則復(fù)合地基總沉降量為:

(2)

其中，Δpi為第i層復(fù)合地基上附加應(yīng)力；Hi為第i層復(fù)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(guò)渡段軟土路基中打入預(yù)制方樁形成復(fù)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(tái)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(qū)的附加應(yīng)力，可以有效地解決樁基復(fù)合路基處理深度不夠的問(wèn)題，達(dá)到減小路基軟弱下臥層沉降的目的，從而保證路橋過(guò)渡段在荷載作用下不產(chǎn)生較大變形，避免產(chǎn)生橋頭跳車現(xiàn)象。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語(yǔ)

在軟土地基市政橋梁橋頭處理中應(yīng)用泡沫混凝土填筑可以控制路橋過(guò)渡段路基填筑層的固結(jié)沉降，同時(shí)減小傳遞到路基軟弱下臥層的附加應(yīng)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(qū)路橋過(guò)渡段差異沉降引起的橋頭跳車問(wèn)題。