泡沫輕質混合土在橋頭跳車問題處治中的應用

姚 勛

（福建省交通規劃設計院有限公司，福建 福州 350000）

0 前言

近年來，公路建設方興未艾，公路修建完成后常常會碰到橋頭跳車問題，其產生的主要原因是橋臺構筑物與臺后填土銜接處存在差異沉降，該問題若不得到有效解決將會引起行車舒適性降低、車速跟不上、道路通行能力降低、縮短橋梁和路面使用壽命、嚴重增加交通安全隱患等問題。

該文總結了橋頭跳車問題常見的處治方法，并針對平潭島江樓中橋的工程案例，提出泡沫輕質混合土的處治方案。

1 橋頭跳車問題常見處治方法

橋頭跳車常見的處治方法包括夯（壓）實法、換填法、填筑碎石土、注漿法、施加擠密樁等[1]。近年來，隨著新技術、新材料、新工藝的發展，越來越多新方法被用于橋頭跳車的處治中。其中，高文號等[2]結合浙江高填路基橋頭跳車治理經驗，提出采用鋼花管注漿技術。郝明瑞[3]結合某高速公路工程具體案例，分析了橫向加筋注漿技術在橋頭跳車防治中的應用。吳齊正等[4]介紹了塑料排水板和水泥攪拌樁兩種方法在南方平原水網地區某高速公路橋頭跳車中的處治應用，并提出兩種方法的適用性。李熙等[5]分析了地聚合物（一種由AlO4和SiO4四面體結構單元組成的三維立體狀結構的無機聚合物）注漿加固工藝在浙江省某座橋梁橋接坡養護維修工程橋頭跳車病害治理中的效果。

可見，不同的處治方法有其自身的適用性，應結合其優缺點、適用條件和工程特點合理應用。

2 泡沫輕質混合土的工作原理、生產工藝及性能特點

泡沫輕質混合土是在普通原料土的基礎上添加輕質材料（如聚苯乙烯泡沫、氣泡等）、固化劑（水泥、石膏等）等材料，經混合攪拌、澆筑成型、養護而成的輕質多孔混凝土，其內部含有大量細小、封閉、均勻的氣孔，其生產過程如下：泡沫制備、料漿制備、漿泡混合、泵送、澆筑成型、養護、檢驗，如圖1 所示。

泡沫混合土因加入了輕質材料，相比于普通混凝土，具有自重輕、可壓縮性低、流動性高、施工便利等特點[6]。

3 泡沫輕質混合土在工程實例中的應用

3.1 工程概況

江樓中橋位于平潭島中部的中山大道K11+214，同時屬于平潭互通K80+241.9，是銜接國家高速公路網京臺線長樂松下至平潭段公路與壇西大道主道的重要通道。根據地質勘察報告，區域內地層從上至下依次為上覆淤泥層、含泥中砂層、粉質黏土層、淤泥質土層等，工程地質條件較差。為此，原設計采用如下兩種措施：1）采用水泥土攪拌樁對淤泥層及含泥中砂層進行了地基處治。其中，兩側橋頭70m 范圍內水泥土攪拌樁樁長6m，樁徑0.5m，間距1.5m，呈梅花形布置，且進入粉質黏土層不小于1m。2）采用砂礫+碎石砂（壓實度要求≥96%）對臺背9m 范圍路基進行回填，同時設置橋頭搭板，橋頭搭板長6m，為34cm 厚鋼筋水泥板，過渡段長3m。

該橋于2013 年建成通車運營，但自2014 年起，橋梁兩端路基出現不同程度的沉降，產生明顯的橋頭跳車問題，對道路行車安全構成較大威脅。

3.2 病害情況及原因分析

3.2.1 病害情況分析

為掌握橋頭跳車病害情況及程度，為后續橋頭跳車處治方案提供可靠的設計依據，首先對江樓中橋兩側路基沉降情況進行布點測量。共設置40 個觀測點，其中左、右幅各設置20 個觀測點。

橋頭兩端30m 路基段設計高程為5.671m～5.638m。對布設在橋頭兩端路基30m 范圍內40 個監測點數據分析，對比原設計高程，得到竹嶼口臺方向K11+184～K11+154左幅實測高程為5.631m～5.162m，路基沉降量為4.0cm～47.6cm，右幅實測高程為5.653m～5.297m，路基沉降量為1.8cm～34.1cm；平原鎮臺方向K11+274～K11+244 左幅實測高程為5.517m～5.660m，路基沉降量為1.0cm～12.1cm，右幅實測高程為5.537m～5.667m，路基沉降量為0.4cm～10.1cm。顯然，竹嶼口臺方向K11+184～K11+154 左幅路基沉降程度較大。

3.2.2 病害原因分析

基于現場調查和路基沉降測量，結合地勘資料與原設計文件，分析江樓中橋橋頭跳車病害產生原因主要有以下兩點：1）路基填土高度較高，填土本身存在一定的沉降。路基填筑高度約為4.7m，采用的填料為砂礫和碎石砂，填料顆粒之間存在一定的間隙，在自身重力及上覆面層及車輛碾壓作用下，填土產生了一定的沉降。2）軟基處治的工后沉降較大，原有軟基處治的水泥土攪拌樁穿透上層含泥中砂，未對下層淤泥質土做處理。

3.3 處治方案

竹嶼口方向臺接橋路基沉降量較大，最大沉降量為47.6cm，此處橋頭跳車嚴重，應重點處治。因此，針對該處橋臺30m 范圍（K11+184～K11+154）內的路基處治問題，提出了泡沫輕質混合土處治方案，該方案處治流程如下：（1）拆除30m 路基范圍內路面（搭板及過渡段）；（2）挖除路基土至路床頂面以下2.3m；（3）鋪設0.3m 厚碎石墊層；（4）澆筑2.0m 厚氣泡輕質混合土；（5）調坡鋪筑路面（8m 搭板+3m 過渡段）。

3.4 沉降控制標準及計算

為驗算路基填筑后橋臺與路基差異沉降是否滿足工程實際需求，同時為泡沫輕質混合土材料的選取提供計算依據，因此需要對路基填筑后的沉降進行計算。

3.4.1 沉降控制標準

按照規范[7]，高速公路橋臺與路堤相鄰處容許工后沉降≤0.1m，同時由差異沉降引起的縱坡變化應控制在0.4%以內（該泡沫輕質混合土處理范圍為30m，即30×0.4%=0.12m），取兩者較低值。因此，路基沉降設計標準按≤0.1m控制。

3.4.2 沉降計算

根據規范[7]，采取壓縮模量Es計算時，沉降可按式（1）計算。

式中：Esi為路基各分層壓縮模量（kPa）；Δpi為路基各分層中點的附加應力（kPa）；Δhi為各分層厚度（m）。

計算過程用理正巖土軟件輔以計算，路基土層的物理力學參數按照地勘資料，如表1 所示，填筑材料分別考慮常見填土和泡沫輕質混合土。其中，泡沫輕質混合土的重度參考[8-9]等相關規范規定的可取范圍，選擇重度為10kN/m3、6kN/m3的兩種泡沫輕質混合土進行計算；常見填土的重度按18.5 kN/m3進行計算。

表1 土層物理力學性質指標參數表

最終得到各填料的時間-沉降曲線圖，如圖2～ 圖4 所示。同時，可得到路基填料為18.5 kN/m3常見填土時的工后基準期內的殘余沉降為0.132m；路基填料為10 kN/m3泡沫輕質混合土時的工后基準期內的殘余沉降為0.107m；路基填料為6 kN/m3泡沫輕質混合土時的工后基準期內的殘余沉降為0.095m。從計算結果可知：（1）填料越輕（即重度越小），路基填筑后沉降越小；（2）相對于常見填土，在減小路基差異沉降的問題上，泡沫輕質土具有顯著效果；（3）針對選取的兩種不同重度的泡沫輕質混合土，重度為6 kN/m3的泡沫輕質混合土計算得到的沉降為0.095m，小于沉降控制標準（≤0.1m），能滿足設計要求。

圖2 常見填土（重度=18.5kN/m3）時間-沉降曲線

圖3 泡沫輕質混合土（重度=10 kN/m3）時間-沉降曲線

圖4 泡沫輕質混合土（重度=6 kN/m3）時間-沉降曲線

基于上述分析，現場施工采用6 kN/m3的泡沫輕質混合土，并按照設計處治方案進行施工。

3.5 處治效果

處治施工完成后，橋臺總體平整、無明顯沉降，車輛行至此處時無跳車現象，行車舒適度得到明顯改善。

為更加直觀地分析和評價泡沫輕質混合土在江樓中橋橋頭跳車問題處治工程中的應用效果，在竹嶼口臺路基30m范圍（K11+184～K11+154）布設測點進行沉降觀測。測點布置如圖5 所示。

圖5 沉降監測測點布置示意圖

沉降監測結果如下：1#測點監測時間1 個月的沉降量為-1.4mm，3 個月的沉降量為-2.3mm；2#測點監測時間1 個月的沉降量為-1.2mm，3 個月的沉降量為-2.0mm；3#測點監測時間1 個月的沉降量為-1.3mm，3 個月的沉降量為-2.3mm；4#測點監測時間1 個月的沉降量為-1.6mm，3 個月的沉降量為-2.4mm；5#測點監測時間1 個月的沉降量為-1.0mm，3 個月的沉降量為-2.2mm；6#測點監測時間1 個月的沉降量為-1.8mm，3 個月的沉降量為-2.1mm（負號代表下沉）。

從上述監測結果可以看出采用泡沫輕質混合土處治橋頭路基后，各測點沉降量較小，監測時間3 個月的沉降量均小于3mm，具有良好的應用效果。

4 結語

橋頭跳車問題的處治方法有很多，例如夯（壓）實法、換填法、填筑碎石土、注漿法、施加擠密樁等。不同的處治方法應結合其優缺點、適用性和工程特點合理應用。泡沫輕質混合土具有自重輕、可壓縮性低、流動性高、施工便利等特點，能有效解決橋頭差異沉降，對處治橋頭跳車問題有良好的應用效果。與計算得到的路基沉降量相比，實際監測的沉降量更小，進一步說明泡沫輕質混合土在處治橋臺跳車的問題上具有顯著效果。該文結合平潭島江樓中橋的工程實際案例，提出了泡沫輕質混合土的處治方案，取得了良好的處治效果，對其他類似工程具有一定的參考意義。