泡沫輕質(zhì)土材料在城市軟基道路中的處治應(yīng)用

劉建文

（山西省太原市市政池渠設(shè)施管理處 030012）

引言

在省內(nèi)部分城市的道路建設(shè)實(shí)踐中，由于部分城市路段地處沿河位置，由于地下水滲透作用長期影響，導(dǎo)致沿河路段的路基土層天然含水量指標(biāo)較高，部分路段路基土層含水量已經(jīng)達(dá)到軟土級別。在省內(nèi)以往的軟土路基施工處理實(shí)踐中，較為常見的軟土路基病害有以下兩大類：①由于路基基礎(chǔ)承載能力不滿足承載要求，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)路堤邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)問題；②在外部車輛長期荷載作用下，荷載和環(huán)境的耦合作用導(dǎo)致地基結(jié)構(gòu)變形嚴(yán)重，路面沉降值超過極限值，嚴(yán)重影響道路使用。目前，在省內(nèi)城市市政道路特殊路基施工處治過程中，較為常見的軟土路基處治方式有以下幾類，即：振動沖擊法、高壓噴射注漿法、混凝土深層攪拌法、夯實(shí)法及置換法等。上述軟土路基處治方式相對傳統(tǒng)，技術(shù)手段成熟，能夠處治不同含水量和孔隙比下的軟土路基，但都需要投入較大人力及物力成本，工程投資量較大。輕質(zhì)土填充處治技術(shù)是近幾年逐步興起的一種軟土路基處治方式，在省內(nèi)城市軟土路基處治中得到一定的應(yīng)用。本文以省內(nèi)城市道路軟土處治為研究對象，詳細(xì)分析了輕質(zhì)土處治技術(shù)的應(yīng)用情況。

1 泡沫輕質(zhì)土的三種常見類型

所謂輕質(zhì)土填充材料就是指其在同等體積狀態(tài)下，自然狀態(tài)下密度值低于一般的天然土質(zhì)材料。在輕質(zhì)土填充材料使用實(shí)踐中，大部分輕質(zhì)土一般均經(jīng)過后期人工加工合成，在原有土體的基礎(chǔ)上添加一定的混合料和外加劑以達(dá)到輕質(zhì)的目的。當(dāng)前，在省內(nèi)城市軟土路基施工處治實(shí)踐中，常用的人工輕質(zhì)土類型為EPS輕質(zhì)土和氣泡式輕質(zhì)土兩種，上述兩種輕質(zhì)土的優(yōu)勢在于其土體的密度值、承載強(qiáng)度、剛度及變形性能均能通過調(diào)整材料類型和配合比改變，從而達(dá)到適應(yīng)不同工程類型的需要。

1.1 EPS輕質(zhì)土工程特性分析

EPS是發(fā)泡聚酯乙烯類產(chǎn)品，其通過化學(xué)方式將顆粒狀的聚苯乙烯經(jīng)過發(fā)泡技術(shù)制成。EPS發(fā)泡聚酯乙烯具有以下基本特點(diǎn)：①輕質(zhì)性能，發(fā)泡聚酯乙烯的天然密度在15～20kg/m3，其密度值水平均為天然砂石填筑材料的1/100左右，輕質(zhì)性能極其突出。②輕質(zhì)土綜合強(qiáng)度較高，壓縮性能優(yōu)良，在輕質(zhì)土彈性范圍內(nèi)，其壓縮綜合強(qiáng)度高達(dá)150kN/m2以上。③自身穩(wěn)定性較高，在外荷載作用下，其側(cè)向位移值極其有限。④輕質(zhì)土在外荷載及環(huán)境耦合作用下耐久性良好，具備較高的防滲能力，在低溫反復(fù)凍融循環(huán)作用下影響較小。⑤施工便捷，經(jīng)現(xiàn)場施工實(shí)踐檢驗(yàn)，采用輕質(zhì)土處治方式從開始處理到最終通車運(yùn)營，其工期一般能夠控制在4個(gè)月以內(nèi)。

1.2 EPS顆粒性混合輕質(zhì)土類型

同EPS輕質(zhì)土相比，經(jīng)過工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，其更加適用于我省的軟土路基處治實(shí)踐，其最早被我國南部沿海城市開發(fā)使用，考慮到其在處治輕質(zhì)土過程中具備施工工期更短，軟土適用性更高的基本特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在城市公路軟土路基處治實(shí)踐中。以省內(nèi)東南部某城市沿河公路軟土路基處治施工為例，為了適應(yīng)該工程項(xiàng)目施工工期較短，軟土路基土質(zhì)條件較差等特點(diǎn)，經(jīng)項(xiàng)目處治實(shí)踐檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其軟土路基處治效果良好。EPS顆?；旌陷p質(zhì)土施工原理是將EPS顆粒泡沫或者碎片狀態(tài)的土料，其中包括大量的：淤泥、粉土、砂石土及粉煤灰等材料，采用外加水泥或者固化劑的方式提升混合土的綜合性能，加入水后，固化劑與水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，輕質(zhì)土顆粒在固化作用下形成改良性土質(zhì)。改良土具備以下基本特點(diǎn)：①改良土密度值能夠結(jié)合處治施工現(xiàn)場情況在800～1200kg/m3內(nèi)調(diào)節(jié)；②改性土的綜合承載能力更高，尤其體現(xiàn)在側(cè)向抗壓強(qiáng)度指標(biāo)上，其4周后的側(cè)向抗壓強(qiáng)度值可以達(dá)到400kPa以上，CBR值能夠超過15；③EPS顆粒土的側(cè)向壓縮模量介于3.5～8.5之間，能夠較好地適應(yīng)軟土路基變形復(fù)雜的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)在外荷載作用下的協(xié)同變形；④防水性能較高，尤其在外荷載長期擠壓作用下，土體防水抗?jié)B能力較高。

1.3 氣泡輕質(zhì)土

同其他類型輕質(zhì)土性質(zhì)和制作方式不同的是，氣泡輕質(zhì)土主要是將高性能水泥、水、級配合理的砂和氣泡按照一定的比例充分混合攪拌后，并最終使其凝固硬化成型，形成滿足填筑條件的成型材料，即：FCB。氣泡輕質(zhì)土本質(zhì)上屬于混凝土材料的一種，其中高性能水泥的作用是為了起到固結(jié)作用。氣泡輕質(zhì)土具備以下基本特點(diǎn)：①氣泡輕質(zhì)土的密度值也能夠在一定范圍內(nèi)調(diào)整，其密度值范圍介于500～800kg/m3；②氣泡輕質(zhì)土的綜合承載強(qiáng)度值可以在0.4～0.6MPa之間調(diào)整，強(qiáng)度值覆蓋范圍更廣；③由于氣泡輕質(zhì)土屬于混凝土類型中的一種，其性質(zhì)更加貼近自密實(shí)水泥混凝土，因此，氣泡輕質(zhì)土具有較高的流動性，最大水平輸送距離超過400m以上；④施工便捷，采用氣泡輕質(zhì)土施工區(qū)域占用小，能夠?qū)崿F(xiàn)分點(diǎn)處治，且自密實(shí)特性顯著，不需要外部設(shè)備碾壓，施工作業(yè)面較小。

綜合分析上述三種典型輕質(zhì)土特性情況，三種典型的輕質(zhì)土軟土路基處治方式特點(diǎn)歸納如表1所示。

表1 城市道路路基處治方式技術(shù)特點(diǎn)對比

2 泡沫輕質(zhì)土軟基處治施工技術(shù)——以省內(nèi)城市沿河公路軟土路基處治為例

2.1 城市道路軟土路基反向開挖

在采用輕質(zhì)土處治軟土路基過程中，首先必須保證軟土路基段的防排水工作，在反向開挖過程中，應(yīng)嚴(yán)格依照項(xiàng)目施工圖紙，進(jìn)行現(xiàn)場放樣并進(jìn)行路基開挖，泡沫輕質(zhì)土路堤位置底部應(yīng)采用臺階形坡面形式進(jìn)行放坡處理，并做到精細(xì)化開挖，沒開挖一層坡面后應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的整平處治。反向開挖完成后，在輕質(zhì)土施工前，應(yīng)對輕質(zhì)土的基礎(chǔ)底層進(jìn)行反復(fù)碾壓，保證輕質(zhì)土的路基底部碾壓壓實(shí)度高于95%以上?？紤]原有施工位置的擋土墻結(jié)構(gòu)的自身穩(wěn)定性較差，采用泡沫輕質(zhì)土固化后能降低對擋土墻的橫向擠壓力，反向開挖過程中便于保留擋土墻結(jié)構(gòu)。泡沫輕質(zhì)土施工保護(hù)面板采用原有的砌筑式直立擋土墻。泡沫輕質(zhì)土澆筑前的施工流程如圖1所示。

2.2 泡沫輕質(zhì)土施工技術(shù)

圖1 泡沫輕質(zhì)土澆筑前的施工流程圖

本文以泡沫輕質(zhì)土軟土路基處治為研究對象，采用攪拌均勻且發(fā)泡完整的氣泡輕質(zhì)土進(jìn)行泵送；在泵送過程中，氣泡輕質(zhì)土一般經(jīng)管道運(yùn)輸或者直接采用泵送管輸送。采用管道運(yùn)輸能夠最大程度降低氣泡輕質(zhì)土的消解情況，在輸送過程中，由于振動效應(yīng)導(dǎo)致氣泡不斷消解，氣泡輕質(zhì)土的濕潤特性出現(xiàn)變化，流動性逐步降低。根據(jù)現(xiàn)場施工情況，擬采用泵送管輸送技術(shù)。為了保證氣泡輕質(zhì)土的穩(wěn)定性，泵送區(qū)域與施工場地的距離應(yīng)保持在200m以內(nèi)。輕質(zhì)土澆筑過程中，為了保證澆筑的質(zhì)量和成型性，應(yīng)充分認(rèn)識到氣泡輕質(zhì)土分散性。在具體施工過程中，必須控制振動頻率，具體澆筑過程中，可以借助導(dǎo)流槽輔助澆筑，且必須留意輕質(zhì)土質(zhì)量，由于氣泡輕質(zhì)圖在遇水后將快速消解，應(yīng)防止避免雨天施工。填筑泡沫輕質(zhì)土過程中，由于自重影響，會導(dǎo)致氣泡壓縮，所以，在填筑過程中泡沫輕質(zhì)土有時(shí)出現(xiàn)緊縮問題，導(dǎo)致濕容重增加，因此，澆筑厚度應(yīng)控制在0.5～1.2之間。

[1]杜立平，王新岐．土壤固化劑固化石灰土在鹽漬化軟土地區(qū)路基的應(yīng)用研究[J].城市道橋與防洪，2013（8）：307～309.

[2]潘瑞春，黃瑞章，周新年，等.道路工程軟土地基處理方案選擇研究進(jìn)展[J].公路交通科技：應(yīng)用技術(shù)版，2012（10）：23～26.

[3]鄭小峰.談泡沫輕質(zhì)土在工程中的應(yīng)用及優(yōu)勢[J].山西建筑，2013，39（26）：89～90.

[4]盛斌.泡沫輕質(zhì)土在高等級公路特殊路段的應(yīng)用[J].公路與汽運(yùn)，2014（163）：115～116.