淺談泡沫輕質(zhì)土在橋頭軟基處理的運(yùn)用_建筑科學(xué)論

1、.淺談泡沫輕質(zhì)土在橋頭軟基處理的運(yùn)用_建筑科學(xué)論文摘要:近年來(lái)，我國(guó)公路橋梁建設(shè)不斷蓬勃發(fā)展，沿海地區(qū)交通建設(shè)亦緊鑼密鼓地展開(kāi)。沿海地區(qū)河涌密集，軟土地基分布廣泛，橋頭路基沉降引起的橋頭跳車(chē)成了普遍性的公路工程病害。針對(duì)橋頭跳車(chē)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)已進(jìn)行了很多研究并形成的許多常用的處理方法，但仍然不能達(dá)到很理想的效果。近年來(lái)，作為新技術(shù)的泡沫輕質(zhì)土技術(shù)逐漸應(yīng)用于土木工程各領(lǐng)域的建設(shè)中，而引入泡沫輕質(zhì)土進(jìn)行橋頭路基處理，成了緩解橋頭跳車(chē)現(xiàn)象的一個(gè)新方向，本文擬對(duì)此進(jìn)行一些有益的探討。關(guān)鍵詞：公路 橋梁 橋頭跳車(chē) 泡沫 輕質(zhì)土泡沫輕質(zhì)土是“用物理方法將發(fā)泡劑水溶液制備成泡沫，與必須組分水泥基膠凝材料、水及可

2、選組分集料、摻和料、外加劑按照一定的比例混合攪拌，并經(jīng)物理化學(xué)作用硬化形成的一種輕質(zhì)材料”。類(lèi)似的材料有日本的“氣泡輕量土”，國(guó)內(nèi)的”泡沫混凝土”等。就硬化成型的過(guò)程而言，泡沫輕質(zhì)土、氣泡混合輕質(zhì)土與泡沫混凝土并無(wú)本質(zhì)區(qū)別。但泡沫輕質(zhì)土的原材料(如集料及摻和料)可用范圍更廣，力學(xué)性能介于土與混凝土之間，使用功能更側(cè)重于替代常規(guī)土或砂（不是作為混凝土）用于各種填充或充填。泡沫輕質(zhì)土具有如下工程特性：輕質(zhì)性輕質(zhì)性是現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土最顯著的特性，與幾種常規(guī)土建材料相比，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的容重相對(duì)要低。（見(jiàn)下表）。 幾種主要土建材料的容重比較(單位：kN/m3)水泥混凝土路面底基層路基填土粉煤灰中粗砂泡沫

3、輕質(zhì)土252122192012161820312容重和強(qiáng)度可調(diào)節(jié)性調(diào)整現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的組成成份比例，即調(diào)整配合比，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的容重和強(qiáng)度可根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)。工程上，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的容重一般可在312kN/m3之間調(diào)節(jié)；而無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的調(diào)節(jié)范圍為0.35.0MPa。作為土工填筑材料，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度通?？刂圃?.31.2MPa。良好的施工性現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的流動(dòng)性高，可通過(guò)軟管泵送，現(xiàn)場(chǎng)施工澆注點(diǎn)與制作點(diǎn)可分離，且澆注點(diǎn)占的施工空間極小，可在狹小空間內(nèi)施工。當(dāng)作為路基填筑的替代材料時(shí)，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土澆注施工無(wú)須振搗碾壓，施工便捷高效。良好施工性還體現(xiàn)在現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土

4、基本可連續(xù)澆注施工，無(wú)須在施工過(guò)程中進(jìn)行特別的養(yǎng)生處理。良好的環(huán)保特性可大量利用粉煤灰等工業(yè)廢渣做原材料，促進(jìn)資源的再生利用，有利于環(huán)保；與土工泡沫塑料相比，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土屬無(wú)機(jī)質(zhì)材料，無(wú)論用于地上，地下工程，其對(duì)環(huán)境均無(wú)污染作用，環(huán)保優(yōu)勢(shì)明顯；當(dāng)用于道路擴(kuò)建、山區(qū)陡峭路段等道路工程中，可節(jié)省土地資源，避免高填高挖等對(duì)環(huán)境的破壞，對(duì)保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境意義重大。泡沫輕質(zhì)土用于軟基路橋過(guò)渡段的設(shè)計(jì)，主要圍繞工后沉降滿(mǎn)足規(guī)范要求，解決泡沫輕質(zhì)土的換填厚度和換填范圍的問(wèn)題。這里，從軟基變形的理論來(lái)說(shuō)明換填厚度；關(guān)于換填長(zhǎng)度，則結(jié)合規(guī)范和相關(guān)研究文獻(xiàn)來(lái)論證。沿海地區(qū)的軟基一般由飽和軟土組成，通常為高壓縮性

5、、高孔隙比和高含水量的淤泥或淤泥質(zhì)土。這類(lèi)飽和軟土，其沉降變形的本質(zhì)可用有效應(yīng)力原理來(lái)說(shuō)明：在附加應(yīng)力的作用下，超孔隙水壓力不斷消散、有效應(yīng)力不斷增長(zhǎng)；與此同時(shí)，隨超孔壓的消散，軟土中的自由水不斷排出，由此，其體積壓縮，表現(xiàn)為沉降的發(fā)生。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，對(duì)工程起決定作用的主要是三個(gè)方面：1、附加應(yīng)力附加應(yīng)力的大小決定了軟土層最終總沉降量的大?。寒?dāng)附加應(yīng)力全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力時(shí)，總沉降完成；故附加應(yīng)力越大，總沉降越大。2、固結(jié)度固結(jié)度Ut可用下式表達(dá): (2-1)式中 St 當(dāng)前t時(shí)刻已完成沉降；S 最終總沉降； 軟土層有效應(yīng)力； 軟土層附加應(yīng)力。固結(jié)度的意義在于表征了當(dāng)前時(shí)刻已完成沉降占總沉降的

6、比例。3、工后沉降設(shè)工后沉降為，可用下式表達(dá)：(3-1)可見(jiàn)，工后沉降其實(shí)就是扣除完工時(shí)已完成沉降后的剩余沉降量。工后沉降通常是軟基路段重點(diǎn)控制的指標(biāo)；從設(shè)計(jì)到施工，軟基路段的一個(gè)重要任務(wù)就是盡可能降低工后沉降，以確保公路工后的正常使用，并減少工后維修費(fèi)用。當(dāng)然，這里的工后沉降系指工后總沉降；工程上，更多使用的概念是基準(zhǔn)期內(nèi)的工后殘余沉降。顯然，工后總沉降越小，基準(zhǔn)期內(nèi)的殘余沉降越小。由式2-1及式3-1可知，可通過(guò)兩種途徑來(lái)降低工后沉降：1、通過(guò)提高St來(lái)提高竣工時(shí)的固結(jié)度，以此控制工后沉降。具體的實(shí)現(xiàn)方法為排水預(yù)壓法：通過(guò)設(shè)置豎向排水體如袋裝砂井或塑料排水板，通過(guò)堆載預(yù)壓或真空預(yù)壓的方式來(lái)

7、加快軟土層的固結(jié)速率，使竣工時(shí)的固結(jié)度達(dá)到足夠大，確保工后沉降滿(mǎn)足要求。該法的主要特點(diǎn)是具有較好的經(jīng)濟(jì)性，缺陷是需要足夠的預(yù)壓時(shí)間，且工后沉降大，這通常與項(xiàng)目的工期要求矛盾突出。2、降低軟土層的附加應(yīng)力以降低總沉降，以此控制工后沉降。實(shí)現(xiàn)方法有兩種方式：方式一樁式復(fù)合地基法樁式復(fù)合地基是設(shè)置一定密度的攪拌樁、CFG樁或預(yù)應(yīng)力管樁等強(qiáng)度遠(yuǎn)較軟土層強(qiáng)度要高的樁體，將上覆荷載大部分轉(zhuǎn)移至這些樁體來(lái)承受，從而降低軟土層所承受的荷載和附加應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)控制工后沉降的方法。該工法的優(yōu)點(diǎn)是時(shí)間短，效果顯著，但缺陷是造價(jià)偏高，同時(shí)，樁體施工對(duì)周邊的臨界結(jié)構(gòu)物（如橋臺(tái)、涵洞等結(jié)構(gòu)物）會(huì)產(chǎn)生側(cè)向擠出效應(yīng)，從而影響臨界

8、結(jié)構(gòu)物的安全性。方式二輕路堤法該工法直接降低路堤荷載和軟土層的附加應(yīng)力。傳統(tǒng)的輕路堤法有EPS路堤等。泡沫輕質(zhì)土用于路橋過(guò)渡段填筑，屬于輕路堤法，其控制工后沉降的原理在于降低附加應(yīng)力；當(dāng)用于舊路改造項(xiàng)目時(shí)，如換填厚度適當(dāng)向原地面以下延伸，可使軟土層的附加應(yīng)力小于有效應(yīng)力，軟土層處于超固結(jié)狀態(tài)，從而確保工后沉降為0。瑞安市飛云江大橋改造工程，即采用了泡沫輕質(zhì)土技術(shù)對(duì)橋頭范圍的路基進(jìn)行了換填處理，其該范圍內(nèi)沒(méi)有進(jìn)行任何軟基處理，一年多來(lái)的使用效果良好。為緩解軟基路堤與橋梁等結(jié)構(gòu)物之間的差異沉降，通常在結(jié)構(gòu)物兩側(cè)的一定范圍內(nèi)設(shè)置路橋過(guò)渡段。公路路基規(guī)范規(guī)定，應(yīng)設(shè)置必要的工后沉降過(guò)渡段來(lái)緩解工后橋頭跳

9、車(chē)現(xiàn)象。泡沫輕質(zhì)土的一個(gè)顯著的特點(diǎn)是其澆筑后可固化直立，并且對(duì)橋臺(tái)的水平力幾乎為0，根據(jù)這一特點(diǎn)，可將橋臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括兩方面的內(nèi)容：1）橋臺(tái)結(jié)構(gòu)優(yōu)化；2）橋臺(tái)樁基礎(chǔ)優(yōu)化。就橋臺(tái)結(jié)構(gòu)而言，臺(tái)后直立填筑泡沫輕質(zhì)土與填筑常規(guī)放坡路堤，存在兩方面的優(yōu)化：1）由于直立填筑，橋臺(tái)耳墻可基本取消；2）由于直立填筑，對(duì)橋臺(tái)臺(tái)身無(wú)側(cè)向壓力，可取消橋臺(tái)臺(tái)身，近似按橋墩進(jìn)行橋臺(tái)設(shè)計(jì)。就橋臺(tái)樁基礎(chǔ)而言，其優(yōu)化思路為：可考慮按單排樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，但樁徑與橋墩樁徑相同。綜合比較工后沉降采用泡沫輕質(zhì)土換填臺(tái)后原路基土，可最大限度控制工后沉降。與水泥攪拌樁等方法相比，其施工不是隱蔽施工，具有很強(qiáng)的質(zhì)量可靠度，且適度向原地面

10、以下?lián)Q填，可確保地基土在工程改造后處于超固結(jié)狀態(tài)，以盡可能避免工后沉降的發(fā)生。橋臺(tái)所承受的土壓泡沫輕質(zhì)土因固化后可直立，其對(duì)橋臺(tái)的側(cè)向土壓力幾乎為0，這對(duì)于橋臺(tái)的受力是極其有利的。采用泡沫輕質(zhì)土后，橋臺(tái)及橋臺(tái)樁基可進(jìn)行簡(jiǎn)化，由此節(jié)省了造價(jià)。并且由于城市橋梁有時(shí)需跨越地鐵等，基樁跨越距離較大，橋臺(tái)所承受的上部荷載非常大，臺(tái)后土壓力對(duì)橋臺(tái)的影響也極為不利，這是采用泡沫輕質(zhì)土的重要優(yōu)勢(shì)。 施工工期泡沫輕質(zhì)土施工一方面便捷高效，在澆筑完畢后714天即可進(jìn)行后續(xù)路面施工，與橋臺(tái)樁基及橋臺(tái)施工不存在先后次序等沖突（通常在軟基路段進(jìn)行結(jié)構(gòu)物施工時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行軟基處理，待軟基沉降穩(wěn)定后再進(jìn)行樁基及結(jié)構(gòu)物的施工）

11、，并且，由于采用泡沫輕質(zhì)土?xí)r，橋臺(tái)可采用單排樁柱式橋臺(tái)，比起雙排樁與薄壁式橋臺(tái)，鉆孔灌注樁的施工時(shí)間可以減半，而且薄壁式臺(tái)身的施工時(shí)間也比柱式臺(tái)身更長(zhǎng)，這些，決定了泡沫輕質(zhì)土方案具有較大的工期優(yōu)勢(shì)。根據(jù)測(cè)算，一個(gè)橋臺(tái)臺(tái)背的處理，采用泡沫輕質(zhì)土方案，其工期至少較水泥攪拌樁方案節(jié)省16個(gè)月。造價(jià)因采用泡沫輕質(zhì)土換填和攪拌樁處理時(shí)橋臺(tái)的形式不同，故比較各方案的造價(jià)時(shí)，將橋臺(tái)的造價(jià)亦包含到比較表內(nèi)。橋臺(tái)由雙排樁變?yōu)閱闻艠叮”谂_(tái)身變?yōu)橹脚_(tái)身，無(wú)論是鉆孔灌注樁，承臺(tái)，還是臺(tái)身的施工，工程量都大為減少，施工工序也簡(jiǎn)單化，故造價(jià)也因此減少。摘要:近年來(lái)，我國(guó)公路橋梁建設(shè)不斷蓬勃發(fā)展，沿海地區(qū)交通建設(shè)亦緊鑼

12、密鼓地展開(kāi)。沿海地區(qū)河涌密集，軟土地基分布廣泛，橋頭路基沉降引起的橋頭跳車(chē)成了普遍性的公路工程病害。針對(duì)橋頭跳車(chē)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)已進(jìn)行了很多研究并形成的許多常用的處理方法，但仍然不能達(dá)到很理想的效果。近年來(lái)，作為新技術(shù)的泡沫輕質(zhì)土技術(shù)逐漸應(yīng)用于土木工程各領(lǐng)域的建設(shè)中，而引入泡沫輕質(zhì)土進(jìn)行橋頭路基處理，成了緩解橋頭跳車(chē)現(xiàn)象的一個(gè)新方向，本文擬對(duì)此進(jìn)行一些有益的探討。關(guān)鍵詞：公路 橋梁 橋頭跳車(chē) 泡沫 輕質(zhì)土泡沫輕質(zhì)土是“用物理方法將發(fā)泡劑水溶液制備成泡沫，與必須組分水泥基膠凝材料、水及可選組分集料、摻和料、外加劑按照一定的比例混合攪拌，并經(jīng)物理化學(xué)作用硬化形成的一種輕質(zhì)材料”。類(lèi)似的材料有日本的“氣泡

13、輕量土”，國(guó)內(nèi)的”泡沫混凝土”等。就硬化成型的過(guò)程而言，泡沫輕質(zhì)土、氣泡混合輕質(zhì)土與泡沫混凝土并無(wú)本質(zhì)區(qū)別。但泡沫輕質(zhì)土的原材料(如集料及摻和料)可用范圍更廣，力學(xué)性能介于土與混凝土之間，使用功能更側(cè)重于替代常規(guī)土或砂（不是作為混凝土）用于各種填充或充填。泡沫輕質(zhì)土具有如下工程特性：輕質(zhì)性輕質(zhì)性是現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土最顯著的特性，與幾種常規(guī)土建材料相比，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的容重相對(duì)要低。（見(jiàn)下表）。 幾種主要土建材料的容重比較(單位：kN/m3)水泥混凝土路面底基層路基填土粉煤灰中粗砂泡沫輕質(zhì)土252122192012161820312容重和強(qiáng)度可調(diào)節(jié)性調(diào)整現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的組成成份比例，即調(diào)整配合比，現(xiàn)

14、澆泡沫輕質(zhì)土的容重和強(qiáng)度可根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)。工程上，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的容重一般可在312kN/m3之間調(diào)節(jié)；而無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的調(diào)節(jié)范圍為0.35.0MPa。作為土工填筑材料，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度通?？刂圃?.31.2MPa。良好的施工性現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的流動(dòng)性高，可通過(guò)軟管泵送，現(xiàn)場(chǎng)施工澆注點(diǎn)與制作點(diǎn)可分離，且澆注點(diǎn)占的施工空間極小，可在狹小空間內(nèi)施工。當(dāng)作為路基填筑的替代材料時(shí)，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土澆注施工無(wú)須振搗碾壓，施工便捷高效。良好施工性還體現(xiàn)在現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土基本可連續(xù)澆注施工，無(wú)須在施工過(guò)程中進(jìn)行特別的養(yǎng)生處理。良好的環(huán)保特性可大量利用粉煤灰等工業(yè)廢渣做原材料，促進(jìn)資源的

15、再生利用，有利于環(huán)保；與土工泡沫塑料相比，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土屬無(wú)機(jī)質(zhì)材料，無(wú)論用于地上，地下工程，其對(duì)環(huán)境均無(wú)污染作用，環(huán)保優(yōu)勢(shì)明顯；當(dāng)用于道路擴(kuò)建、山區(qū)陡峭路段等道路工程中，可節(jié)省土地資源，避免高填高挖等對(duì)環(huán)境的破壞，對(duì)保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境意義重大。泡沫輕質(zhì)土用于軟基路橋過(guò)渡段的設(shè)計(jì)，主要圍繞工后沉降滿(mǎn)足規(guī)范要求，解決泡沫輕質(zhì)土的換填厚度和換填范圍的問(wèn)題。這里，從軟基變形的理論來(lái)說(shuō)明換填厚度；關(guān)于換填長(zhǎng)度，則結(jié)合規(guī)范和相關(guān)研究文獻(xiàn)來(lái)論證。沿海地區(qū)的軟基一般由飽和軟土組成，通常為高壓縮性、高孔隙比和高含水量的淤泥或淤泥質(zhì)土。這類(lèi)飽和軟土，其沉降變形的本質(zhì)可用有效應(yīng)力原理來(lái)說(shuō)明：在附加應(yīng)力的作用下，超孔

16、隙水壓力不斷消散、有效應(yīng)力不斷增長(zhǎng)；與此同時(shí)，隨超孔壓的消散，軟土中的自由水不斷排出，由此，其體積壓縮，表現(xiàn)為沉降的發(fā)生。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，對(duì)工程起決定作用的主要是三個(gè)方面：1、附加應(yīng)力附加應(yīng)力的大小決定了軟土層最終總沉降量的大?。寒?dāng)附加應(yīng)力全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力時(shí)，總沉降完成；故附加應(yīng)力越大，總沉降越大。2、固結(jié)度固結(jié)度Ut可用下式表達(dá): (2-1)式中 St 當(dāng)前t時(shí)刻已完成沉降；S 最終總沉降； 軟土層有效應(yīng)力； 軟土層附加應(yīng)力。固結(jié)度的意義在于表征了當(dāng)前時(shí)刻已完成沉降占總沉降的比例。3、工后沉降設(shè)工后沉降為，可用下式表達(dá)：(3-1)可見(jiàn)，工后沉降其實(shí)就是扣除完工時(shí)已完成沉降后的剩余沉降量。工

17、后沉降通常是軟基路段重點(diǎn)控制的指標(biāo)；從設(shè)計(jì)到施工，軟基路段的一個(gè)重要任務(wù)就是盡可能降低工后沉降，以確保公路工后的正常使用，并減少工后維修費(fèi)用。當(dāng)然，這里的工后沉降系指工后總沉降；工程上，更多使用的概念是基準(zhǔn)期內(nèi)的工后殘余沉降。顯然，工后總沉降越小，基準(zhǔn)期內(nèi)的殘余沉降越小。由式2-1及式3-1可知，可通過(guò)兩種途徑來(lái)降低工后沉降：1、通過(guò)提高St來(lái)提高竣工時(shí)的固結(jié)度，以此控制工后沉降。具體的實(shí)現(xiàn)方法為排水預(yù)壓法：通過(guò)設(shè)置豎向排水體如袋裝砂井或塑料排水板，通過(guò)堆載預(yù)壓或真空預(yù)壓的方式來(lái)加快軟土層的固結(jié)速率，使竣工時(shí)的固結(jié)度達(dá)到足夠大，確保工后沉降滿(mǎn)足要求。該法的主要特點(diǎn)是具有較好的經(jīng)濟(jì)性，缺陷是需要

18、足夠的預(yù)壓時(shí)間，且工后沉降大，這通常與項(xiàng)目的工期要求矛盾突出。2、降低軟土層的附加應(yīng)力以降低總沉降，以此控制工后沉降。實(shí)現(xiàn)方法有兩種方式：方式一樁式復(fù)合地基法樁式復(fù)合地基是設(shè)置一定密度的攪拌樁、CFG樁或預(yù)應(yīng)力管樁等強(qiáng)度遠(yuǎn)較軟土層強(qiáng)度要高的樁體，將上覆荷載大部分轉(zhuǎn)移至這些樁體來(lái)承受，從而降低軟土層所承受的荷載和附加應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)控制工后沉降的方法。該工法的優(yōu)點(diǎn)是時(shí)間短，效果顯著，但缺陷是造價(jià)偏高，同時(shí)，樁體施工對(duì)周邊的臨界結(jié)構(gòu)物（如橋臺(tái)、涵洞等結(jié)構(gòu)物）會(huì)產(chǎn)生側(cè)向擠出效應(yīng)，從而影響臨界結(jié)構(gòu)物的安全性。方式二輕路堤法該工法直接降低路堤荷載和軟土層的附加應(yīng)力。傳統(tǒng)的輕路堤法有EPS路堤等。泡沫輕質(zhì)土用于

19、路橋過(guò)渡段填筑，屬于輕路堤法，其控制工后沉降的原理在于降低附加應(yīng)力；當(dāng)用于舊路改造項(xiàng)目時(shí)，如換填厚度適當(dāng)向原地面以下延伸，可使軟土層的附加應(yīng)力小于有效應(yīng)力，軟土層處于超固結(jié)狀態(tài)，從而確保工后沉降為0。瑞安市飛云江大橋改造工程，即采用了泡沫輕質(zhì)土技術(shù)對(duì)橋頭范圍的路基進(jìn)行了換填處理，其該范圍內(nèi)沒(méi)有進(jìn)行任何軟基處理，一年多來(lái)的使用效果良好。為緩解軟基路堤與橋梁等結(jié)構(gòu)物之間的差異沉降，通常在結(jié)構(gòu)物兩側(cè)的一定范圍內(nèi)設(shè)置路橋過(guò)渡段。公路路基規(guī)范規(guī)定，應(yīng)設(shè)置必要的工后沉降過(guò)渡段來(lái)緩解工后橋頭跳車(chē)現(xiàn)象。泡沫輕質(zhì)土的一個(gè)顯著的特點(diǎn)是其澆筑后可固化直立，并且對(duì)橋臺(tái)的水平力幾乎為0，根據(jù)這一特點(diǎn)，可將橋臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)

20、計(jì)，包括兩方面的內(nèi)容：1）橋臺(tái)結(jié)構(gòu)優(yōu)化；2）橋臺(tái)樁基礎(chǔ)優(yōu)化。 就橋臺(tái)結(jié)構(gòu)而言，臺(tái)后直立填筑泡沫輕質(zhì)土與填筑常規(guī)放坡路堤，存在兩方面的優(yōu)化：1）由于直立填筑，橋臺(tái)耳墻可基本取消；2）由于直立填筑，對(duì)橋臺(tái)臺(tái)身無(wú)側(cè)向壓力，可取消橋臺(tái)臺(tái)身，近似按橋墩進(jìn)行橋臺(tái)設(shè)計(jì)。就橋臺(tái)樁基礎(chǔ)而言，其優(yōu)化思路為：可考慮按單排樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，但樁徑與橋墩樁徑相同。綜合比較工后沉降采用泡沫輕質(zhì)土換填臺(tái)后原路基土，可最大限度控制工后沉降。與水泥攪拌樁等方法相比，其施工不是隱蔽施工，具有很強(qiáng)的質(zhì)量可靠度，且適度向原地面以下?lián)Q填，可確保地基土在工程改造后處于超固結(jié)狀態(tài)，以盡可能避免工后沉降的發(fā)生。橋臺(tái)所承受的土壓泡沫輕質(zhì)土因固化后可

21、直立，其對(duì)橋臺(tái)的側(cè)向土壓力幾乎為0，這對(duì)于橋臺(tái)的受力是極其有利的。采用泡沫輕質(zhì)土后，橋臺(tái)及橋臺(tái)樁基可進(jìn)行簡(jiǎn)化，由此節(jié)省了造價(jià)。并且由于城市橋梁有時(shí)需跨越地鐵等，基樁跨越距離較大，橋臺(tái)所承受的上部荷載非常大，臺(tái)后土壓力對(duì)橋臺(tái)的影響也極為不利，這是采用泡沫輕質(zhì)土的重要優(yōu)勢(shì)。施工工期泡沫輕質(zhì)土施工一方面便捷高效，在澆筑完畢后714天即可進(jìn)行后續(xù)路面施工，與橋臺(tái)樁基及橋臺(tái)施工不存在先后次序等沖突（通常在軟基路段進(jìn)行結(jié)構(gòu)物施工時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行軟基處理，待軟基沉降穩(wěn)定后再進(jìn)行樁基及結(jié)構(gòu)物的施工），并且，由于采用泡沫輕質(zhì)土?xí)r，橋臺(tái)可采用單排樁柱式橋臺(tái)，比起雙排樁與薄壁式橋臺(tái)，鉆孔灌注樁的施工時(shí)間可以減半，而且薄

22、壁式臺(tái)身的施工時(shí)間也比柱式臺(tái)身更長(zhǎng)，這些，決定了泡沫輕質(zhì)土方案具有較大的工期優(yōu)勢(shì)。根據(jù)測(cè)算，一個(gè)橋臺(tái)臺(tái)背的處理，采用泡沫輕質(zhì)土方案，其工期至少較水泥攪拌樁方案節(jié)省16個(gè)月。造價(jià)因采用泡沫輕質(zhì)土換填和攪拌樁處理時(shí)橋臺(tái)的形式不同，故比較各方案的造價(jià)時(shí)，將橋臺(tái)的造價(jià)亦包含到比較表內(nèi)。橋臺(tái)由雙排樁變?yōu)閱闻艠叮”谂_(tái)身變?yōu)橹脚_(tái)身，無(wú)論是鉆孔灌注樁，承臺(tái)，還是臺(tái)身的施工，工程量都大為減少，施工工序也簡(jiǎn)單化，故造價(jià)也因此減少。摘要:近年來(lái)，我國(guó)公路橋梁建設(shè)不斷蓬勃發(fā)展，沿海地區(qū)交通建設(shè)亦緊鑼密鼓地展開(kāi)。沿海地區(qū)河涌密集，軟土地基分布廣泛，橋頭路基沉降引起的橋頭跳車(chē)成了普遍性的公路工程病害。針對(duì)橋頭跳車(chē)問(wèn)題

23、，國(guó)內(nèi)已進(jìn)行了很多研究并形成的許多常用的處理方法，但仍然不能達(dá)到很理想的效果。近年來(lái)，作為新技術(shù)的泡沫輕質(zhì)土技術(shù)逐漸應(yīng)用于土木工程各領(lǐng)域的建設(shè)中，而引入泡沫輕質(zhì)土進(jìn)行橋頭路基處理，成了緩解橋頭跳車(chē)現(xiàn)象的一個(gè)新方向，本文擬對(duì)此進(jìn)行一些有益的探討。關(guān)鍵詞：公路 橋梁 橋頭跳車(chē) 泡沫 輕質(zhì)土泡沫輕質(zhì)土是“用物理方法將發(fā)泡劑水溶液制備成泡沫，與必須組分水泥基膠凝材料、水及可選組分集料、摻和料、外加劑按照一定的比例混合攪拌，并經(jīng)物理化學(xué)作用硬化形成的一種輕質(zhì)材料”。類(lèi)似的材料有日本的“氣泡輕量土”，國(guó)內(nèi)的”泡沫混凝土”等。就硬化成型的過(guò)程而言，泡沫輕質(zhì)土、氣泡混合輕質(zhì)土與泡沫混凝土并無(wú)本質(zhì)區(qū)別。但泡沫輕

24、質(zhì)土的原材料(如集料及摻和料)可用范圍更廣，力學(xué)性能介于土與混凝土之間，使用功能更側(cè)重于替代常規(guī)土或砂（不是作為混凝土）用于各種填充或充填。泡沫輕質(zhì)土具有如下工程特性：輕質(zhì)性輕質(zhì)性是現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土最顯著的特性，與幾種常規(guī)土建材料相比，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的容重相對(duì)要低。（見(jiàn)下表）。 容重和強(qiáng)度可調(diào)節(jié)性調(diào)整現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的組成成份比例，即調(diào)整配合比，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的容重和強(qiáng)度可根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)。工程上，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的容重一般可在312kN/m3之間調(diào)節(jié)；而無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的調(diào)節(jié)范圍為0.35.0MPa。作為土工填筑材料，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度通?？刂圃?.31.2MPa。良好的施工

25、性現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的流動(dòng)性高，可通過(guò)軟管泵送，現(xiàn)場(chǎng)施工澆注點(diǎn)與制作點(diǎn)可分離，且澆注點(diǎn)占的施工空間極小，可在狹小空間內(nèi)施工。當(dāng)作為路基填筑的替代材料時(shí)，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土澆注施工無(wú)須振搗碾壓，施工便捷高效。良好施工性還體現(xiàn)在現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土基本可連續(xù)澆注施工，無(wú)須在施工過(guò)程中進(jìn)行特別的養(yǎng)生處理。良好的環(huán)保特性可大量利用粉煤灰等工業(yè)廢渣做原材料，促進(jìn)資源的再生利用，有利于環(huán)保；與土工泡沫塑料相比，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土屬無(wú)機(jī)質(zhì)材料，無(wú)論用于地上，地下工程，其對(duì)環(huán)境均無(wú)污染作用，環(huán)保優(yōu)勢(shì)明顯；當(dāng)用于道路擴(kuò)建、山區(qū)陡峭路段等道路工程中，可節(jié)省土地資源，避免高填高挖等對(duì)環(huán)境的破壞，對(duì)保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境意義重大。泡沫輕質(zhì)土

26、用于軟基路橋過(guò)渡段的設(shè)計(jì)，主要圍繞工后沉降滿(mǎn)足規(guī)范要求，解決泡沫輕質(zhì)土的換填厚度和換填范圍的問(wèn)題。這里，從軟基變形的理論來(lái)說(shuō)明換填厚度；關(guān)于換填長(zhǎng)度，則結(jié)合規(guī)范和相關(guān)研究文獻(xiàn)來(lái)論證。沿海地區(qū)的軟基一般由飽和軟土組成，通常為高壓縮性、高孔隙比和高含水量的淤泥或淤泥質(zhì)土。這類(lèi)飽和軟土，其沉降變形的本質(zhì)可用有效應(yīng)力原理來(lái)說(shuō)明：在附加應(yīng)力的作用下，超孔隙水壓力不斷消散、有效應(yīng)力不斷增長(zhǎng)；與此同時(shí)，隨超孔壓的消散，軟土中的自由水不斷排出，由此，其體積壓縮，表現(xiàn)為沉降的發(fā)生。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，對(duì)工程起決定作用的主要是三個(gè)方面：1、附加應(yīng)力附加應(yīng)力的大小決定了軟土層最終總沉降量的大小：當(dāng)附加應(yīng)力全部轉(zhuǎn)化為有效

27、應(yīng)力時(shí)，總沉降完成；故附加應(yīng)力越大，總沉降越大。2、固結(jié)度固結(jié)度Ut可用下式表達(dá): (2-1)式中 St 當(dāng)前t時(shí)刻已完成沉降；S 最終總沉降； 軟土層有效應(yīng)力； 軟土層附加應(yīng)力。固結(jié)度的意義在于表征了當(dāng)前時(shí)刻已完成沉降占總沉降的比例。3、工后沉降設(shè)工后沉降為，可用下式表達(dá)：(3-1)可見(jiàn)，工后沉降其實(shí)就是扣除完工時(shí)已完成沉降后的剩余沉降量。工后沉降通常是軟基路段重點(diǎn)控制的指標(biāo)；從設(shè)計(jì)到施工，軟基路段的一個(gè)重要任務(wù)就是盡可能降低工后沉降，以確保公路工后的正常使用，并減少工后維修費(fèi)用。當(dāng)然，這里的工后沉降系指工后總沉降；工程上，更多使用的概念是基準(zhǔn)期內(nèi)的工后殘余沉降。顯然，工后總沉降越小，基準(zhǔn)期

28、內(nèi)的殘余沉降越小。由式2-1及式3-1可知，可通過(guò)兩種途徑來(lái)降低工后沉降：1、通過(guò)提高St來(lái)提高竣工時(shí)的固結(jié)度，以此控制工后沉降。具體的實(shí)現(xiàn)方法為排水預(yù)壓法：通過(guò)設(shè)置豎向排水體如袋裝砂井或塑料排水板，通過(guò)堆載預(yù)壓或真空預(yù)壓的方式來(lái)加快軟土層的固結(jié)速率，使竣工時(shí)的固結(jié)度達(dá)到足夠大，確保工后沉降滿(mǎn)足要求。該法的主要特點(diǎn)是具有較好的經(jīng)濟(jì)性，缺陷是需要足夠的預(yù)壓時(shí)間，且工后沉降大，這通常與項(xiàng)目的工期要求矛盾突出。2、降低軟土層的附加應(yīng)力以降低總沉降，以此控制工后沉降。實(shí)現(xiàn)方法有兩種方式：方式一樁式復(fù)合地基法樁式復(fù)合地基是設(shè)置一定密度的攪拌樁、CFG樁或預(yù)應(yīng)力管樁等強(qiáng)度遠(yuǎn)較軟土層強(qiáng)度要高的樁體，將上覆荷

29、載大部分轉(zhuǎn)移至這些樁體來(lái)承受，從而降低軟土層所承受的荷載和附加應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)控制工后沉降的方法。該工法的優(yōu)點(diǎn)是時(shí)間短，效果顯著，但缺陷是造價(jià)偏高，同時(shí)，樁體施工對(duì)周邊的臨界結(jié)構(gòu)物（如橋臺(tái)、涵洞等結(jié)構(gòu)物）會(huì)產(chǎn)生側(cè)向擠出效應(yīng)，從而影響臨界結(jié)構(gòu)物的安全性。 方式二輕路堤法該工法直接降低路堤荷載和軟土層的附加應(yīng)力。傳統(tǒng)的輕路堤法有EPS路堤等。泡沫輕質(zhì)土用于路橋過(guò)渡段填筑，屬于輕路堤法，其控制工后沉降的原理在于降低附加應(yīng)力；當(dāng)用于舊路改造項(xiàng)目時(shí)，如換填厚度適當(dāng)向原地面以下延伸，可使軟土層的附加應(yīng)力小于有效應(yīng)力，軟土層處于超固結(jié)狀態(tài)，從而確保工后沉降為0。瑞安市飛云江大橋改造工程，即采用了泡沫輕質(zhì)土技術(shù)對(duì)橋頭范圍的路基進(jìn)行了換填處理，其該范圍內(nèi)沒(méi)有進(jìn)行任何軟基處理，一年多來(lái)的使用