泡沫輕質(zhì)土在高速公路改擴(kuò)建中的應(yīng)用研究

謝澤華 肖侃 夏旖琪

摘要：泡沫輕質(zhì)土具有優(yōu)良的工程特性。文章分析泡沫輕質(zhì)土在高速公路改擴(kuò)建中的應(yīng)用，以拼寬路堤為例，研究其穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。研究結(jié)果表明，泡沫輕質(zhì)土拼寬路堤與傳統(tǒng)方案相比具有明顯的優(yōu)勢以及良好的工程效果。

關(guān)鍵詞：泡沫輕質(zhì)土;高速改擴(kuò)建;路基拼寬

0 引言

泡沫輕質(zhì)土，英文名稱為foamed mixture lightweight soil（FML），是由水泥、水、制備的氣泡群以及其他添加材料按一定配合比例混合制成的微孔類材料，具有整體性強(qiáng)、抗壓強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、凝結(jié)自立性以及保溫隔熱等特點(diǎn)[1]，可用于道路加寬、陡坡路堤、軟土路基降荷、地下結(jié)構(gòu)物減荷、橋梁減跨、橋臺(tái)臺(tái)背回填、隧道空洞注漿和凍土路基保溫隔熱等工程[2-5]。

1 泡沫輕質(zhì)土工程特性

泡沫輕質(zhì)土是一種新型的工程材料，具有施工工藝簡單，工期較短，自身穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在高速公路改擴(kuò)建中主要運(yùn)用在征拆困難路段、對施工振動(dòng)敏感區(qū)、橋臺(tái)臺(tái)背填筑以及軟土較厚路段。詳見圖1。

1.1 征拆困難路段

泡沫輕質(zhì)土填筑路基占地面積小。當(dāng)高速公路改擴(kuò)建路基填土高度較高時(shí)，原路堤下邊坡伸展范圍較大，采用泡沫輕質(zhì)土填筑路基則不需新增征地，在對舊路路堤邊坡進(jìn)行處理后即可在其上部垂直填筑，能夠有效解決征拆難的問題。

1.2 對施工振動(dòng)敏感區(qū)

泡沫輕質(zhì)土具有優(yōu)良的流動(dòng)特性，施工過程中不需要碾壓和振搗，施工工期短，對周圍環(huán)境影響小。當(dāng)改擴(kuò)建高速公路兩側(cè)有重要結(jié)構(gòu)物、村民聚居區(qū)以及其他對施工振動(dòng)敏感區(qū)時(shí)，采用泡沫輕質(zhì)土能夠有效避免路基施工過程中重型機(jī)械振動(dòng)碾壓對周圍環(huán)境造成的不良影響，加快施工進(jìn)度。

1.3 橋臺(tái)臺(tái)背填筑

橋頭（尾）填高較高時(shí)，采用泡沫輕質(zhì)土垂直填筑橋臺(tái)臺(tái)背可避免錐坡放坡占用橋下機(jī)耕道，方便設(shè)置通道，并避免侵占過多地方水利溝渠。同時(shí)，泡沫輕質(zhì)土可徹底消除填料自身工后沉降，解決橋臺(tái)與路基之間的材料剛?cè)嵬蛔儐栴}。采用泡沫輕質(zhì)土構(gòu)筑合理的過渡段，能夠有效降低結(jié)合部附近的沉降差，使沉降曲線梯度差變小，滿足橋頭沉降連續(xù)、均勻的要求，有效減緩橋頭跳車現(xiàn)象[6-7]。

1.4 軟土較厚路段

軟土厚度>3 m時(shí)，常規(guī)多采用碎石樁、CFG樁、水泥攪拌樁等處理措施，形成復(fù)合地基，治理工程量大。而采用泡沫輕質(zhì)土填筑路基，可大規(guī)模降低填土荷載，使軟基的附加應(yīng)力得到有效降低，沉降和側(cè)移也得到有效抑制。同時(shí)，垂直修筑征地面積小，填料數(shù)量減少，其工后沉降也會(huì)較小，新舊路面間不易出現(xiàn)縱向裂縫。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

某高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目在樁號(hào)K2196+460～K2196+620左側(cè)需對路基進(jìn)行拼寬。該處地質(zhì)條件穩(wěn)定，路基填高為4.5 m（含路面結(jié)構(gòu)層高度），路基加寬寬度為7 m。采取兩種方案進(jìn)行對比：方案一，在左側(cè)設(shè)置重力式擋墻，擋墻平均高度為6.5 m，長160 m，典型斷面如圖2所示;方案二，在左側(cè)拼寬處采用泡沫輕質(zhì)土，平均高度為5.9 m，長160 m，典型斷面如圖3所示。

2.2 數(shù)值分析

采用數(shù)值模擬軟件對泡沫輕質(zhì)土拼寬路堤方案中典型斷面進(jìn)行數(shù)值分析，將典型斷面進(jìn)行簡化，如圖4所示。整個(gè)簡化模型分為三大部分，分別為1-泡沫輕質(zhì)土、2-老路基和3-路基基床。三類土體的參數(shù)見表1。

采用極限平衡法對泡沫輕質(zhì)土拼寬路堤進(jìn)行穩(wěn)定性分析，分析結(jié)果如圖5所示。邊坡最小安全系數(shù)達(dá)到2.678，遠(yuǎn)大于規(guī)范中的安全系數(shù)要求，說明泡沫輕質(zhì)土拼寬路堤穩(wěn)定性符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

2.3 經(jīng)濟(jì)性比較

根據(jù)設(shè)計(jì)圖對K2196+460～K2196+620左側(cè)路基拼寬進(jìn)行造價(jià)計(jì)算，重力式擋墻與泡沫輕質(zhì)土路堤的造價(jià)分別見表1、表2。

泡沫輕質(zhì)土拼寬路堤方案的造價(jià)為172.517 2萬元，僅為重力式路肩墻方案的78.43%，在減少近1/4的造價(jià)的基礎(chǔ)上，泡沫輕質(zhì)土拼寬路基施工周期更短，路基穩(wěn)定性更佳，運(yùn)營期路面平整度更好，是一種十分優(yōu)秀且能替代傳統(tǒng)施工工藝的新方法。

3 結(jié)語

本文以泡沫輕質(zhì)土拼寬路堤作為泡沫輕質(zhì)土在高速公路改擴(kuò)建中的應(yīng)用典型代表，從其穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析研究，主要結(jié)論如下：

（1）泡沫輕質(zhì)土運(yùn)用在高速公路改擴(kuò)建拼寬路堤中具有較高的穩(wěn)定性和安全性，能夠有效縮短施工工期，減少占地，降低征地拆遷費(fèi)用。

（2）泡沫輕質(zhì)土代替混凝土擋墻運(yùn)用在高速公路改擴(kuò)建拼寬路堤中能夠降低1/4的造價(jià)，后期運(yùn)營養(yǎng)護(hù)費(fèi)用更低，具有良好經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。

（3）將泡沫輕質(zhì)土運(yùn)用于高速公路改擴(kuò)建中，能有效地解決部分施工難題，明顯降低高速公路改擴(kuò)建的造價(jià)，比傳統(tǒng)工藝方案具有明顯的優(yōu)勢以及良好的工程效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊 琪.氣泡輕質(zhì)土在山區(qū)公路拓寬應(yīng)用中的力學(xué)特性研究[D].綿陽：西南科技大學(xué)，2017.

[2]丁新紅.泡沫水泥輕質(zhì)土路堤的設(shè)計(jì)與計(jì)算研究[J].路基工程，2017（6）：146-151.

[3]鄒長富.氣泡輕質(zhì)土在優(yōu)化高速公路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].低碳世界，2017（11）：228-229.

[4]康明銓，曾興華，奉 杰.泡沫輕質(zhì)土在江西省某公路道路拓寬工程中的應(yīng)用研究[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2017，13（12）：283-285，318.

[5]高 煜，劉 勇，石蘇意.泡沫輕質(zhì)土路堤穩(wěn)定性分析及材料參數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)[J].長沙理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017（14）：30.

[6]肖 侃，鄭艷紅，夏旖琪.石籠擋墻在山區(qū)公路的運(yùn)用與數(shù)值模擬分析[J].西部交通科技，2019（9）：40-43.

[7]蘇 強(qiáng).路基擴(kuò)建工程中泡沫輕質(zhì)土施工質(zhì)量控制[J].公路，2013（9）：45-48.

作者簡介：謝澤華（1977—），高級(jí)工程師，碩士研究生，主要從事公路路基路面設(shè)計(jì)與研究工作;

肖 侃（1989—），工程師，碩士研究生，主要從事公路水運(yùn)工程建設(shè)管理與養(yǎng)護(hù)工作;

夏旖琪（1992—），碩士研究生，主要從事公路路基設(shè)計(jì)工作。