利用EPS混凝土和气泡混凝土轻质材料处治桥头跳车应用技术研究

余 翔

(湖南路桥建设集团有限责任公司，湖南 长沙 410004)

1 桥头跳车处治研究现状

桥头跳车会对行车舒适性和安全性带来影响，桥头路基沉降过大甚至会对桥台桩基、盖梁等结构造成挤压，引起结构开裂，其危害是非常大的。在浙江、湖南已将“桥头跳车”列为道路工程的质量通病之一。产生桥头跳车的原因是多样而复杂的，国内已有不少学者和科研机构对这个问题进行了研究，也取得了一定进展。文献［1］研究了已建桥梁桥头跳车的原因和桥头基础处理问题;孙筠［2］研究了已建软土地基道路与桥梁构筑物之间的差异沉降问题;李伟［3］研究了高速公路桥头跳车问题，分析了原因及对策。在一些软基较深的地方，采取常规的处治方法，如排水固结、灌浆、旋喷桩、堆载预压等均较难达到预期效果。目前高等级公路的路基填筑高度越来越高，多数达到3 m 以上，地基附加荷载过重，是导致桥头地基沉降的一个重要原因。由于工程实际的需要，降低路基已无可能，那么在桥头部位采用轻质材料替代一般的碎石填料，可以达到减缓路基沉降，进而处治桥头跳车问题的目的。

目前，国内所采用的轻质填料主要有EPS 泡沫珠混凝土、Poraver 玻璃微珠混凝土等，文献［1、2］提出了采用EPS 泡沫珠混凝土、气泡混凝土等轻质填料替代一般碎石填料的方法。陈兵［4］、胡俊［5］等研究了EPS 轻质混凝土的力学性能和配制方法;郑忠智［6］对气泡混凝土的施工工艺进行了探索。轻质填料应用技术正在逐渐发展，应用范围也越来越大。本文主要介绍采用EPS 泡沫珠混凝土和气泡混凝土两种轻质填料处治桥头跳车的应用技术，探索了利用新型轻质填料处治桥头跳车的新方法。

2 桥头跳车处治新方法的应用

2.1 桥梁简况

1 号桥建于1990年，桥头高3 m，软土层厚度在40 m 以上，至2007年总沉降量达到60 cm，年平均沉降量达6.6 cm，同时桥台台帽和立柱均因台后填土压力过大而开裂，台帽裂缝超过0.2 mm，立柱出现环状裂缝。2 号桥头路基高度约为2.6 m，为一座新建的中桥，软土层厚度在35 m 以上。2008年10月，对1 号桥开展了EPS(泡沫珠)混凝土轻质材料填换技术试验研究，2008年12月完工。2010年12月，对2 号桥进行了气泡混凝土填料处治试验，并对两座桥的处治效果进行了对比分析。

2.2 处治理念

1)1 号桥采用EPS(泡沫珠)混凝土轻质材料填换技术。

EPS 混凝土(又称泡沫珠混凝土)是一种轻质、隔热、耐久性好的材料，即将聚苯乙烯化工原材料通过加工厂发泡制成泡沫珠，在施工现场将泡沫珠与水泥、水、粗细集料及某些添加剂等按一定的配合比搅拌而成，并按一定的施工工艺进行摊铺、碾压、成型。本工程通过采用该轻质材料换填，既能够减轻台后填土的自重，又能够利用泡沫珠混凝土的直立性减少台后土压力，防止盖梁与桩基的进一步开裂。

2)2 号桥采用气泡混凝土轻质材料填料技术。

气泡混凝土又称气泡混合轻质土，主要成份为水泥、水及发泡剂。气泡混凝土处治桥头跳车的原理同EPS 混凝土，但它跟EPS 混凝土相比，还具有以下几个优点:

①造价低。气泡混凝土的造价仅为300 元∕m3，是新料 EPS 混凝土的1/2。

②轻质性更明显。其用于桥头跳车处治的实际容重仅为 6 kN/ m3(试验时，EPS 混凝土为10 kN/ m3左右，抗压为1.5 MPa，通过碾压，却达到了14 kN/ m3)，而抗压性能已达到正常填料的要求(达到1 MPa)。

③由于其良好的流动性及施工的高效性，又无需碾压，更具有推广价值。

2.3 处治方法

1)1 号桥(采用EPS 混凝土轻质材料填换技术)。卸载台后路基填土，对表土进行夯实处理，对地基采用长5 m 的松木桩按照1 m ×1 m 间距处理后，按30～50 cm 一层进行铺设EPS 混凝土，铺设过程使用平板轻微夯实，无需进行碾压。达到设计标高后，在其上浇筑路面结构。见图1。

2)2 号桥(采用气泡混凝土轻质材料填料技术)。去除其上表土后进行夯实，对地基进行松木桩(或喷粉桩)处治，在其上先设置一层厚20～25 cm 的一般水泥混凝土层(底层)，然后按每天80 cm 一层进行浇筑，处治长度20 m，每10 m 为一间段，达到设计标高后，在其上浇筑路面结构层。

图1 EPS 混凝土换填方案和效果图(单位:cm)

2.4 试验监测

通过在桥头主要布设地表沉降、深层沉降、土压力、孔隙水压力和过渡板内钢筋应力等观测仪器，对桥头沉降各项数据进行观测，本文仅列出地表沉降测点观测数据，其他数据见参考文献［1］。

1)1 号桥。

由表1、表2中数据可见，台后处治10 个月后，桥头台阶高差大致在2～20 mm，纵坡变化率小于0.08%，均能够满足路桥过渡段消除桥头跳车的要求。

2)2 号桥。

表1 1号桥测点地表标高观测值 m

由于采用该技术后监测时间只有6 个月，时间较短，但其短期效果却很明显，因为在最后一次观测时几乎未发现明显的沉降。

表2 1号桥地表坡率变化表

3 不同处治方法效果评估及适用性

3.1 施工方法与工期

EPS 泡沫珠混凝土、气泡混凝土换填技术处治桥头跳车，施工简单方便，工程量较小且施工速度较快。施工过程中均采用一般的施工机械和施工材料，操作和工序较为简单。两座桥的桥头处治施工时间均控制在1 个月以内。

3.2 处治效果

1)EPS 泡沫珠混凝土换填技术，桥头沉降较气泡混凝土大。本文分析，因为该工艺在国内尚属首次使用，施工技术和工艺流程均在摸索之中，该桥的施工过程中，对EPS 泡沫珠混凝土采用压路机碾压，导致其容重过大(取样得到容重为14 kN/m3)，换填效果相对较差。因此建议在以后的施工中，EPS 泡沫珠混凝土容重应降低到10 kN/m3以下，才能体现出良好的处治效果。通过实验室反复试验，EPS 泡沫珠混凝土的容重已可以降低到10 kN/m3以下。1 号桥采用EPS 泡沫珠混凝土换填处治后，其台帽和桩柱得到了很好的保护。试验10 个月沉降量最大只有2 cm 左右，和没有处理时的沉降年平均6.6 cm 相差较大，说明处治效果较好。如能进一步降低混凝土容重，预计处治会更佳。

2)气泡混凝土填料技术，通过半年的观察，几乎无明显沉降，处治效果较为理想，施工较为简便，质地较为轻质，造价也较为低廉(比EPS 混凝土技术节约1 倍)。但由于观察时间不够，有待于今后进一步试验观察。

3.3 工程造价

1 号桥桥头(一端)处治宽度26 m，处治长度13 m，共计 676 m2，总造价约 56 万元，平均 1 m2造价约830 元，平均1 m3造价约630 元。

2 号桥桥头(一端)处治宽度30 m，处治长度20 m，共计1 200 m2，总造价约100 万元，平均1 m2造价约800 元，平均1 m3造价约330 元。气泡混凝土单位造价较EPS 泡沫珠混凝土便宜一半左右。

3.4 适用性

1)EPS 泡沫珠混凝土换填技术施工简单，材质轻、侧向变形较小，适用于高路堤桥梁，施工时可分幅施工，且对台帽、桩基、挡墙有一定的保护作用，但造价相对较高。目前，当地正在研究采用废旧泡沫珠混凝土的处治技术，造价可控制在原泡沫珠混凝土的一半以内，经济效益明显，有一定的推广价值。

2)气泡混凝土填料技术的原理、功能等同于EPS 泡沫珠混凝土，因其性能(更轻)、造价(低廉)及施工(简便)等方面的优点，更适合于今后大规模推广应用，其处治效果也更佳，尤其适合于新改建工程的桥头处治。

4 结论与建议

试验通过对两种新技术的总体应用思路、施工工艺设计和试验分析，并对其施工工艺、工期、处治效果和经济性等方面进行综合对比，认为EPS 泡沫珠混凝土和气泡混凝土同属轻质填料，它们不仅具备质轻、高效、施工方便等特点，且具有较大的抗压性，能够满足桥头一般填料的要求，同时具有直立性，可有效减少台后土压力，不对台背造成挤压，防止盖梁与桩基损坏开裂。这两项技术在桥头跳车处治中均具有显著的效果。

EPS 泡沫珠混凝土存在容重过重、造价过高等问题，如果可以解决旧EPS(淘汰料)利用和破碎问题，可有效降低造价，拓宽应用前景。目前通过多次试验，在旧EPS 利用和破碎技术上，已经有了较大突破，预计将来有望大范围推广应用。相比较而言，气泡混凝土由于质量轻、造价低，且不需要挡土墙(仅用预制板贴面即可)，施工便利性明显，更具有推广价值和应用前景。

本试验仅在桥头跳车处治中应用轻质填料新材料方面迈出了第一步，希望能够给同类桥梁的桥头处治提供借鉴和参考作用，并能够将这两项技术进行进一步的革新和推广。

［1］浙江省交通运输厅.养护工程中对国省道已建桥梁的桥头基础处理技术研究［Z］.2009.

［2］孙 筠.已建软基桥梁桥头跳车的处治方法机理分析及试验研究［D］.杭州:浙江大学，2010.

［3］李 伟.桥头跳车问题的预防处理措施［J］.城市建设理论研究，2011(26):31 －33.

［4］陈 兵，陈龙珠.EPS 轻质混凝土力学性能研究［J］.混凝土与水泥制品，2004(3):4l－45.

［5］胡 俊，巫绪涛，胡时胜.EPS 混凝土动态力学性能研究［J］.振动与冲击，2011，30(7):205 －210.

［6］郑忠智.谈气泡混凝土施工工艺［J］.山西建筑，2012，38(1):94－95.