泡沫混凝土在深厚填土邊坡治理工程中的實(shí)例應(yīng)用

黃 東

(湖南省勘測(cè)設(shè)計(jì)院,湖南 長(zhǎng)沙 410004)

泡沫混凝土是通過(guò)發(fā)泡機(jī)的發(fā)泡系統(tǒng)將發(fā)泡劑用機(jī)械方式充分發(fā)泡并將泡沫加入到由水泥、骨料、摻合料、外加劑和水制成的漿料中,混合攪拌后經(jīng)過(guò)泵送系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)澆施工或模具成型,經(jīng)養(yǎng)護(hù)形成的一種含有大量封閉氣孔的新型輕質(zhì)高強(qiáng)材料。是一種利廢、環(huán)保、節(jié)能、低廉且具有不燃性的新型建筑節(jié)能材料[1]。泡沫混凝土具有輕質(zhì)、保溫隔熱性能好、吸聲隔音性能好、耐火性能好、減震性能好、耐久性能好等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于房屋建筑、橋臺(tái)填筑、道路加寬等工程中[2]。同時(shí),由于泡沫混凝土具有其自身的結(jié)構(gòu)特征,導(dǎo)致其存在強(qiáng)度偏低、易開(kāi)裂、吸水率大、收縮率大等問(wèn)題[3]?；谂菽炷恋母黜?xiàng)優(yōu)缺點(diǎn),發(fā)揮其優(yōu)良特性,采用相關(guān)的設(shè)計(jì)與施工措施避免其存在的不足,將泡沫混凝土應(yīng)用于深厚填土邊坡支護(hù)治理中,通過(guò)成功的邊坡治理工程案例,驗(yàn)證其可靠性,對(duì)以后的工程設(shè)計(jì)和施工具有較好的指導(dǎo)與借鑒意義。

1 工程概況及地層巖性

1.1 工程概況

邊坡場(chǎng)地位于圭塘河西側(cè),為南北走向,坡長(zhǎng)約70 m,坡高約9.5 m,坡頂標(biāo)高南高(42.30 m)北低(41.75 m),坡底標(biāo)高平圭塘河河床,河床標(biāo)高為32.80 m。該段河道邊坡上部原為重力式磚砌擋墻支擋,高約2～6 m,現(xiàn)狀磚墻及墻后土體已多處發(fā)生滑坡,僅部分殘余;中部坡面裸露,植被稀疏發(fā)育,多為雜草,偶見(jiàn)小樹(shù);下部則為圭塘河;邊坡頂部現(xiàn)為空地及萬(wàn)家麗路,距離萬(wàn)家麗路人行道約12～16 m。該邊坡南、北端均為重力式漿砌麻石擋墻,其中南端擋墻高約8 m,北端擋墻高約5 m,現(xiàn)狀穩(wěn)定性較好,未見(jiàn)變形失穩(wěn)跡象[4]。邊坡治理前照片如圖1所示。

圖1 邊坡治理前照片F(xiàn)ig.1 Photo before slope treatment

1.2 地層巖性

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況,場(chǎng)地地層的分布及特征自上而下依次為:人工填土,圓礫層,粉細(xì)砂,強(qiáng)風(fēng)化礫巖,中風(fēng)化礫巖。

(8) 全風(fēng)化礫巖⑧(K):紫紅、褐黃,碎屑結(jié)構(gòu),厚層狀構(gòu)造,膠結(jié)極差,多風(fēng)化呈散體狀,礫石成分多為板巖、砂巖、石英質(zhì),亞圓形,一般粒徑2～30 mm。巖石質(zhì)量指標(biāo)(RQD=10～20)為極差,巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

(9) 強(qiáng)風(fēng)化礫巖⑨(K):褐紅色,碎屑結(jié)構(gòu),厚層狀構(gòu)造,泥質(zhì)膠結(jié),膠結(jié)較差,巖芯破碎,極軟巖,巖芯呈短柱狀、塊狀,易斷、易分散,局部含少量礫石,成分為砂巖、板巖等,一般粒徑為0.1～0.5 cm,最大為5～7 cm。巖體破碎,巖石質(zhì)量指標(biāo)(RQD=40～50)為差,巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

(10) 中風(fēng)化礫巖⑩(K):褐紅色,碎屑結(jié)構(gòu),厚層狀構(gòu)造,泥質(zhì)膠結(jié),局部鈣質(zhì)膠結(jié),膠結(jié)較好,巖芯較完整,極軟巖,局部含少量礫石,一般粒徑為0.3～1 cm,最大為4～6 cm,成分為石英、砂巖、板巖等,巖芯呈長(zhǎng)、短柱狀。巖體較完整,巖石質(zhì)量指標(biāo)(RQD=65～75)為較差,巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

各巖土層物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1所示。

2 邊坡治理方案

2.1 邊坡工程特點(diǎn)

表1 巖土層物理力學(xué)參數(shù)表Table 1 Physical and mechanical parameter table of rock and soil layer

根據(jù)工程地質(zhì)條件與周邊環(huán)境的不同,將支護(hù)段分為DE段與EF段。具體支護(hù)平面圖如圖2所示。該段邊坡西側(cè)緊鄰圭塘河,東側(cè)緊鄰市政主干道,道路下方分布有電力、燃?xì)狻⑽鬯裙芫€。其中EF段垂直坡面埋置有直徑1.5 m的混凝土排水管一根。邊坡治理工程周邊環(huán)境復(fù)雜,對(duì)沉降與位移的敏感度較高,施工空間狹窄。

圖2 支護(hù)平面圖Fig.2 Support plan

2.2 DE段支護(hù)方案設(shè)計(jì)

在掌握和研究已有工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上,從經(jīng)濟(jì)、安全且便于施工的角度考慮,對(duì)此邊坡工程DE段采用雙排樁+鋼花管注漿的支護(hù)型式。

雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)充分利用了空間效應(yīng),具有較大的側(cè)向剛度,可以有效地限制支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移,而不需要設(shè)置錨桿或內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)[5]。DE段采用雙排樁支護(hù),樁徑1.2 m,樁間距2.5 m,樁排距3.5 m,樁體嵌固段深度9.8 m,樁間設(shè)置150 mm厚C30砼面板。樁間土及樁后填土采用花管注漿,增強(qiáng)土體抗剪強(qiáng)度。樁前臨水處設(shè)置4 m寬雷諾護(hù)墊。DE段支護(hù)剖面如圖3所示。

2.3 EF段支護(hù)方案對(duì)比與優(yōu)化設(shè)計(jì)

EF段為原排口處,垂直邊坡支護(hù)面的有現(xiàn)狀混凝土排水管,管徑1.8 m,管壁厚150 mm,埋深約7.9 m。如果施工雙排樁,則灌注樁施工時(shí)可能會(huì)破壞原有混凝土排水管。

綜合地質(zhì)條件與周邊環(huán)境,針對(duì)該段邊坡設(shè)計(jì)了“八字墻排口方案”與“泡沫混凝土擋墻方案”進(jìn)行對(duì)比分析。

八字墻排口方案:邊坡上部采用錨桿格構(gòu)梁支護(hù),下部設(shè)置鋼筋混凝土八字墻排口,八字墻基礎(chǔ)型式為樁基礎(chǔ),共設(shè)4根機(jī)械旋挖孔灌注樁,樁徑1.0 m,以強(qiáng)風(fēng)化或全風(fēng)化礫巖為樁端持力層。支護(hù)剖面圖如圖4所示。

圖3 DE段支護(hù)剖面圖Fig.3 DE section support profile

泡沫混凝土擋墻方案:采用泡沫混凝土替換原邊坡坡體填土,泡沫混凝土臺(tái)階狀布置,臺(tái)階寬度2 m,支護(hù)高度約6.4 m。DE段雙排樁樁頂冠梁延伸至F點(diǎn),嵌入泡沫混凝土擋墻頂部,形成一個(gè)支護(hù)整體。采用密度等級(jí)A10(天然密度為1.0 g/cm3)的泡沫混凝土,置換該區(qū)域的雜填土,不會(huì)增加D1500排水管上部的附加應(yīng)力,同時(shí)當(dāng)圭塘河河水上漲時(shí),泡沫混凝土不至于上浮。支護(hù)剖面圖如圖5所示。

采用吸水率等級(jí)為MW10、強(qiáng)度等級(jí)為FC4的泡沫混凝土,吸水率<10%,抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值≥4.0 MPa。施工過(guò)程中,在擋土墻的基槽中采用掛網(wǎng)噴砼,噴砼C20厚100,φ6.5@200×200單層雙向配筋,坡面設(shè)置C30現(xiàn)澆砼面板,厚150 mm,φ8@200×200雙層雙向配筋,將泡沫混凝土擋墻的四周及頂、底面進(jìn)行有效封閉,防止河水及地下水滲入。

若采用“八字墻排口方案”,需要到圭塘河河床處施工旋挖鉆孔灌注樁,施工存在較大難度,同時(shí)八字墻排口存在工程量較大、影響河道景觀等缺點(diǎn)。

若采用“泡沫混凝土擋墻方案”,取消混凝土結(jié)構(gòu)的八字墻排口和河床處的旋挖鉆孔灌注樁,采用臺(tái)階狀泡沫混凝土擋墻替換原有雜填土,在控制泡沫混凝土密度與做好泡沫混凝土四周防水封閉的情況下,能夠較大程度地縮短支護(hù)工期與造價(jià),同時(shí)保證良好的河道景觀效果。對(duì)泡沫混凝土擋墻進(jìn)行抗滑移與抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算,其安全系數(shù)達(dá)到規(guī)范要求。

3 施工技術(shù)要求及邊坡監(jiān)測(cè)

3.1 泡沫混凝土施工技術(shù)要求

泡沫混凝土強(qiáng)度等級(jí)FC4,抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值≥4.0 MPa;泡沫混凝土密度等級(jí)A10,吸水率等級(jí)MW10,吸水率<10%。泡沫混凝土采用普通硅酸鹽水泥,其強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)為42.5級(jí)及以上。泡沫混凝土澆筑宜分層澆筑,單層澆筑設(shè)計(jì)厚度宜為0.5 m。泡沫混凝土擋墻施工時(shí)照片如圖6所示。

發(fā)泡劑宜采用合成類(lèi)高分子表面活性劑。發(fā)泡劑外觀應(yīng)均勻透明,常溫條件下無(wú)異物析出或沉淀,無(wú)異味或刺激性氣味,對(duì)環(huán)境無(wú)不良影響。發(fā)泡劑發(fā)泡產(chǎn)生的泡沫大小均勻且細(xì)密,直徑應(yīng)<1.0 mm。發(fā)泡劑應(yīng)有出廠合格證及質(zhì)量檢驗(yàn)證明書(shū)。

圖4 EF段支護(hù)剖面圖(八字墻排口方案)Fig.4 EF section support section

圖5 EF段支護(hù)剖面圖(泡沫混凝土擋墻方案)Fig.5 EF section supporting section plan

3.2 邊坡工程監(jiān)測(cè)

共設(shè)置沉降與位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)9個(gè),其中2個(gè)位于DE段支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部,3個(gè)位于EF段支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部,2個(gè)位于坡頂處市政道路處,2個(gè)位于支護(hù)結(jié)構(gòu)南側(cè)與北側(cè)的已有毛石擋墻墻頂。根據(jù)施工期間與工程竣工后的監(jiān)測(cè)情況,EF段監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大累計(jì)沉降為6.5 mm,最大累計(jì)位移為5.8 mm。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,邊坡工程穩(wěn)定性良好。為確保該邊坡治理工程在運(yùn)行過(guò)程中的安全穩(wěn)定,工程竣工后應(yīng)繼續(xù)對(duì)該邊坡工程進(jìn)行沉降與位移監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)時(shí)間不少于2年[6]。泡沫混凝土擋墻澆筑后照片如圖7所示。

4 結(jié)論

結(jié)合工程監(jiān)測(cè)結(jié)果,將泡沫混凝土擋墻用于深厚填土區(qū)域邊坡治理工程中,具有經(jīng)濟(jì)、方便施工、穩(wěn)定性良好等優(yōu)點(diǎn),滿足邊坡治理的要求。

(1) 泡沫混凝土的密度較小,而且能夠在一定范圍內(nèi)對(duì)其密度進(jìn)行調(diào)節(jié)。在深厚填土邊坡支護(hù)工程中,采用臺(tái)階狀泡沫混凝土擋墻進(jìn)行有效支護(hù),替換原有土體,能夠較大程度地減小擋墻底部的基底壓力,同時(shí)在涉水工況下,可以控制泡沫混凝土不產(chǎn)生向上的浮力。

圖6 泡沫混凝土擋墻施工時(shí)照片F(xiàn)ig.6 Photo of foam concrete retaining wall in construction

圖7 泡沫混凝土擋墻澆筑后照片F(xiàn)ig.7 Photo of foam concrete retaining wall after pouring

(2) 泡沫混凝土存在吸水率大、易開(kāi)裂等缺點(diǎn),若將泡沫混凝土用于支護(hù)施工中,應(yīng)采用合理的施工工藝控制其吸水率與強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到設(shè)計(jì)要求,同時(shí)做好泡沫混凝土四周的防水封閉工作。

(3) 泡沫混凝土擋墻對(duì)周邊環(huán)境影響較小,能夠適用于狹窄的施工場(chǎng)地,并且施工方便、快捷,能夠有效地縮短工期,節(jié)約工程造價(jià)。

(4) 該邊坡治理工程已經(jīng)竣工,并進(jìn)行了沉降與位移監(jiān)測(cè),施工期間與工程竣工后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明,臺(tái)階狀泡沫混凝土擋土墻支護(hù)體系是穩(wěn)定的,治理后的邊坡是穩(wěn)定安全的。

(5) 為確保臺(tái)階狀泡沫混凝土擋墻支護(hù)體系在使用過(guò)程中的穩(wěn)定,工程竣工后應(yīng)繼續(xù)對(duì)該支護(hù)體系進(jìn)行工程監(jiān)測(cè),一旦發(fā)現(xiàn)異常,及時(shí)采取“沙袋反壓坡腳”等應(yīng)急措施。