EPS 材料在软基桥台加固中的应用

凌 广

(中交路桥技术有限公司，北京 100029)

0 引言

软土地区高填土老桥台普遍存在的病害包括桥台承台水平位移过大、桩基承载能力不足以及因台后填土沉降而引起桥头跳车等。这些病害使得公路养护的难度增大并且影响行车的安全性与舒适性。笔者以广东S366省道某桥台为例，进行主要病害的成因分析并提出解决问题的方案。

1 现有桥台的病害及分析

某桥台建成至今21年，结构形式为桩基接力式U台。钢筋混凝土台帽，浆砌片石台身，基础为双排直径80 cm的钢筋混凝土桩基接承台。

根据桥台竣工图纸分析，台后填土高度6 m，桩基为两排直径80 cm嵌岩桩组成的群桩，这类群桩目前的单桩直径一般为120 cm，理论上旧承台水平位移达17.92 mm，不能满足规范要求。桩基很弱，单桩承载力也不满足规范要求。由于台后搭板下软基下沉造成桥头跳车，经过多次填充沥青混凝土仍然有较大的沉降量。要加固利用此桥台必须进行台后卸载和软基处理。

用EPS材料置换台后填土，可以利用其特殊的性能减少台后水平土压力和竖向土压力，如图1所示。置换后，旧桥台水平土压力大大减少，承台水平位移仅8.37 mm，桩基承载能力也能满足要求。

图1 台后EPS材料换填示意图

2 EPS材料特性及分析

EPS学名叫聚苯乙烯泡沫塑料(Expanded Polystyrene Sheet)，是把发泡剂加入到聚苯乙烯中，然后加热软化并产生气体，形成一种轻型的高分子材料。这种材料为硬质闭孔结构，有独特的工程特性。

2.1 超轻特性

公路工程中通常用密度为21 kg/m3左右的EPS材料。密度仅为台后填土的1/80左右。把原桥台后填土换填成EPS材料后相当于给换填层以下的土层超载预压，超载卸载后再次压缩的变形量与超载比和超载作用时间密切相关。

2.2 耐压特性

EPS材料的抗压缩强度与密度相关，在弹性变形阶段，其压缩强度在50 kN/m2～140 kN/m2之间。当应变为5%时，抗压强度超过100 kPa，甚至达到350 kPa，变形模量大约是5 MPa。甚至在塑性变形阶段，抗压强度仍然保持相当强大。因此，EPS材料作为台后填充物质有足够的抗压缩强度，能满足公路规范的要求。

2.3 直立特性

EPS材料有很好的稳定性，对桥台结构物产生的土压力几乎为零。采用EPS材料换填可以从根本上解决旧桥台桩基过弱而产生的承台位移过大和桩基承载力不足而开裂等病害。计算台后填料水平力时，把EPS层和填土层看作是两个参数不同的土层，如图1所示。根据瑞典规范规定，EPS静止土压力系数为0.4，因为EPS自身容重很小，所以回填EPS范围内对桥台的水平土压力仅为回填土的几十分之一。

2.4 硬度适中特性

EPS材料的刚性介于桥台混凝土和路基填土之间，是一种非常合适的刚度过渡材料，能一定程度的缓冲桥台与路基间材料的刚度突变，减轻高速行驶的车辆在桥头产生的振动。

3 EPS材料的施工要求

EPS材料作为新型的填筑材料，有严格的施工要求。主要包括纵横向的连接、排水问题和铺设方式等方面。在土路与EPS交界面，通常把土坡修理成台阶状，然后把EPS块体搭接于台阶上，顺桥向和横桥向都如此搭接。EPS块体之间纵横交错摊铺，使得受力和变形能连续。顺着路线的纵坡和横坡，用底层砂土层调整，以减小损耗。施工期间，在坡脚设置一道临时排水沟，用土工布覆盖EPS块体和土坡台阶，搭接空隙用细石混凝土填塞。EPS材料在运营阶段不能泡在水中，底层高于地下水位50 cm以上，并且要铺上石灰稳定土一层，预埋塑料管或者盲沟排水，形成一定坡度，保证排水顺畅。现浇桥台搭板与EPS层间设置一层防水层，可用土工布做防水。EPS块体铺设主要采用人工方式，上下层要逐层错缝铺开，平整度和联结牢固度最为重要。最底层用垫层调整错台和缝隙，中间各层用无收缩水泥砂浆调整。用爪形联结件约束EPS块体使之不会相互发生错位，爪形联结件分为单面和双面，前者用于顶层或者侧面，后者用于块体层间。最底层EPS层通过L形销钉联结地基。最顶面的EPS层与行车面距离应大于70 cm，包括沥青铺装和现浇钢筋混凝土的厚度，保证汽车荷载能均匀扩散至EPS层，防止应力过度集中和有害物质侵入。

4 其他注意事项

1)EPS在紫外线照射下会变色，切割加工应在工棚里进行。运至现场应及时铺设，如果堆放时间超过7 d，应采取覆盖遮光措施，避免日光直接照射。

2)EPS能溶解于汽油和沥青等，施工过程中要做到严格隔离。

3)施工现场还需做好防火灾、防风雨等。

5 结语

采用EPS轻质填料换填，能很大程度上减少成桥后桥台搭板处的地基沉降，实际工程中还需进行搭板下覆软基的地基处理，以彻底解决软土地区桥头跳车问题。更重要的是本桥台年代较老，桩基太弱，换填后桥台台后水平土压力大大减小，很大程度上减小了桥台的水平位移。当然对软基处旧桥台的加固还应包括对裂缝和破损部位的修补、桩基压浆甚至辅以少量的水泥搅拌桩等措施。S366全线桥涵加固完成后已经通车运营，根据观测状况良好。

［1］郭纪新.泡沫聚苯乙烯在公路中的应用［J］.辽宁交通科技，1995，18(2):20-24.

［2］发泡聚苯乙烯土木工法开发机构.EPS工法［M］.日本理工图书株氏会社，平成5年2月1日.

［3］李云飞.EPS力学性能与减少路堤沉降的研究［D］.杭州:浙江大学，2002.