泡沫輕質(zhì)土在路基工程中的應(yīng)用研究

蔣艷玲?蔣勛

摘 要：在社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，我國交通運(yùn)輸事業(yè)也得到了極大的發(fā)展，大量已建運(yùn)營多年的公路工程都面臨著改擴(kuò)建的問題，將新型泡沫輕質(zhì)土用于公路拓寬施工，不僅能夠節(jié)約用地，還能降低對(duì)沿線道路的影響。為此，本文在全面了解泡沫輕質(zhì)土路用性能的基礎(chǔ)上，通過規(guī)范施工工藝及工后沉降監(jiān)測，表明泡沫輕質(zhì)土的應(yīng)用可有效控制路基差異沉降，降低施工難度，具有可行性。

關(guān)鍵詞：泡沫輕質(zhì)土;路基工程;工程概況

DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.26.302

伴隨公路建設(shè)事業(yè)的高速發(fā)展，也帶來了大量技術(shù)難題，如路基膨脹問題、軟基上橋頭跳車問題等。這些問題的產(chǎn)生，不僅會(huì)增加后期維修費(fèi)用，還會(huì)影響行車舒適性、安全性。為有效處理路基差異沉降問題，提高工程質(zhì)量，可選用一種輕質(zhì)工程材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)路基填筑材料，如泡沫輕質(zhì)土。泡沫輕質(zhì)土是一種新型的輕質(zhì)填料，其特點(diǎn)為質(zhì)輕、垂直澆筑、強(qiáng)度可控及保護(hù)環(huán)境。這種填料在公路工程施工中的應(yīng)用，可大大減少施加于地基的荷載，消除或降低軟弱地基段工后沉降的難題。

1 泡沫輕質(zhì)土的性能分析

泡沫輕質(zhì)土材料屬于新興材料，在多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，如公路建設(shè)、建筑工程等，該材料的應(yīng)用，可有效處理橋頭跳車、新老路基差異沉降等問題。此類材料是通過氣泡機(jī)發(fā)泡系統(tǒng)由發(fā)泡劑水溶液形成泡沫，隨后按照一定比例均勻混合水泥漿、外加劑等材料，經(jīng)物理、化學(xué)及自然養(yǎng)護(hù)所形成的材料。此類材料優(yōu)點(diǎn)包括流動(dòng)性強(qiáng)、施工便捷、環(huán)保、輕質(zhì)性良好等。在道路施工中，此類材料可替代常規(guī)填土或常規(guī)填充工程材料。該材料的應(yīng)用，可有效減少軟基、路基荷載附加應(yīng)力。為更好了解泡沫輕質(zhì)土的應(yīng)用效果，需對(duì)其性能進(jìn)行分析。

1）抗壓性能。泡沫輕質(zhì)土抗壓強(qiáng)度和水泥摻量之間為正比例關(guān)系，選28天齡期泡沫輕質(zhì)土為研究對(duì)象，當(dāng)水泥摻量每增加50kg，則泡沫輕質(zhì)土抗壓強(qiáng)度隨之增加，將提升15%。此外，于泡沫輕質(zhì)土抗壓強(qiáng)度而言，養(yǎng)護(hù)齡期影響作用較大，在28天齡期時(shí)，將強(qiáng)度增加幅度變化為“快速-緩慢-穩(wěn)定”。2）彎拉性能。泡沫輕質(zhì)土彎拉強(qiáng)度特性和抗壓性能基本一致，同樣和水泥摻量之間呈正比例關(guān)系，同樣在水泥摻量每增50kg，28天齡期時(shí)彎拉強(qiáng)度將隨之增加，可提升13%。3）疲勞性能。對(duì)泡沫輕質(zhì)土疲勞性能來講，水泥摻量影響較大。在試驗(yàn)過程中，如以0.5為應(yīng)力比，每增50kg水泥摻量，則泡沫輕質(zhì)土承受的循環(huán)荷載次數(shù)將增加300%。

2 工程概況

某公路工程所處地形較為平坦，地勢起伏小，位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，降雨量充足，雨熱同期。全長6.64km，路基寬8～16m，按照路面結(jié)構(gòu)勘測結(jié)果顯示，本路段軟弱土層較為深厚，主要為淤泥質(zhì)土等，僅做軟基換填碎石，未進(jìn)行深層處理。建成通車多年，交通量日益增長，局部路段逐步趨于飽和。為滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展要求，進(jìn)一步提高通行能力，決定對(duì)此路段進(jìn)行改擴(kuò)建施工。為有效控制路基差異沉降問題，可選用泡沫輕質(zhì)土用于本工程施工。

3 泡沫輕質(zhì)土施工技術(shù)要點(diǎn)

1）鋪設(shè)土工膜、金屬網(wǎng)?？稍诮饘倬W(wǎng)上方鋪設(shè)輕質(zhì)土路基頂部防滲土工膜，可選用熱焊法搭接處理，5cm為搭接寬度，需展平拉緊鋪設(shè)，防止局部卷起，或做好錨固作業(yè)。在土工布鋪筑前，需將一層碎石墊層鋪設(shè)到基底，30cm為墊層厚度，且均勻分布。2）澆筑區(qū)、澆筑層與變形縫設(shè)置。按照施工具體情況，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土施工，需合理控制單個(gè)澆筑區(qū)面積，一般頂面面積可控制在400㎡以內(nèi)，長軸向長度最大不得超過20m。需在縱向上設(shè)置一道沉降縫，一般選取夾板、泡沫板作為沉降縫材料，且厚度控制在1.5cm以內(nèi)。同時(shí)，需在1m內(nèi)控制單層澆筑層厚度，待澆筑層劃分好之后，需一次性完成每層澆筑工作。3）澆筑泡沫輕質(zhì)土。（1）基底檢查。每次澆筑前，必須檢查好基底情況，保證基底沒有任何雜物、積水，同時(shí)對(duì)基底高程進(jìn)行測量，保證與設(shè)計(jì)要求相符。（2）澆筑施工要點(diǎn)。針對(duì)相同區(qū)段上下相鄰澆筑層，需合理控制施工氣溫、澆筑間隔，通常溫度控制在15℃以上，間隔時(shí)間控制在8～12小時(shí)。澆筑過程中，必須順著澆筑區(qū)長軸方向的一端逐步澆筑至另一端，如澆筑時(shí)選用多條澆筑管，則需并排由一端逐步開始澆筑，或通過對(duì)角法進(jìn)行施工。4）養(yǎng)護(hù)。澆筑至設(shè)計(jì)高程位置后，需在表面覆蓋塑料薄膜，做好保濕養(yǎng)生工作。也可選取無紡布+灑水的方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，且在7天以上控制養(yǎng)護(hù)時(shí)間。在施工輕質(zhì)土路基頂部路面時(shí)，嚴(yán)禁車輛通行。

4 泡沫輕質(zhì)土施工監(jiān)測效果分析

1）沉降觀測效果。通車1年后，針對(duì)路面使用情況進(jìn)行檢測，經(jīng)檢測可知，泡沫輕質(zhì)土路基的路面具有很小工后沉降情況，最大僅有4.5mm。且相同橫斷面路肩、路面中線部位，工后沉降幾乎無差別，可認(rèn)為本路面基本無沉降情況。由此可見，軟土路基處理選擇泡沫輕質(zhì)土，可對(duì)路面工后沉降進(jìn)行合理控制，且效果顯著。2）地基分層沉降觀測。經(jīng)沉降觀測可知，從監(jiān)測起，本路段沉降呈直線下降趨勢，工后60d沉降逐漸趨于穩(wěn)定，經(jīng)檢測，通車2年之后，最終沉降在37cm以內(nèi)。整體來看，本工程地基各土層沉降均較小，工后60d為最終沉降完成周期。當(dāng)?shù)鼗馏w深度加深，則沉降量降低。在地表沉降最大，當(dāng)深度18.5m時(shí)，通車2年后三個(gè)橫斷面累計(jì)沉降分別為K30+900為7.51m;K31+100為4.22m，K31+305為10.1m，當(dāng)深度為28.3時(shí)，三個(gè)橫斷面基本無沉降現(xiàn)象。由此可見，在軟土地基處理中，泡沫輕質(zhì)土沉降影響深度具有相應(yīng)范圍。因泡沫輕質(zhì)土具有質(zhì)輕的特點(diǎn)，且減載成效良好。通過這種方法處理軟弱地基，可有效控制工后沉降。3）水平位移觀測成果及分析。（1）地基土體內(nèi)部水平位移。上述三個(gè)斷面，地基土體最大側(cè)向位移發(fā)生深度各有不同，分別為K30+900位于4m處、K31+100位于8m處、K31+305位于11m，且最大側(cè)向位移量也不盡相同，最大發(fā)生于K30+900處，該部位軟土層深厚。由此可見，在地表下4～11m之間為最大側(cè)向位移處。據(jù)相關(guān)研究表明，位移速率、荷載大小均會(huì)影響側(cè)向位移量。當(dāng)荷載持續(xù)加載，則位移量將隨之增多，位移速率也會(huì)隨之加快，填土結(jié)束后，則反之，位移量將隨之降低，位移速率則會(huì)越來越小，甚至與零相近。側(cè)向位移速率最大值狀態(tài)時(shí)，填土為2.81～3.78m高，這與沉降速率變化規(guī)律具有統(tǒng)一性。也就是說，隨著路基填土高度增加，地基土部分結(jié)構(gòu)極易被損壞，將大大增加土體的塑性流動(dòng)性，此時(shí)土體極易產(chǎn)生側(cè)向擠出現(xiàn)象，從而導(dǎo)致側(cè)向位移增大，為此，在整個(gè)過程中，必須做好土地位移監(jiān)測工作，保證工程質(zhì)量。（2）地表土體水平位移。本文采用觀測邊樁位移獲取地表土體水平位移，經(jīng)觀測，上述三斷面地表土體水平位移累計(jì)量范圍為8～14mm，均產(chǎn)生于路堤坡腳相距10m左右部位，每天最大速率可達(dá)到1.2mm。

通過上述分析可知，填筑路基階段，土體內(nèi)部、地表土體均發(fā)生水平位移現(xiàn)象，而泡沫輕質(zhì)土的應(yīng)用，可有效控制土體水平位移速率。

5 結(jié)束語

綜上所述，伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國公路建設(shè)事業(yè)也取得了顯著的成績。在公路施工建設(shè)過程中，由于沿線較長，往往需要跨越很多復(fù)雜、多變的地層，甚至不得不修建于軟土地基之上。因?yàn)檐浲磷陨淼奶厥庑?，使其多存于深厚土層以?nèi)，為此，在整個(gè)施工環(huán)節(jié)，應(yīng)嚴(yán)格遵循施工要求，做好軟土地基處理工作，如泡沫輕質(zhì)土的應(yīng)用，可有效避免產(chǎn)生路基不均勻沉降或路基失穩(wěn)等問題，從而有效提升路基施工質(zhì)量。

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