軟土地區(qū)高速公路拓寬工程理論與實(shí)踐

滬寧高速公路主線全長284.21km，穿越廣闊的水網(wǎng)地區(qū)，沿線軟土地基長92.29km。滬寧高速公路擴(kuò)建以路基兩側(cè)拼接加寬為主，由雙向四車道對稱拓寬為8車道，兩側(cè)各加寬8.25m。在軟土地基上進(jìn)行路堤拼接后，拼接荷載所引起的沉降增量，對老路基而言，呈反盆形分布，在路中心最小，兩側(cè)拓寬形成的斷面形心垂線處最大。這將會引起新、老路肩與老路堤中心間差異沉降的產(chǎn)生，極易導(dǎo)致老路基、路面的拉裂。為減少差異沉降，江蘇段拓寬工程試驗(yàn)段在K0+000~K0+300、K0+800~K1+440、K1+600~K1+770(其中包括橋頭、箱頭和一般路段)范圍內(nèi)采用EPS作為一種比選方案進(jìn)行路堤填筑試驗(yàn)研究。

3.1 路堤的斷面結(jié)構(gòu)型式

試驗(yàn)段EPS路堤填筑高度3~5m，當(dāng)采用斜坡式時平均地基壓力為40.15~55.02kN/m(包括EPS外側(cè)1.5m厚包邊土)，采用直立式邊坡時平均地基壓力為26.23~28.24kN/m。該試驗(yàn)段EPS路堤的設(shè)計，為充分發(fā)揮EPS密度小、自重輕，路堤沉降少，自立性強(qiáng)的特點(diǎn)，采用了直立式邊坡和新型肋板式擋墻結(jié)構(gòu)如圖1所示。這樣既減少了EPS用量，又不必進(jìn)行地基處理，還減少了公路擴(kuò)建的二次征地面積，節(jié)約了寶貴的土地資源。

為了提高板整體性能，便于吊運(yùn)，在預(yù)制板的中間設(shè)置加勁肋。肋板的板厚10cm，肋寬40cm，高15cm，預(yù)制板總寬1.8~1.9m。預(yù)制肋板立放于專設(shè)的立板基礎(chǔ)上，預(yù)制板之間采用現(xiàn)澆連接，結(jié)構(gòu)段長度取10m，結(jié)構(gòu)縫處寬度5cm，用瀝青封閉。

為防止EPS在重負(fù)荷作用下側(cè)向變形對預(yù)制板產(chǎn)生較大的側(cè)向壓力，在EPS與預(yù)制板之間預(yù)留5cm的間隙，使肋板處于不受或少受側(cè)壓力狀態(tài)。間隙處鋪設(shè)一層垂直向土工布。

在EPS頂面與路面結(jié)構(gòu)層之間現(xiàn)澆一層厚20cm的鋼筋混凝土蓋板，使EPS均勻承受上部荷載。預(yù)制板與現(xiàn)澆蓋板之間的二期混凝土，應(yīng)盡量安排在路面結(jié)構(gòu)層施工后期澆筑，這樣可使EPS的垂向、側(cè)向變形充分發(fā)揮，減小現(xiàn)澆蓋板以及上部結(jié)構(gòu)分配至預(yù)制板里的垂向作用力。

3.2 防撞護(hù)欄的設(shè)計

對于邊坡為1:1.5的路堤，可以采用一般高速公路上使用的波形護(hù)欄來進(jìn)行設(shè)計。而對于擋墻結(jié)構(gòu)，當(dāng)發(fā)生交通事故時，存在更大的安全隱患，為了防止車輛沖出路面，應(yīng)采用安全性更高的橋式護(hù)欄或加強(qiáng)型的波形護(hù)欄。

橋式護(hù)欄可以預(yù)先在預(yù)制板內(nèi)伸出鋼筋，同預(yù)制板、蓋板的二期混凝土同時澆筑連接。由于汽車在撞擊時會產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力，有將EPS頂部的混凝土結(jié)構(gòu)段拉出路面結(jié)構(gòu)層的危險，因此必須對混凝土蓋板進(jìn)行抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算。根據(jù)試驗(yàn)表明，橋式護(hù)欄是安全的。

3.3 縱橫向的連接

在EPS路堤的填筑過程中，必須重視EPS同一般填土路段的連接問題。EPS同土路堤的縱向連接段應(yīng)設(shè)置一過渡段，即將EPS塊體以臺階的方式與土路堤過渡相連，橫向亦如此，同時在鋪砌時應(yīng)采用EPS塊體縱橫向交錯鋪砌，以利于EPS塊體的受力和變形連續(xù)。

對于縱橫坡的調(diào)整，有兩種方法可供選擇:一是采用底層調(diào)坡，根據(jù)實(shí)際路面的縱橫坡，通過EPS底部的整平砂層來放坡。采用這種方式，上部的豎向荷載將傾斜作用于EPS塊體，EPS塊體將受到一水平分力的作用，不利于EPS的受力，但損耗小。為了改善EPS塊體的受力特性，可采用底層水平鋪筑，頂部的EPS塊體切割成小的異形塊，通過小臺階的方式來調(diào)整橫坡，該法EPS受力條件好，同時施工方便，是較好的調(diào)坡方案，但損耗較大。

3.4 排水問題

由于EPS屬超輕質(zhì)材料，若浸在水中，將受浮力的影響，EPS的上部結(jié)構(gòu)將受到垂直向上的荷載，使新老路基連接處結(jié)構(gòu)層內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力，嚴(yán)重時將會產(chǎn)生縱向裂縫、錯臺。因此EPS的施工基準(zhǔn)面必須高于最高地下水位最小安全距離S，同時在施工基面上填筑一層石灰穩(wěn)定土，徹底隔離地下水的影響。然后進(jìn)行排水砂層的施工，砂層同時起整平作用，以利于EPS塊體的鋪設(shè)。

對于施工期的排水，主要是避免雨水對EPS塊體的浸泡和雨水在新老路基的交接處滲入老路基，對老路基造成損害。為此必須在坡腳處設(shè)置臨時排水溝，防止路基積水，施工后必須用土工布將EPS塊體和老路的開挖臺階覆蓋，防止雨水的浸入。為了防止雨水對老路基的侵入，并防止砂層被雨水沖蝕，EPS與臺階之間的孔隙應(yīng)采用素混凝土填實(shí)。

營運(yùn)期的排水是影響其使用質(zhì)量的主要因素，因此必須特別重視。為了防止雨水通過路面結(jié)構(gòu)層滲入路堤內(nèi)部，EPS長期吸水而造成自重增大，因此在現(xiàn)澆鋼筋混凝土板和頂層EPS之間加鋪一層防滲土工布。路基排水可通過在施工基面上設(shè)置20~30cm的砂墊層來排水，同時需與原路的排水砂層和臺階處的砂層接通。對于直立式結(jié)構(gòu)，由于砂層無法與外界接通，可通過預(yù)埋PVC管或塑料盲溝來排水，其底部高程應(yīng)在排水溝底面以上10~20cm，防止排水溝的雨水倒灌。

為了充分發(fā)揮EPS的超輕特性，最大限度的降低地基應(yīng)力，有時需要對地基進(jìn)行開挖置換，此時應(yīng)設(shè)置橫向排水通道，為了避免邊溝過深，可考慮在邊溝以下設(shè)置縱向排水盲溝，將路基下的雨水排出。

3.5 EPS鋪設(shè)

由于EPS很輕，采用人工鋪筑，關(guān)鍵是平整度控制與聯(lián)結(jié)牢固。EPS塊體鋪設(shè)在施工基面上，施工基面必須保持干燥狀態(tài)。塊體鋪設(shè)時，不準(zhǔn)拖拉機(jī)和其他重型機(jī)械直接在EPS塊體上行駛。EPS塊體自下而上逐層錯縫鋪設(shè)，整體鋪筑質(zhì)量很大程度取決于施工基面和最下層的鋪設(shè)精度。

EPS塊體之間的縫隙和錯臺應(yīng)盡可能的小。最下層由墊層來調(diào)整，中間各層則采用無收縮水泥砂漿調(diào)平。為防止EPS塊體互相錯位，塊體各層之間采用雙面爪型聯(lián)結(jié)件，在頂面及側(cè)面采用單面爪型聯(lián)結(jié)件，在最下層EPS塊體與施工基面和土基之間采用銷釘聯(lián)結(jié)。

在最上面一層EPS塊體的頂面，要澆筑一層鋼筋混凝土板。它不僅可以改善EPS的受力特性，使行車荷載和上部路面結(jié)構(gòu)荷載均勻擴(kuò)散，防止由于應(yīng)力集中而造成EPS的破壞,還使EPS塊體形成一個良好的整體，防止有害物質(zhì)侵入EPS塊體。

4.結(jié)語

EPS作為一種超輕質(zhì)的路基填料，在國外有較為廣泛的應(yīng)用。實(shí)踐證明，EPS有著隔熱性好、自重輕、自立性強(qiáng)等優(yōu)良性能，對解決路基凍害、橋頭跳車、路基失穩(wěn)、新老路基拼接等問題有良好的處理效果。但由于國內(nèi)使用EPS修建路堤的時間不長,對EPS本身的性能也缺乏深入全面的研究,在使用過程中尚有許多需要解決的問題,概括起來主要有以下幾點(diǎn):

(1) 目前國內(nèi)EPS主要應(yīng)用于包裝行業(yè)和建筑行業(yè)，在公路中應(yīng)用還較少。EPS較高的價格限制了其大規(guī)模的使用，有待研究生產(chǎn)性能更好、價格較便宜的EPS產(chǎn)品。

(2) 對EPS在長期荷載作用下的性能缺乏深入的了解,長期使用后的殘余變形和使用壽命還有待觀察。應(yīng)加強(qiáng)對重復(fù)荷載、沖擊荷載作用下EPS性能的長期變化情況的研究,同時應(yīng)研究多種荷載形式共同作用下EPS性能的變化發(fā)展。

(3) 應(yīng)及時制訂參照標(biāo)準(zhǔn)，便于工程施工中進(jìn)行質(zhì)量管理。

EPS作為一種新型輕質(zhì)工程材料正日益受到工程界重視。