EPS板减荷材料在高填路堤涵洞中的应用

2011年第1期西南公路XINANGONGLUEPS板减荷材料在高填路堤涵洞中的应用黎英(四川川交道桥试验检测有限责任公司广汉市618300)【摘要】介绍了EPS板的特性,在论述其对高填方涵洞的减荷原理的基础上,将其应用于广元至巴中高速公路K45+015涵洞，在高填方涵洞顶面和侧面铺设一定厚度的EPS板高压缩柔性材料，结果表明，EPS板材料具有显著的减荷作用，为EPS材料在高填路堤结构物中的应用进行了有益探索。【关键词】EPS板；减荷材料；高填路堤涵洞【中图分类号】U449【文献标识码】B2.2减荷原理1工程概况通常我们所施工的涵洞一般为刚性涵洞，涵洞是几乎不可压缩，而涵洞两侧及涵顶填土层可以压广巴路K45+000原施工设计图为1-4×4m石拱缩，导致涵洞两侧外土柱沉降，在涵顶平面内外土涵，基础置于软弱地基层，换填深；涵洞所需块石数量大，且材料相当紧缺，特别是拱圈料石难以采柱间出现沉降差+δ（见图2），在填土施工期间及购；涵洞施工工艺较复杂，工期也较长。合同段施工后固结过程中，涵洞两侧外土柱对内土柱产生向下的摩阻力（即附加土压力），从而使涵顶垂直土工项目部申请变更设计后，广巴指挥部同意施工单压力大于涵顶内土柱自重压力，而柔性涵洞则正好位联合长安大学根据《高填土涵洞设计新理念的工相反，涵洞平面内外土柱间的沉降差为-δ，于是外程应用》的设计理念，采用减荷措施，将原K45+000（1-4m）石拱涵优化成K45+015（1-4m）盖土柱对内土柱产生向上的有利摩阻力，从而使涵顶板涵。垂直土压力小于内土柱自重压力。等沉降面等沉降面2高填方涵洞减荷原理tt2.1EPS板特性管管道道EPS板即为聚笨乙烯泡沫，是一种轻质高压缩性的柔性材料，具有很好的弹塑性，从固结仪对EPS板+δ-δ柔性填料材所做出的应力—应变曲线（见图1）可以看出：应未采取减荷措施填土变形示意图采取减荷措施填土变形示意图变在2-5%时的对应点a为屈服点，应变在60-70%时图2EPS减荷原理示意对应的b点为硬化点，oa段呈弹性，ab段呈塑性，在土力学中，把这种移动的土体将部分自重压bc则为硬化阶段。力通过摩阻力的形式转嫁给相对静止的土体，从而450c400使移动土体向下的压力减小的这一现象，称之为土350a）P300拱效应。因此只要我们在涵洞顶铺设一定厚度的压k250b（σ200缩性大于填土的柔性材料，就可以使刚性涵洞的垂力150a应100直受力状态转化为类似于柔性涵洞的受力状态，500EPS板就是一种比较理想的柔性材料。在涵洞铺设0102030405060708090应变ε(%)EPS板，正是利用其在高填土作用下能呈塑性压缩变图1EPS板材的压缩应力—应变关系曲线形这一特性。施工过程中，开始由于填土低、土压56 2011年第1期西南公路XINANGONGLU黎英:EPS板减荷材料在高填路堤涵洞中的应用力小而处于弹性状态，压缩变形很小，故不具减荷0.7γH，即Ks=0.7；墙身顶部土压力取1.25γH，墙效果；当填土到一定高度，随着土压力增加，将迫使身侧向土压力取1.25γH；车辆荷载取10kN/m。墙身EPS板减荷材料在高填路堤涵洞中的应用EPS进入塑性状态，压缩变形迅速增大，使涵洞填土力学模型可以简化为两端外铰接的压弯构件（见图4）。的剖面的沉降曲线转变成类似于柔性涵洞顶部填土的XMq黎英变形曲线，从而在填土中促成土拱效应，使涵顶垂直1B(四川川交道桥试验检测有限责任公司广汉市618300)土压力大为减小。252.3采取减荷措施的涵洞结构类型选择【摘要】介绍了EPS板的特性,在论述其对高填方涵洞的减荷原理的基础上,将其应用于广元至巴中高速公路K45+015涵洞，在高填方涵洞顶面和侧面铺设一定厚度的EPS板高压缩柔性材料，结果表明，EPS板在高填土路基设置涵洞时，在未采取减荷措施q2A90材料具有显著的减荷作用，为EPS材料在高填路堤结构物中的应用进行了有益探索。条件下，涵洞顶部受到的土压力较大，因此一般以图4侧墙计算力学模型【关键词】EPS板；减荷材料；高填路堤涵洞拱涵为主，但其工程量大，特别是圬工砌体涵，施【中图分类号】U449【文献标识码】B工进度慢，造价高。根据EPS板减荷原理，将广巴路荷载计算：原施工图K45+000为1-4m的石拱涵变更设计为垂直土压力：q=0.7gH=0.7□20□16=224kN/m1K45+015为1-4m钢筋砼盖板涵。。盖板自重：q=0.45□25=11.2kN/m22.2减荷原理2.4钢筋砼盖板涵洞及EPS板设计尺寸车辆荷载：q=10kN/m1工程概况3通常我们所施工的涵洞一般为刚性涵洞，涵洞K45+015盖板涵结构尺寸（见图3），盖板C30混支座剪力：Q=1(q+q+q)l=1□(224+10+11.25)凝土，侧墙与基础采用C20混凝土。涵顶最大填土高s21232是几乎不可压缩，而涵洞两侧及涵顶填土层可以压广巴路K45+000原施工设计图为1-4×4m石拱缩，导致涵洞两侧外土柱沉降，在涵顶平面内外土度约16m。涵洞顶部铺设30cm厚EPS板，涵洞墙身侧□4.0=490.5kN涵，基础置于软弱地基层，换填深；涵洞所需块石轴力：N=Q+1.25γH=490.5+1.25□20□16=890.5kN数量大，且材料相当紧缺，特别是拱圈料石难以采柱间出现沉降差+δ（见图2），在填土施工期间及向铺设15cm厚EPS板。ss155040405015墙端弯矩：M=Q□0.25=490.5□0.25=122.63kN.m购；涵洞施工工艺较复杂，工期也较长。合同段施工后固结过程中，涵洞两侧外土柱对内土柱产生向ss54侧向土压力系数取0.3下的摩阻力（即附加土压力），从而使涵顶垂直土工项目部申请变更设计后，广巴指挥部同意施工单400C20混凝土压力大于涵顶内土柱自重压力，而柔性涵洞则正好q1=0.3γH=0.3□20□16=96kN/m位联合长安大学根据《高填土涵洞设计新理念的工55相反，涵洞平面内外土柱间的沉降差为-δ，于是外4444q=0.3γ(H+h)=0.3□20□(16+3.7)=118.2kN/m程应用》的设计理念，采用减荷措施，将原浆砌片石2夯实填土K45+000（1-4m）石拱涵优化成K45+015（1-4m）盖土柱对内土柱产生向上的有利摩阻力，从而使涵顶侧向土压力引起的弯矩：M=263.74kN.m压实度＞97%max305020板涵。垂直土压力小于内土柱自重压力。52103墙端弯矩与侧向土压力产生的弯矩叠加，最大40C20混凝土550021弯矩：10等沉降面等沉降面52高填方涵洞减荷原理7090702301009070Ms=263.74-122.63=141.11kN.mtt图3涵洞结构尺寸2.1EPS板特性管管设计荷载：Md=1.2Ms=169.33kN.m道道EPS板即为聚笨乙烯泡沫，是一种轻质高压缩性N=890.50kN3涵洞减荷后土压力计算d的柔性材料，具有很好的弹塑性，从固结仪对EPS板+δ-δ地基承载力校核柔性填料3.1减荷措施(涵洞铺设EPS板)情况下的垂直土压力材所做出的应力—应变曲线（见图1）可以看出：应P=890.5+25□(1.0□0.9□4.4+1.0□0.6□1.0)=1005kNs未采取减荷措施填土变形示意图采取减荷措施填土变形示意图计算变在2-5%时的对应点a为屈服点，应变在60-70%时M=141.11kN.m图2EPS减荷原理示意s根据《高填土涵洞设计新理念的工程应用》理对应的b点为硬化点，oa段呈弹性，ab段呈塑性，基础放置在基岩上，[σ]=0.6MPa在土力学中，把这种移动的土体将部分自重压论，涵洞铺设一定厚度的EPS板能够使涵洞土压力减bc则为硬化阶段。基底压力：力通过摩阻力的形式转嫁给相对静止的土体，从而小到土柱压力的1/3左右，即土压力系数Ks约为0.3~450cσ=P/A=1005/2.3□1=437kPaσ=P/A+M/W=597kPa，400使移动土体向下的压力减小的这一现象，称之为土0.4之间。涵洞采取减荷措施情况下的垂直土压力可ss350满足要求。a）P300拱效应。因此只要我们在涵洞顶铺设一定厚度的压采用公式：k250b（σ200缩性大于填土的柔性材料，就可以使刚性涵洞的垂σ=KsγH力av1504变更设计前后方案对比应100直受力状态转化为类似于柔性涵洞的受力状态，式中：Ks—表示垂直土压力系数，H—涵顶填土500EPS板就是一种比较理想的柔性材料。在涵洞铺设高度（m）。从表1可以看出，在应用EPS板高压缩柔性材料0102030405060708090应变ε(%)EPS板，正是利用其在高填土作用下能呈塑性压缩变3.2涵洞地基承载力计算后的高填方涵洞，工程总投资减少618468元，即节图1EPS板材的压缩应力—应变关系曲线形这一特性。施工过程中，开始由于填土低、土压涵洞采用EPS板减荷后，净跨盖板宽度压力取省约%（变更前后涵洞布置图如图5、图6所示）。5657 西南公路表1变更设计前后方案对比表方案项目名称及结构类型EPS板应用情况总投资造价（元）投资增减（+，-）变更前K45+000石拱涵未应用1802978-618468元变更后K45+015盖板涵应用1184510变更前涵洞：K××+0001-400×400石拱涵129920090024509002001104533.250532.870532.490.51:11:1.5167133137211.751:11:1.7540404::1141:11:2.75513.249513.4320.5%513.606513.7565125.171.85888512.249512.606512.756含角砾低液限粘土σ[。]=0.15MPa1633366834721000换填7140强风化粉沙质泥岩σ[。]=0.35MPa弱风化粉沙质泥岩[σ。]=0.5MPa图5未铺EPS板涵洞布置图变更后涵洞：K××＋0151-400钢筋砼盖板涵165720090024509002001480533.10532.79532.481:1.51:1.53699535454.71111:11:1.75040036000.01:1.750021:20.5%0.5%210513.67513.225513.614514.146214040512.225512.61411627787651图6铺EPS板后涵洞布置图5EPS板铺设及沉降观测合物砂浆→粘贴EPS板。5.2沉降观测5.1EPS板(聚笨乙烯泡沫)材料铺设通过2008年2月至2009年4月19日对K45+015路基在涵洞主体工程施工完毕后，便可将EPS板加工断面的沉降观测（见表2），该段路基观测桩最大累成所需的尺寸，按照施工图铺设，其施工程序为：计位移量为244mm，日均变形量少于2mm，路基及涵检查原材料出厂合格证→工具准备→涵洞周壁洞未见有异常现象。清理及涵顶平整度处理→墙体及涵顶湿润→配制聚表2K45+015沉降观测记录表观测测左测中测右(测左+测中+测右)累计沉观测测左测中测右(测左+测中+测右)累计沉观测时间备注观测时间备注次数(mm)(mm)(mm)/3(mm)降量(mm)次数(mm)(mm)(mm)/3(mm)降量(mm)12008.02.0343133122008.03.0822323522008.02.0664147132008.03.1133233832008.02.09342310142008.03.14422341至2008.至2008.42008.02.1345241412.30因152008.03.1723124312.30因2008.052008.0552008.02.16241216162008.03.20534447.12未进.12未进62008.02.19322218行路基172008.03.23224350行路基填筑,期填筑,期72008.02.22252321182008.03.26313252间改为间改为82008.02.253423247天测一192008.03.294534567天测一次.次.92008.02.28531327202008.04.02312258102008.03.02224330212008.04.05225361112008.03.05342333222008.04.0843446558 西南公路黎英:EPS板减荷材料在高填路堤涵洞中的应用表1变更设计前后方案对比表观测测左测中测右(测左+测中+测右)累计沉观测测左测中测右(测左+测中+测右)累计沉观测时间备注观测时间备注次数(mm)(mm)(mm)/3(mm)降量(mm)次数(mm)(mm)(mm)/3(mm)降量(mm)方案项目名称及结构类型EPS板应用情况总投资造价（元）投资增减（+，-）232008.04.11423368622008.12.012122148变更前K45+000石拱涵未应用1802978242008.04.14233371632008.12.080232150-618468元变更后K45+015盖板涵应用1184510252008.04.17342374642008.12.152222152262008.04.20534478652008.12.221132154变更前涵洞：272008.04.23622381662008.12.292132156K××+000282008.04.26233384672009.01.0234231591-400×400石拱涵129920090024509002001104292008.04.29223286682009.01.053343162533.250532.870532.490302008.05.02112187692009.01.082343165.51:11:1.5312008.05.05221289702009.01.1262231681671331372322008.05.08252392712009.01.15352317111.751:11:1.754040332008.05.11123294722009.01.2324331744::1141:11:2.75342008.05.18543498732009.01.265344178513.249513.4320.5%513.606513.7565125.171.85888512.249512.606512.756352008.05.253343101742009.01.305334182含角砾低液限粘土σ[。]=0.15MPa1633366834721000换填7140362008.06.022122103752009.02.024243185强风化粉沙质泥岩σ[。]=0.35MPa372008.06.091301104762009.02.053433188弱风化粉沙质泥岩[σ。]=0.5MPa382008.06.160242106772009.02.092222190图5未铺EPS板涵洞布置图392008.06.231232108782009.02.125323193变更后涵洞：至2008.至2008.K××＋015402008.06.30012110912.30因792009.02.15232219512.30因2008.052008.051-400钢筋砼盖板涵412008.07.072132111802009.02.182212197.12未进.12未进165720090024509002001480533.10532.79532.48422008.07.141242113行路基812009.02.213423200行路基1:1.51:填筑,期填筑,期1.5432008.07.212122115822009.02.244233203369间改为间改为394547天测一7天测一.7551111:1442008.07.281343118832009.02.2743232061:1.75次.次.0452008.08.040121119842009.03.01221220840036000.01:1.75001:22462008.08.113212121852009.03.04341321120513.67513.2250.5%0.5%513.614514.1461214040512.225512.614472008.08.181121122862009.03.07221221311627787651482008.08.252212124872009.03.103333216图6铺EPS板后涵洞布置图492008.09.010221125882009.03.132423219合物砂浆→粘贴EPS板。502009.09.082122127892009.03.1643232225EPS板铺设及沉降观测512009.09.153233130902009.03.1922432255.2沉降观测522009.09.222142132912009.03.2223122275.1EPS板(聚笨乙烯泡沫)材料铺设通过2008年2月至2009年4月19日对K45+015路基532009.09.291021133922009.03.252423230在涵洞主体工程施工完毕后，便可将EPS板加工断面的沉降观测（见表2），该段路基观测桩最大累542009.10.060232135932009.03.281211231成所需的尺寸，按照施工图铺设，其施工程序为：552009.10.132142137942009.04.012423234计位移量为244mm，日均变形量少于2mm，路基及涵检查原材料出厂合格证→工具准备→涵洞周壁562009.10.202222139952009.04.041211235洞未见有异常现象。572009.10.271021140962009.04.073122237清理及涵顶平整度处理→墙体及涵顶湿润→配制聚582009.11.032243143972009.04.103212239表2K45+015沉降观测记录表592009.11.100131144982009.04.132222241602008.11.171021145992009.04.162412243观测测左测中测右(测左+测中+测右)累计沉观测测左测中测右(测左+测中+测右)累计沉观测时间备注观测时间备注次数(mm)(mm)(mm)/3(mm)降量(mm)次数(mm)(mm)(mm)/3(mm)降量(mm)612008.11.2402111461002009.04.19121124412008.02.0343133122008.03.0822323522008.02.0664147132008.03.11332338究。目前，将其用于高填方涵洞推广运用应慎重，32008.02.09342310142008.03.144223416结语试验工点也建议采取一定的预防措施，如采用防渗至2008.至2008.42008.02.1345241412.30因152008.03.1723124312.30因土工布包裹。2008.052008.05（1）广巴高速公路K45+015的工程实践表明：在高52008.02.16241216162008.03.20534447.12未进.12未进参考文献62008.02.19322218行路基172008.03.23224350行路基填路堤涵洞顶部与侧向铺设高压缩性的EPS柔性材料，填筑,期填筑,期[1]中华人民共和国交通部公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ024-85)[S].北72008.02.22252321182008.03.26313252间改为间改为能起到减荷作用，可节省工程造价，加快施工进度。京:人民交通出版社.199882008.02.253423247天测一192008.03.294534567天测一[2]中华人民共和国交通部公路桥涵设计通用规范(JTGD62-2004)[S].北京:人次.次.（2）EPS材料虽对一般的酸、碱、盐有较好的92008.02.28531327202008.04.02312258民交通出版社.2004102008.03.02224330212008.04.05225361耐腐蚀性，但易溶于芳香烃、卤族烃等有机溶剂，[3]四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院.四川广元—巴中高速公路设112008.03.05342333222008.04.08434465因此，其长期防腐蚀性及抗老化问题值得深入研计图—涵洞部分[R].20065859