合成輕質(zhì)土及其在路堤填筑中的應(yīng)用

何敬波

【摘 要】文中主要介紹了合成輕質(zhì)土的概念和由來，之后著重介紹其主要特性及在公路工程路堤填筑中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】輕質(zhì)土；特性；應(yīng)用

合成輕質(zhì)土材料是人工制作的土工材料。其主要特點(diǎn)是容重比一般的土體小，而強(qiáng)度和變形特性可達(dá)到甚至超過良好的土體，是工程界近年開發(fā)并在推廣的土建新技術(shù)。輕質(zhì)材料的種類很多，按其容重可分為準(zhǔn)輕質(zhì)材料（如粉煤灰）、輕質(zhì)材料（如氣泡混合輕質(zhì)材料）及超輕質(zhì)材料（如EPS）等。1972 年挪威率先在公路填土中使用了泡沫塑料塊體，此后輕質(zhì)材料得到了較為廣泛的應(yīng)用。20 世紀(jì)80 年代，日本又相繼將廢棄的泡沫塑料制成一定大小的顆粒，并按一定的比例與工程廢棄土混合制成了容重可自由調(diào)整的輕質(zhì)土，而現(xiàn)在最新的輕質(zhì)土材料是向土中混入一定比例的氣泡和固化材料制成容重和強(qiáng)度都可自由調(diào)整的合成輕質(zhì)土。目前，合成輕質(zhì)土的主要應(yīng)用形式包括：

●現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土。

●土工泡沫塑料（EPS）。

●EPS顆?；旌贤痢?/p>

1.現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土路堤

采用在砂等原料土中按照一定比例添加固化劑、水和氣泡，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)混合后形成的輕質(zhì)材料填筑的路堤。也叫泡沫砼輕質(zhì)路堤、氣泡混合輕質(zhì)土路堤。

1.1現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的特點(diǎn)。

●輕質(zhì)性：一般施工容重采用4～10kn/m3。

●強(qiáng)度可調(diào)節(jié)性：強(qiáng)度可根據(jù)需要在0.35～5.0Mpa范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，工程上一般用為0.5～1.5Mpa。

●高流動(dòng)性：最大水平輸送距離達(dá)500m（加中繼泵可輸送更遠(yuǎn)），最大垂直泵送高度可達(dá)30m。

●易施工性：施工占地小，制作澆注點(diǎn)分離，不需機(jī)械碾壓，不需震搗，作業(yè)面小。

●固化后的自立性：可垂直填筑，固化后對(duì)擋土結(jié)構(gòu)幾乎不產(chǎn)生側(cè)壓力。

●低滲透性：滲透系數(shù)10-4～10-6cm/s。

●隔熱性、耐久性及強(qiáng)抗油污性。

●良好的環(huán)保性：無機(jī)質(zhì)材料，對(duì)環(huán)境無污染。

1.2材料及施工要求

輕質(zhì)土的原料土主要采用細(xì)砂、粉煤灰，也可采用砂性土或粘性土，最大粒徑不宜大于5mm，而固化劑是水泥為主，也可采用石膏粉或硅粉作代替，材料要求相對(duì)靈活。發(fā)泡劑要求密度為0.04～0.06t/m3，受溫度及存放時(shí)間影響小，同時(shí)氣泡穩(wěn)定性及流動(dòng)性好、氣泡尺寸小且分布均勻，泡沫宜采用壓縮空氣與發(fā)泡劑水溶液混合的方式生產(chǎn)。拌和用水不得含有影響泡沫穩(wěn)定性、強(qiáng)度及耐久性的有機(jī)物和雜質(zhì)。合成后的輕質(zhì)土在儲(chǔ)料裝置中停滯時(shí)間不宜超過2h。

施工前應(yīng)按設(shè)計(jì)高程和尺寸進(jìn)行開挖，清理、整平，設(shè)置排水溝或其他排水措施，排除基底積水及地表水。并基底先鋪設(shè)一層透水土工布，并安裝模板。一般通過泵送方式澆筑，在出料軟管前端直接澆筑，且出料口要埋入氣泡混合輕質(zhì)土中或盡量靠近氣泡混合輕質(zhì)土的表面。同時(shí)注意盡量避免雨天施工。

現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的質(zhì)量檢驗(yàn)相對(duì)簡單，在固化28天后進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和密度檢測(cè)即可，抽檢頻率按不小于1組/400m3控制。

2.土工泡沫塑料路堤（EPS）

土工泡沫塑料路堤即EPS填筑的路堤。它是由粒狀聚苯乙烯發(fā)泡制成，通常稱為聚苯乙烯發(fā)泡塑料。

2.1工程特性

（1）超輕質(zhì)性：密度為15～30kg/m3，僅約為土石填料的1/100。

（2）強(qiáng)度高，耐壓縮：在彈性范圍內(nèi)的壓縮強(qiáng)度達(dá)100kN/m2以上 。

（3）自立性好：側(cè)向變形很小。

（4）耐久性好：密水性好，低溫和凍融循環(huán)影響很小。

（5）施工方便快捷：從施工到通車僅需3個(gè)月時(shí)間。

（6）環(huán)保性好。

2.2材料及施工要求

土工泡沫塑料塊的密度不宜低于0.02t/m，抗壓強(qiáng)度不宜小于100kPa，離火后3秒自滅。

施工前對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行適當(dāng)處理，按設(shè)計(jì)高程和尺寸開挖基底，清理、整平，地基土按公路壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)，并設(shè)置排水溝或其他排水措施，排除基底積水及地表水。采用人工或輕型機(jī)具把EPS塊體從基底面開始，逐步向上分層縱橫交錯(cuò)鋪設(shè)，每層應(yīng)由中間向兩邊鋪設(shè)。EPS塊體之間裂隙寬度小于20mm，塊體間高差小于5mm。路堤兩側(cè)包邊土應(yīng)分層碾壓密實(shí)。

3.EPS顆?；旌陷p質(zhì)土

EPS顆粒混合輕質(zhì)土是將EPS泡沫顆?；蛩槠驮贤粒ㄉ暗[、石屑、石粉、普通土、粉煤灰、淤泥等）通過水泥等固化劑摻水拌和均勻后，經(jīng)固化作用形成的一種改性土。

工程實(shí)例：

2007年，臺(tái)州市路橋區(qū)4號(hào)橋半幅橋臺(tái)后填料首次采用EPS泡沫顆?；旌贤?，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果很好，施工期間嘗試了采用廢泡沫制EPS泡沫顆?；旌贤撂盍希樵菽閮r(jià)格的1/6），小量應(yīng)用并獲成功，大大降低了造價(jià)。

4.結(jié)論

合成輕質(zhì)土技術(shù)是當(dāng)今軟基處理中最有效的方法之一，該技術(shù)的特點(diǎn)是：

（1）填土荷載輕，具有良好的流動(dòng)性和自立性，各種力學(xué)性能好，施工工期短。

（2）可大幅度地減輕施加于地基的附加應(yīng)力，抑制軟基路堤的沉降和破壞，并增大穩(wěn)定安全系數(shù)。

（3）減少作用于地下結(jié)構(gòu)物上的土壓力，提高結(jié)構(gòu)物使用的安全性及使用壽命。

（4）可較好地遏制橋涵連接路堤的差異沉降，避免垂直錯(cuò)位，從而消除高速公路中的橋頭跳車問題。

（5）運(yùn)用于道路拓寬時(shí)，可節(jié)省昂貴的用地、減少拆遷，將對(duì)道路近旁結(jié)構(gòu)物的影響降低到最低程度。

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