泡沫輕質(zhì)土在鐵路軟土路基施工中的應(yīng)用

曹祥

（中鐵十七局集團(tuán)第三工程有限公司，河北 石家莊 050081）

1 鐵路軟土路基處理形式概述

在鐵路軟土路基處理中，較常見(jiàn)的處理形式是水泥攪拌樁處理。水泥攪拌樁因其施工環(huán)境及土質(zhì)性質(zhì)影響可分為單向、雙向、水泥砂漿、釘形和旋噴等類(lèi)型。就施工技術(shù)考慮，前幾種分類(lèi)因設(shè)備本身原因存在一定缺陷。打樁施工地下處理較深，對(duì)各種地下管線、電纜等造成威脅，對(duì)施工安全、營(yíng)業(yè)線安全及既有設(shè)備安全均具有隱患。旋噴樁每延米水泥用量為150 kg，相比單向、雙向水泥攪拌樁每延米水泥用量65 kg 成本大大提高。旋噴樁機(jī)小、移動(dòng)靈活，不會(huì)危及營(yíng)業(yè)線安全。鉆桿可分段拆卸，多適用于施工條件苛刻、工作面不足的情況，但因其成本較高不能廣泛使用。

袋裝砂井的設(shè)備配有灌砂袋架等設(shè)備，可以將中粗砂打進(jìn)軟土路基，再利用堆載預(yù)壓將軟土里的水進(jìn)行有效排擠后進(jìn)行軟土地基的加固。

CFG 樁是將預(yù)先拌合好的混合料利用1∶1 水泥砂漿通過(guò)鉆桿打入軟土地基中，達(dá)到加固目的。施工時(shí)易造成斷樁、縮頸、混合料離析等質(zhì)量事故，且工藝復(fù)雜施工進(jìn)度緩慢?，F(xiàn)已基本被水泥攪拌樁替代。

碎石換填通常是用在橋涵過(guò)渡填筑或土質(zhì)較好地面進(jìn)行軟土路基處理。碎石材料成本高且后期沉降量較大，增加了后期線路養(yǎng)護(hù)成本。

軟土路基處理中仍需解決的難題如下：

（1）軟土路基深層處理計(jì)算理論與實(shí)際差異問(wèn)題。由于需要軟土路基處理的地質(zhì)情況復(fù)雜，各土層厚度、承載力不均勻?qū)е缕淅碚撚?jì)算與實(shí)際情況存在很大出入。

（2）橋涵過(guò)渡段沉降量較大引起的橋頭跳車(chē)問(wèn)題。橋頭跳車(chē)是工程行業(yè)公認(rèn)的難以解決的難點(diǎn)，原因是橋涵結(jié)構(gòu)物剛度大，過(guò)渡段路基剛度小，沉降速率不同造成高度差異。

（3）地下管線位置不明確處軟土路基處理問(wèn)題。新增復(fù)線工程中經(jīng)常遇到路基下穿石油、燃?xì)獾壬盥窆芫€，由于管線埋設(shè)時(shí)間久遠(yuǎn)有些無(wú)法確認(rèn)其具體深度和位置，對(duì)軟土路基處理造成困難。管線業(yè)主擔(dān)心打樁處理會(huì)損壞管線，換填處理?yè)?dān)心后期沉降太大壓壞管線。

（4）征地拆遷制約工程進(jìn)度及增加成本問(wèn)題。根據(jù)營(yíng)業(yè)線填加復(fù)線要求路基升高5 m，因此路基會(huì)加寬到4.15 m，而既有排水溝廢棄重新改移至新建坡腳，不考慮護(hù)道，征地界也要隨之增加至少8～10 m。導(dǎo)致一系列征地拆遷制約工程進(jìn)度問(wèn)題，因征地拆遷補(bǔ)償款造成了成本增加。

2 泡沫輕質(zhì)土應(yīng)用情況及特性

20 世紀(jì)70、80 年代，日本開(kāi)始將泡沫輕質(zhì)土大規(guī)模應(yīng)用于替代填土的工程領(lǐng)域，1987 年橫濱市內(nèi)的公路橋維修工程中首次把泡沫輕質(zhì)土作為填充材料使用，1988 年作為道路工程的填土材料使用。此后隨著施工設(shè)備及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不斷完善，應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大，我國(guó)于2002 年從日本引進(jìn)并發(fā)展了泡沫輕質(zhì)土技術(shù)，在廣東、北京、河北等省市重點(diǎn)工程中應(yīng)用，取得了良好效果［1-5］。

泡沫輕質(zhì)土是用物理方法將發(fā)泡劑水溶液制備成泡沫，與必需組分水泥基膠凝材料、水及可選組分集料、摻和料、外加劑按照一定比例混合攪拌，并經(jīng)物理化學(xué)作用硬化形成的一種輕質(zhì)材料［6-7］。其中必需組分可分為主劑和輔劑2種，主劑主要是起固結(jié)、加強(qiáng)土體骨架作用，輔劑是以催化、早凝為目的的固化材料。

泡沫輕質(zhì)土的特性較為輕盈，具備極高的流動(dòng)性、抗壓縮性、高強(qiáng)密度及可塑性（見(jiàn)圖1—圖3）。

泡沫輕質(zhì)土在橋涵過(guò)渡段回填工程中具有如下優(yōu)勢(shì)：

（1）有效減少填土載荷，降低地基應(yīng)力，防止地基下降和偏移，將路基進(jìn)行穩(wěn)固；

（2）可通過(guò)橋臺(tái)與臺(tái)背路基的剛性不同造成過(guò)渡；

圖1 輕質(zhì)性

圖2 高流動(dòng)性

圖3 固態(tài)性及高強(qiáng)性

（3）有效消除填料自身的工后沉降問(wèn)題；

（4）填料結(jié)構(gòu)整體性好，不會(huì)對(duì)橋臺(tái)結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生推擠。

輕質(zhì)泡沫土在既有路基加寬、擴(kuò)建工程中具有如下優(yōu)勢(shì)：

（1）適用于垂直填筑，降低成本、占地面積小；

（2）可采用泵送也可采用管道澆筑，不需設(shè)置臨時(shí)便道，對(duì)交通無(wú)影響；

（3）施工工期短，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益好。

3 泡沫輕質(zhì)土施工技術(shù)

3.1 泡沫輕質(zhì)土施工

泡沫輕質(zhì)土應(yīng)用前需做施工配合比檢測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）濕容重≤6.0 kN/m3；200 mm≥流動(dòng)值≥160 mm。

（2）配合比強(qiáng)度試驗(yàn)試塊采用邊長(zhǎng)10 cm 立方體試塊。

（3）強(qiáng)度要求：7 d 齡期強(qiáng)度≥0.3 MPa；28 d 齡期強(qiáng)度≥0.6 MPa。

（4）施工配合比強(qiáng)度試驗(yàn)以3塊為1組，共做3組，分別測(cè)定7、14、28 d齡期強(qiáng)度。當(dāng)7 d齡期抗壓強(qiáng)度≥0.3 MPa時(shí)可判定為適用。

泡沫輕質(zhì)土澆筑施工注意事項(xiàng)：

（1）泡沫輕質(zhì)土分層澆筑，每層厚度控制在0.2～1.0 m；基坑深3 m，做4次施工，單次厚度設(shè)定0.75 m。澆筑時(shí)間設(shè)定為上層初凝后再進(jìn)行下層施工。

（2）沿結(jié)構(gòu)物縱向澆筑。

（3）保持澆筑口水平，且使?jié)仓诘陀跐仓p質(zhì)土表面。

（4）澆筑現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)確?；赘稍餆o(wú)積水，當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，采用水泵進(jìn)行降水，并在泡沫輕質(zhì)土養(yǎng)護(hù)齡期不少于3 d 且滿(mǎn)足抗浮要求的條件下才能撤除降水措施。

3.2 過(guò)程質(zhì)量監(jiān)控

（1）施工場(chǎng)地應(yīng)平整，不得有積水。

（2）施工過(guò)程要嚴(yán)格控制流動(dòng)值和濕密度，建立規(guī)范的制度并有效執(zhí)行，且保證達(dá)到輕質(zhì)土設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

（3）要對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，且進(jìn)行簽認(rèn)及整理，預(yù)防并及時(shí)處理發(fā)生偏差的問(wèn)題。

泡沫輕質(zhì)土施工過(guò)程質(zhì)量控制指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 泡沫輕質(zhì)土施工過(guò)程質(zhì)量控制指標(biāo)

3.3 強(qiáng)度檢測(cè)

（1）泡沫輕質(zhì)土固化后常規(guī)試驗(yàn)檢測(cè)指標(biāo)為抗壓強(qiáng)度。

（2）泡沫輕質(zhì)土路基澆筑至最后1層時(shí)，每日按照7 d齡期和28 d齡期分別取2組試件進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)。

（3）泡沫輕質(zhì)土強(qiáng)度檢測(cè)試塊取樣要求及強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)為：在施工現(xiàn)場(chǎng)做試塊；規(guī)格為邊長(zhǎng)10 cm立方體，每組3 個(gè)；制取后存放于20～25 ℃恒溫環(huán)境，拆模后使用密封塑料袋包裝。

3.4 效果分析

（1）施工簡(jiǎn)便、安全。泡沫輕質(zhì)土運(yùn)輸便利、施工簡(jiǎn)單、用料少、方便管理，具有極高的安全性。

（2）降低工程造價(jià)。泡沫輕質(zhì)土換填軟土路基，可降低施工成本并提升施工質(zhì)量，極大降低工程維護(hù)管理資金投入，且施工期短，降低時(shí)間成本。

4 結(jié)束語(yǔ)

泡沫輕質(zhì)土技術(shù)在施工中得到廣泛運(yùn)用，如國(guó)家體育場(chǎng)（鳥(niǎo)巢）、北京地鐵奧運(yùn)支線、京珠高速公路、廣州亞運(yùn)主干道等工程，均取得很好的效果。在鐵路施工中，利用泡沫輕質(zhì)土技術(shù)同樣可起到重要作用。泡沫輕質(zhì)土的應(yīng)用成功，提高了軟土路基路堤填筑效果，可為類(lèi)似工程提供參考借鑒。