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沪宁高速公路拓宽工程实例(EPS)

作者: 华金盛 时间:2018-12-03 来源:中建华金盛
摘要:沪宁高速公路扩建以路基两侧拼接加宽为主,由双向四车道对称拓宽为8车道,两侧各加宽8.25m。在软土地基上进行路堤拼接后,拼接荷载所引起的沉降增量,对老路基而言,呈反盆形分布,在路...

沪宁高速公路主线全长284.21km,穿越广阔的水网地区,沿线软土地基长92.29km。沪宁高速公路扩建以路基两侧拼接加宽为主,由双向四车道对称拓宽为8车道,两侧各加宽8.25m。在软土地基上进行路堤拼接后,拼接荷载所引起的沉降增量,对老路基而言,呈反盆形分布,在路中心最小,两侧拓宽形成的断面形心垂线处最大。这将会引起新、老路肩与老路堤中心间差异沉降的产生,极易导致老路基、路面的拉裂。为减少差异沉降,江苏段拓宽工程试验段在K0+000~K0+300、K0+800~K1+440、K1+600~K1+770(其中包括桥头、箱头和一般路段)范围内采用EPS作为一种比选方案进行路堤填筑试验研究。
3.1 路堤的断面结构型式
试验段EPS路堤填筑高度3~5m,当采用斜坡式时平均地基压力为40.15~55.02kN/m(包括EPS外侧1.5m厚包边土),采用直立式边坡时平均地基压力为26.23~28.24kN/m。该试验段EPS路堤的设计,为充分发挥EPS密度小、自重轻,路堤沉降少,自立性强的特点,采用了直立式边坡和新型肋板式挡墙结构如图1所示。这样既减少了EPS用量,又不必进行地基处理,还减少了公路扩建的二次征地面积,节约了宝贵的土地资源。
为了提高板整体性能,便于吊运,在预制板的中间设置加劲肋。肋板的板厚10cm,肋宽40cm,高15cm,预制板总宽1.8~1.9m。预制肋板立放于专设的立板基础上,预制板之间采用现浇连接,结构段长度取10m,结构缝处宽度5cm,用沥青封闭。
为防止EPS在重负荷作用下侧向变形对预制板产生较大的侧向压力,在EPS与预制板之间预留5cm的间隙,使肋板处于不受或少受侧压力状态。间隙处铺设一层垂直向土工布。
在EPS顶面与路面结构层之间现浇一层厚20cm的钢筋混凝土盖板,使EPS均匀承受上部荷载。预制板与现浇盖板之间的二期混凝土,应尽量安排在路面结构层施工后期浇筑,这样可使EPS的垂向、侧向变形充分发挥,减小现浇盖板以及上部结构分配至预制板里的垂向作用力。
3.2 防撞护栏的设计
对于边坡为1:1.5的路堤,可以采用一般高速公路上使用的波形护栏来进行设计。而对于挡墙结构,当发生交通事故时,存在更大的安全隐患,为了防止车辆冲出路面,应采用安全性更高的桥式护栏或加强型的波形护栏。
桥式护栏可以预先在预制板内伸出钢筋,同预制板、盖板的二期混凝土同时浇筑连接。由于汽车在撞击时会产生强大的冲击力,有将EPS顶部的混凝土结构段拉出路面结构层的危险,因此必须对混凝土盖板进行抗滑稳定验算。根据试验表明,桥式护栏是安全的。
3.3 纵横向的连接
在EPS路堤的填筑过程中,必须重视EPS同一般填土路段的连接问题。EPS同土路堤的纵向连接段应设置一过渡段,即将EPS块体以台阶的方式与土路堤过渡相连,横向亦如此,同时在铺砌时应采用EPS块体纵横向交错铺砌,以利于EPS块体的受力和变形连续。
对于纵横坡的调整,有两种方法可供选择:一是采用底层调坡,根据实际路面的纵横坡,通过EPS底部的整平砂层来放坡。采用这种方式,上部的竖向荷载将倾斜作用于EPS块体,EPS块体将受到一水平分力的作用,不利于EPS的受力,但损耗小。为了改善EPS块体的受力特性,可采用底层水平铺筑,顶部的EPS块体切割成小的异形块,通过小台阶的方式来调整横坡,该法EPS受力条件好,同时施工方便,是较好的调坡方案,但损耗较大。
3.4 排水问题
由于EPS属超轻质材料,若浸在水中,将受浮力的影响,EPS的上部结构将受到垂直向上的荷载,使新老路基连接处结构层内产生拉应力和剪切应力,严重时将会产生纵向裂缝、错台。因此EPS的施工基准面必须高于最高地下水位最小安全距离S,同时在施工基面上填筑一层石灰稳定土,彻底隔离地下水的影响。然后进行排水砂层的施工,砂层同时起整平作用,以利于EPS块体的铺设。
对于施工期的排水,主要是避免雨水对EPS块体的浸泡和雨水在新老路基的交接处渗入老路基,对老路基造成损害。为此必须在坡脚处设置临时排水沟,防止路基积水,施工后必须用土工布将EPS块体和老路的开挖台阶覆盖,防止雨水的浸入。为了防止雨水对老路基的侵入,并防止砂层被雨水冲蚀,EPS与台阶之间的孔隙应采用素混凝土填实。
营运期的排水是影响其使用质量的主要因素,因此必须特别重视。为了防止雨水通过路面结构层渗入路堤内部,EPS长期吸水而造成自重增大,因此在现浇钢筋混凝土板和顶层EPS之间加铺一层防渗土工布。路基排水可通过在施工基面上设置20~30cm的砂垫层来排水,同时需与原路的排水砂层和台阶处的砂层接通。对于直立式结构,由于砂层无法与外界接通,可通过预埋PVC管或塑料盲沟来排水,其底部高程应在排水沟底面以上10~20cm,防止排水沟的雨水倒灌。
为了充分发挥EPS的超轻特性,最大限度的降低地基应力,有时需要对地基进行开挖置换,此时应设置横向排水通道,为了避免边沟过深,可考虑在边沟以下设置纵向排水盲沟,将路基下的雨水排出。
3.5 EPS铺设
由于EPS很轻,采用人工铺筑,关键是平整度控制与联结牢固。EPS块体铺设在施工基面上,施工基面必须保持干燥状态。块体铺设时,不准拖拉机和其他重型机械直接在EPS块体上行驶。EPS块体自下而上逐层错缝铺设,整体铺筑质量很大程度取决于施工基面和最下层的铺设精度。
EPS块体之间的缝隙和错台应尽可能的小。最下层由垫层来调整,中间各层则采用无收缩水泥砂浆调平。为防止EPS块体互相错位,块体各层之间采用双面爪型联结件,在顶面及侧面采用单面爪型联结件,在最下层EPS块体与施工基面和土基之间采用销钉联结。
在最上面一层EPS块体的顶面,要浇筑一层钢筋混凝土板。它不仅可以改善EPS的受力特性,使行车荷载和上部路面结构荷载均匀扩散,防止由于应力集中而造成EPS的破坏,还使EPS块体形成一个良好的整体,防止有害物质侵入EPS块体。
4.结语
EPS作为一种超轻质的路基填料,在国外有较为广泛的应用。实践证明,EPS有着隔热性好、自重轻、自立性强等优良性能,对解决路基冻害、桥头跳车、路基失稳、新老路基拼接等问题有良好的处理效果。但由于国内使用EPS修建路堤的时间不长,对EPS本身的性能也缺乏深入全面的研究,在使用过程中尚有许多需要解决的问题,概括起来主要有以下几点:
(1) 目前国内EPS主要应用于包装行业和建筑行业,在公路中应用还较少。EPS较高的价格限制了其大规模的使用,有待研究生产性能更好、价格较便宜的EPS产品。
(2) 对EPS在长期荷载作用下的性能缺乏深入的了解,长期使用后的残余变形和使用寿命还有待观察。应加强对重复荷载、冲击荷载作用下EPS性能的长期变化情况的研究,同时应研究多种荷载形式共同作用下EPS性能的变化发展。
(3) 应及时制订参照标准,便于工程施工中进行质量管理。
EPS作为一种新型轻质工程材料正日益受到工程界重视。

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