泡沫輕質(zhì)土處理深厚軟土地基效果分析

陳玉良

（南京市公共工程建設(shè)中心，江蘇 南京 210000）

0 引言

隨著高速改擴建項目日益增多，泡沫輕質(zhì)土因其特殊條件下處理軟土地基的明顯優(yōu)勢，越來越多地用于路基填料。國內(nèi)學者也積極研究其工程特性及軟基處理效果，李思清[1]等對廣佛高速公路擴建工程進行氣泡混合輕質(zhì)土路堤加寬試驗段研究表明，其用于拼寬路基、在控制新老路基不均勻沉降方面效果明顯；顧輝[2]借助某道路擴建工程軟基處理方案，進行了拓寬部分澆筑泡沫輕質(zhì)土對既有道路的影響及控制沉降效果研究。本文結(jié)合實際工程案例，通過計算深厚軟土路段填土路基與泡沫輕質(zhì)土路基沉降量、對比實測沉降量與計算數(shù)據(jù)來研究泡沫輕質(zhì)土在處理深厚軟土地基方面的效果。

1 泡沫輕質(zhì)土處理軟基工程實例

1.1 工程項目簡介

寧合高速公路江蘇段全長約18km，老路建設(shè)于20 世紀90 年代初，路基寬度23m。隨著蘇皖兩省間經(jīng)濟文化交流日益緊密，項目路車流量劇增，2018年，寧合高速公路擴建項目啟動。項目路自東向西地形地貌由低丘向蘇皖省界滁河漫灘區(qū)過渡，省界段約2.2km 長度范圍內(nèi)，老路填高3～6m，受滁河百年一遇洪水位影響，新建道路縱斷面相比老路抬高2.5～4.5m。地質(zhì)勘察結(jié)果顯示，道路地基下臥深厚的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，該土層天然含水率高。天然孔隙比大、抗剪強度低、壓縮性高。通過方案比選，該段落采用半路半橋方案，老路作為新建道路北半幅，同時結(jié)合現(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn)老路填料為風化巖（見圖1），水泥攪拌樁難以穿越老路硬殼層，設(shè)計擬采用泡沫輕質(zhì)土填筑。

圖1 老路路基填料現(xiàn)場照片

1.2 計算斷面及地勘情況

分別選取K24+400和K24+930兩個斷面進行沉降計算，基礎(chǔ)信息如下：

（1）K24+400 斷面：老路填高6m，其中路基高4.8m，瀝青路面厚度1.2m，新建路面比老路抬高3.5m，采用2.3m 高泡沫輕質(zhì)土+0.4m 厚7%石灰土壓頂+0.8m厚瀝青路面結(jié)構(gòu)2020～2021年填筑完成。

（2）K24+930 斷面：老路填高4m，其中路基高2.8m，瀝青路面厚度1.2m；新建路面比老路抬高3m，采用1.8m 高泡沫輕質(zhì)土+0.4m 厚7%石灰土壓頂+0.8m 厚瀝青路面結(jié)構(gòu)。老路施工期為1990～1991 年，新建道路施工期為2020～2021 年，路基施工期均為6 個月，路面施工期均為3 個月。表1、表2 為上述兩斷面對應(yīng)的地基土層物理力學性質(zhì)指標分層統(tǒng)計表。

表1 K24+400斷面土層物理力學性質(zhì)指標

表2 K24+930斷面土層物理力學性質(zhì)指標

2 泡沫輕質(zhì)土處理軟基方案及效果分析

2.1 設(shè)計方案及計算結(jié)果分析

本次對該段落軟基采用填土方案（不處理）和填筑泡沫輕質(zhì)土方案進行比較。填土處理即在老路上直接加鋪石灰土至路面底。填筑泡沫輕質(zhì)土處理即采用泡沫輕質(zhì)土處理至路面以下40cm，上覆40cm 石灰土。本次計算采用分層總和法，首先，判定當附加應(yīng)力與自重應(yīng)力的比值等于0.15 時，該深度范圍內(nèi)的土層即為壓縮層。在地基壓縮層深度內(nèi)，根據(jù)土的特性將地基分為若干層，分別計算每一分層的壓縮量，然后將各分層的壓縮量求和。

式中：Hi——第i分層的厚度；

Si——第i分層的壓縮量。

S——地基總沉降量。

由表3可知，兩計算斷面若采用填土路基，施工期沉降及工后沉降均大于30cm，道路工后沉降量大于規(guī)范要求值。若采用泡沫輕質(zhì)土填筑路基，施工期及工后沉降量均小于26cm，控制沉降效果較好，工后沉降量滿足要求。因此本項目采用泡沫輕質(zhì)土代替填土用于路基填筑以控制工后沉降，設(shè)計填筑斷面如圖2所示。

表3 計算斷面施工期沉降及工后沉降結(jié)果（單位：cm）

圖2 泡沫輕質(zhì)土處理老路斷面圖

2.2 泡沫輕質(zhì)土主要技術(shù)指標及施工注意事項

2.2.1 泡沫輕質(zhì)土主要技術(shù)指標

泡沫輕質(zhì)土容重小，約為普通路基填土容重的1/3，呈流塑狀，便于施工操作，具有施工周期短，工作面小等優(yōu)勢。以下為泡沫輕質(zhì)土主要技術(shù)指標：

（1）用于填筑路床，濕密度為560～600kg/m3，28d抗壓強度≥1.0MPa；用于填筑路堤，濕密度為520～560kg/m3，28d 抗壓強度≥0.6MPa；（2）流值170mm；（3）消泡試驗濕密度增加率不超過3%；（4）標準沉降率低于2%。

2.2.2 施工注意事項

（1）輕質(zhì)土澆筑施工前，應(yīng)對澆筑區(qū)基底進行檢查，確?；谉o雜物、無積水，基底高程、平面尺寸應(yīng)滿足要求。

（2）澆筑區(qū)應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場情況進行劃分，單層澆筑厚度應(yīng)控制在0.3～1.0m 范圍，單個澆筑區(qū)的面積應(yīng)結(jié)合設(shè)備產(chǎn)能進行劃分，應(yīng)以澆筑區(qū)內(nèi)單個澆筑層可在初凝時間內(nèi)澆筑完畢，且單個澆筑層澆筑方量不超過200m3為控制標準，最大澆筑面積不應(yīng)超過400m2。

（3）輕質(zhì)土路基頂面澆筑至設(shè)計高程后，應(yīng)采用塑料薄膜或無紡土工布進行保濕養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不少于7d，養(yǎng)護期間禁止施工機械行走。

2.3 泡沫輕質(zhì)土軟基處理效果分析

對K24+930 斷面路基施工期、運營期（2021 年12月～2022 年4 月）沉降計算結(jié)果與沉降觀測數(shù)據(jù)進行對比分析，具體見圖3、圖4所示。

圖3 施工期沉降計算結(jié)果與觀測數(shù)據(jù)（單位：cm）

圖4 路基運營期沉降計算結(jié)果與觀測數(shù)據(jù)（單位：mm）

由圖3和圖4可以看出，實測施工期及運營期實測沉降均較計算結(jié)果小，主要原因是受老路硬殼層影響，本段落是在老路路面上直接新建路基路面，原路基路面填料密實板結(jié)，承載力高，新建路基路面荷載經(jīng)老路硬殼層應(yīng)力擴散后，作用于下臥軟土層上的附加應(yīng)力明顯降低。本次計算采用的分層總和法沉降計算，沒有考慮硬殼層的應(yīng)力擴散效應(yīng)，導致計算結(jié)果大于實測沉降值。

計算結(jié)果還顯示，新建路基存在明顯的“盆形沉降曲線”特征，即新建半幅路面的中心沉降量較大，邊緣沉降量較小。但通過實測數(shù)據(jù)可知，實際道路沉降無明顯的“盆形沉降曲線”特征。主要存在以下原因：

（1）老路實際施工及運維情況。計算過程僅將老路始建至本次新建路面完工整個過程的道路中心與道路邊緣沉降差簡單相加，忽略了老路施工沉降補償及運營期的維修，導致沉降差結(jié)果偏大，“盆形沉降曲線”特征明顯。

（2）泡沫輕質(zhì)土性質(zhì)。本段路基采用泡沫輕質(zhì)土分層、分倉澆筑，整體性較填土路基高，且泡沫輕質(zhì)土自身變形特性與土體有較大差異，因此橫斷面沉降特征與土體存在較大差異。

3 結(jié)束語

（1）通過計算表明，泡沫輕質(zhì)土作為路基填料，在處理軟土地基沉降上效果明顯，尤其適用于本文所述深厚軟土地基、上覆硬殼層等復雜情況。

（2）因路基填料性質(zhì)的差異，泡沫輕質(zhì)土路基的沉降未表現(xiàn)出明顯的“盆形沉降曲線”特征。

（3）因老路硬殼層的存在，新建路基的施工期及運營期沉降較計算結(jié)果小。