泡沫轻质混合土在桥头跳车问题处治中的应用

姚 勋

（福建省交通规划设计院有限公司，福建 福州 350000）

0 前言

近年来，公路建设方兴未艾，公路修建完成后常常会碰到桥头跳车问题，其产生的主要原因是桥台构筑物与台后填土衔接处存在差异沉降，该问题若不得到有效解决将会引起行车舒适性降低、车速跟不上、道路通行能力降低、缩短桥梁和路面使用寿命、严重增加交通安全隐患等问题。

该文总结了桥头跳车问题常见的处治方法，并针对平潭岛江楼中桥的工程案例，提出泡沫轻质混合土的处治方案。

1 桥头跳车问题常见处治方法

桥头跳车常见的处治方法包括夯（压）实法、换填法、填筑碎石土、注浆法、施加挤密桩等[1]。近年来，随着新技术、新材料、新工艺的发展，越来越多新方法被用于桥头跳车的处治中。其中，高文号等[2]结合浙江高填路基桥头跳车治理经验，提出采用钢花管注浆技术。郝明瑞[3]结合某高速公路工程具体案例，分析了横向加筋注浆技术在桥头跳车防治中的应用。吴齐正等[4]介绍了塑料排水板和水泥搅拌桩两种方法在南方平原水网地区某高速公路桥头跳车中的处治应用，并提出两种方法的适用性。李熙等[5]分析了地聚合物（一种由AlO4和SiO4四面体结构单元组成的三维立体状结构的无机聚合物）注浆加固工艺在浙江省某座桥梁桥接坡养护维修工程桥头跳车病害治理中的效果。

可见，不同的处治方法有其自身的适用性，应结合其优缺点、适用条件和工程特点合理应用。

2 泡沫轻质混合土的工作原理、生产工艺及性能特点

泡沫轻质混合土是在普通原料土的基础上添加轻质材料（如聚苯乙烯泡沫、气泡等）、固化剂（水泥、石膏等）等材料，经混合搅拌、浇筑成型、养护而成的轻质多孔混凝土，其内部含有大量细小、封闭、均匀的气孔，其生产过程如下：泡沫制备、料浆制备、浆泡混合、泵送、浇筑成型、养护、检验，如图1 所示。

泡沫混合土因加入了轻质材料，相比于普通混凝土，具有自重轻、可压缩性低、流动性高、施工便利等特点[6]。

3 泡沫轻质混合土在工程实例中的应用

3.1 工程概况

江楼中桥位于平潭岛中部的中山大道K11+214，同时属于平潭互通K80+241.9，是衔接国家高速公路网京台线长乐松下至平潭段公路与坛西大道主道的重要通道。根据地质勘察报告，区域内地层从上至下依次为上覆淤泥层、含泥中砂层、粉质黏土层、淤泥质土层等，工程地质条件较差。为此，原设计采用如下两种措施：1）采用水泥土搅拌桩对淤泥层及含泥中砂层进行了地基处治。其中，两侧桥头70m 范围内水泥土搅拌桩桩长6m，桩径0.5m，间距1.5m，呈梅花形布置，且进入粉质黏土层不小于1m。2）采用砂砾+碎石砂（压实度要求≥96%）对台背9m 范围路基进行回填，同时设置桥头搭板，桥头搭板长6m，为34cm 厚钢筋水泥板，过渡段长3m。

该桥于2013 年建成通车运营，但自2014 年起，桥梁两端路基出现不同程度的沉降，产生明显的桥头跳车问题，对道路行车安全构成较大威胁。

3.2 病害情况及原因分析

3.2.1 病害情况分析

为掌握桥头跳车病害情况及程度，为后续桥头跳车处治方案提供可靠的设计依据，首先对江楼中桥两侧路基沉降情况进行布点测量。共设置40 个观测点，其中左、右幅各设置20 个观测点。

桥头两端30m 路基段设计高程为5.671m～5.638m。对布设在桥头两端路基30m 范围内40 个监测点数据分析，对比原设计高程，得到竹屿口台方向K11+184～K11+154左幅实测高程为5.631m～5.162m，路基沉降量为4.0cm～47.6cm，右幅实测高程为5.653m～5.297m，路基沉降量为1.8cm～34.1cm；平原镇台方向K11+274～K11+244 左幅实测高程为5.517m～5.660m，路基沉降量为1.0cm～12.1cm，右幅实测高程为5.537m～5.667m，路基沉降量为0.4cm～10.1cm。显然，竹屿口台方向K11+184～K11+154 左幅路基沉降程度较大。

3.2.2 病害原因分析

基于现场调查和路基沉降测量，结合地勘资料与原设计文件，分析江楼中桥桥头跳车病害产生原因主要有以下两点：1）路基填土高度较高，填土本身存在一定的沉降。路基填筑高度约为4.7m，采用的填料为砂砾和碎石砂，填料颗粒之间存在一定的间隙，在自身重力及上覆面层及车辆碾压作用下，填土产生了一定的沉降。2）软基处治的工后沉降较大，原有软基处治的水泥土搅拌桩穿透上层含泥中砂，未对下层淤泥质土做处理。

3.3 处治方案

竹屿口方向台接桥路基沉降量较大，最大沉降量为47.6cm，此处桥头跳车严重，应重点处治。因此，针对该处桥台30m 范围（K11+184～K11+154）内的路基处治问题，提出了泡沫轻质混合土处治方案，该方案处治流程如下：（1）拆除30m 路基范围内路面（搭板及过渡段）；（2）挖除路基土至路床顶面以下2.3m；（3）铺设0.3m 厚碎石垫层；（4）浇筑2.0m 厚气泡轻质混合土；（5）调坡铺筑路面（8m 搭板+3m 过渡段）。

3.4 沉降控制标准及计算

为验算路基填筑后桥台与路基差异沉降是否满足工程实际需求，同时为泡沫轻质混合土材料的选取提供计算依据，因此需要对路基填筑后的沉降进行计算。

3.4.1 沉降控制标准

按照规范[7]，高速公路桥台与路堤相邻处容许工后沉降≤0.1m，同时由差异沉降引起的纵坡变化应控制在0.4%以内（该泡沫轻质混合土处理范围为30m，即30×0.4%=0.12m），取两者较低值。因此，路基沉降设计标准按≤0.1m控制。

3.4.2 沉降计算

根据规范[7]，采取压缩模量Es计算时，沉降可按式（1）计算。

式中：Esi为路基各分层压缩模量（kPa）；Δpi为路基各分层中点的附加应力（kPa）；Δhi为各分层厚度（m）。

计算过程用理正岩土软件辅以计算，路基土层的物理力学参数按照地勘资料，如表1 所示，填筑材料分别考虑常见填土和泡沫轻质混合土。其中，泡沫轻质混合土的重度参考[8-9]等相关规范规定的可取范围，选择重度为10kN/m³、6kN/m³的两种泡沫轻质混合土进行计算；常见填土的重度按18.5 kN/m³进行计算。

表1 土层物理力学性质指标参数表

最终得到各填料的时间-沉降曲线图，如图2～ 图4 所示。同时，可得到路基填料为18.5 kN/m³常见填土时的工后基准期内的残余沉降为0.132m；路基填料为10 kN/m³泡沫轻质混合土时的工后基准期内的残余沉降为0.107m；路基填料为6 kN/m³泡沫轻质混合土时的工后基准期内的残余沉降为0.095m。从计算结果可知：（1）填料越轻（即重度越小），路基填筑后沉降越小；（2）相对于常见填土，在减小路基差异沉降的问题上，泡沫轻质土具有显著效果；（3）针对选取的两种不同重度的泡沫轻质混合土，重度为6 kN/m³的泡沫轻质混合土计算得到的沉降为0.095m，小于沉降控制标准（≤0.1m），能满足设计要求。

图2 常见填土（重度=18.5kN/m³）时间-沉降曲线

图3 泡沫轻质混合土（重度=10 kN/m³）时间-沉降曲线

图4 泡沫轻质混合土（重度=6 kN/m³）时间-沉降曲线

基于上述分析，现场施工采用6 kN/m³的泡沫轻质混合土，并按照设计处治方案进行施工。

3.5 处治效果

处治施工完成后，桥台总体平整、无明显沉降，车辆行至此处时无跳车现象，行车舒适度得到明显改善。

为更加直观地分析和评价泡沫轻质混合土在江楼中桥桥头跳车问题处治工程中的应用效果，在竹屿口台路基30m范围（K11+184～K11+154）布设测点进行沉降观测。测点布置如图5 所示。

图5 沉降监测测点布置示意图

沉降监测结果如下：1#测点监测时间1 个月的沉降量为-1.4mm，3 个月的沉降量为-2.3mm；2#测点监测时间1 个月的沉降量为-1.2mm，3 个月的沉降量为-2.0mm；3#测点监测时间1 个月的沉降量为-1.3mm，3 个月的沉降量为-2.3mm；4#测点监测时间1 个月的沉降量为-1.6mm，3 个月的沉降量为-2.4mm；5#测点监测时间1 个月的沉降量为-1.0mm，3 个月的沉降量为-2.2mm；6#测点监测时间1 个月的沉降量为-1.8mm，3 个月的沉降量为-2.1mm（负号代表下沉）。

从上述监测结果可以看出采用泡沫轻质混合土处治桥头路基后，各测点沉降量较小，监测时间3 个月的沉降量均小于3mm，具有良好的应用效果。

4 结语

桥头跳车问题的处治方法有很多，例如夯（压）实法、换填法、填筑碎石土、注浆法、施加挤密桩等。不同的处治方法应结合其优缺点、适用性和工程特点合理应用。泡沫轻质混合土具有自重轻、可压缩性低、流动性高、施工便利等特点，能有效解决桥头差异沉降，对处治桥头跳车问题有良好的应用效果。与计算得到的路基沉降量相比，实际监测的沉降量更小，进一步说明泡沫轻质混合土在处治桥台跳车的问题上具有显著效果。该文结合平潭岛江楼中桥的工程实际案例，提出了泡沫轻质混合土的处治方案，取得了良好的处治效果，对其他类似工程具有一定的参考意义。