EPS沪宁高速公路拓宽工程实例

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。

1.1 密度

EPS的密度由成形阶段聚苯乙烯颗粒的膨胀倍数决定，一般介于10~45㎏/m3之间，作为工程中使用的EPS表观密度一般在15~30㎏/m3。目前在道路工程中用作轻质填料的EPS密度为20㎏/m3，为普通道路填料的1%~2%。密度是EPS的一个重要指标，其各项力学性能几乎都与它的密度成正比关系。

1.2 变形特性

根据试验，EPS在三向应力状态下和单向应力状态下的受压过程基本类似，当轴向应变εa=5%时，应力应变曲线出现明显转折，EPS开始表现出弹塑性。当围压很小时，对应力应变关系和屈服强度的影响是有限的。当围压超过60KPa时，屈服强度明显下降，显然与土的变化规律不同。当轴向应变εa≤5%时，无论围压是多大，体积应变εv接近于轴向应变εa，即EPS侧向变形小，也即泊松比小。

容重γ=0.2~0.4kN/m3的EPS的弹性模量Es在2.5~11.5MPa之间。广东省淡澳河大桥引道工程EPS填筑高度超过4m，使用的EPS容重为0.2kN/m3。为最大限度地减少工后沉降,铺筑完EPS材料层后，在其上填土1.2m进行预压。其中EPS材料层的压缩沉降平均为32mm，可以算得EPS的弹性模量为2.4MPa，且EPS材料仍处于弹性变形阶段。该路段于2000年10月试行通车，6个月后EPS材料层的实际压缩变平均值为8mm，说明就EPS材料的使用实际效果看,用作为路堤填料是成功的。

1.3 自立性

EPS自立性强,对高边坡的稳定十分有利。瑞典桥梁设计规范规定，主动、静止侧压力系数分别为0和0.4，不必计算被动侧压力。由于EPS竖向受压后产生侧向压力小，将EPS用于桥头段路基填料，可大大减少桥台的台背土压力，对桥台稳定十分有利。

EPS块与砂的摩擦系数f，对于干燥砂f为0.58(密)~0.46(松)，对湿砂f为0.52(密)~0.25(松);EPS块与块之间f在0.6~0.7范围内。

1.4 水、温特性

EPS的封闭空腔结构决定了其具有良好的隔热性，它用于保温材料最大的特点是其热传导率极低，各种规格EPS板体其热传导率为0.024W/m.K~0.041W/m.K。

EPS为热可塑性树脂，应在70℃以下使用，以免受热变形和强度降低。同时利用这一特性可采用电热丝加工。生产中可添加阻燃剂，形成阻燃型EPS。阻燃型EPS离开火源3s内自行熄灭。

EPS的空腔结构使水的渗入极其缓慢。根据挪威与日本实测资料，EPS吸水率(吸入的水量相当于它的容重的百分数)不浸泡在水中时为1%以下;地下水位附近的为4%以下;长期浸泡在水中的为10%左右。由于EPS的容重比土体的容重低得多，吸水引起的1%~10%的容重增量对工程影响可忽略不计。

1.5 耐久性

EPS在水中和土壤中化学性质稳定，不能被微生物分解;EPS的空腔结构也使水的渗入极其缓慢;长时间受紫外线照射，EPS表面会由白色变为黄色，且材料在某种程度上呈现脆性;在大多数溶剂中EPS性质稳定，但可溶解于汽油、柴油、煤油、甲苯、丙酮等有机溶剂。这说明EPS填料需要良好的保护层。

其加工方法按发泡方式的不同可分为模式法与挤出法。这种均匀封闭的空腔结构使EPS具有吸水性小，保温性好，质量轻及较高的机械强度等特点。北欧在20世纪60年代后期开始将EPS用于土木工程。1971年挪威国家道路研究实验室(NRRL)首次在FLOM大桥引道改造工程中用EPS代替1m厚普通填料，成功控制了桥头段的不均匀沉降。因总体经济和质量效果好，20世纪80年代用量迅速上升，瑞典、日本、荷兰等国家已在公路项目中使用EPS。我国1995年在杭甬高速公路望童跨线桥桥头路堤首次使用EPS。