泡沫輕質(zhì)土抗浮技術(shù)在道路工程中的運(yùn)用

萬(wàn)尚武

（上海徐匯市政養(yǎng)護(hù)工程有限公司，上海市 200232）

1 工程概況

1.1 選用泡沫輕質(zhì)土背景

陽(yáng)光路(規(guī)劃濱江大道—兆豐路)位于黃浦江南延伸段B單元南端，為“尚海灣豪庭”住宅開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的市政配套工程。該項(xiàng)目于2010年6月底開(kāi)工建設(shè)前，上海軌道交通7號(hào)線“船廠路站—后灘站”下行區(qū)間隧道340環(huán)附近發(fā)生了較多的管片接縫滲漏水、漏泥漏砂和管片碎裂現(xiàn)象，300～360環(huán)范圍內(nèi)隧道結(jié)構(gòu)橫向變形增加明顯。為確保軌道交通7號(hào)線的安全運(yùn)營(yíng)，需要對(duì)陽(yáng)光路換填減載，并最終確定選用泡沫輕質(zhì)土換填。

1.2 泡沫輕質(zhì)土設(shè)計(jì)與施工各項(xiàng)指標(biāo)

陽(yáng)光路范圍西起兆豐路（K0+034.067），東至規(guī)劃濱江大道（K0+396.894），道路全長(zhǎng) 362.827 m。設(shè)計(jì)路福寬度為16.0 m，屬城市支路I級(jí)。陽(yáng)光路全線土路基采用泡沫輕質(zhì)土置換，原地面標(biāo)高4.48～4.85 m，開(kāi)挖寬度16.0 m，深度挖至2.3 m標(biāo)高，然后填筑20 cm厚碎石墊層，再換填泡沫輕質(zhì)土至相應(yīng)設(shè)計(jì)標(biāo)高，換填厚度在2.3～4.183 m。

表1為泡沫輕質(zhì)土施工配合比。表2為泡沫輕質(zhì)土濕密度及抗壓強(qiáng)度指標(biāo)。

表1 泡沫輕質(zhì)土施工配合比表

表2 泡沫輕質(zhì)土性能指標(biāo)

泡沫輕質(zhì)土主要設(shè)計(jì)及施工參數(shù)見(jiàn)表3。

道路施工范圍內(nèi)縱向排設(shè)一根φ1200 mm玻璃纖維增強(qiáng)塑料夾砂管(FRPM管)，窨井采用同材質(zhì)的定型產(chǎn)品，管內(nèi)底標(biāo)高3.45～2.56 m。

泡沫輕質(zhì)土施工日期為2012年6～9月，正值雨季及臺(tái)風(fēng)暴雨期施工。

1.3 地質(zhì)資料

第①層：雜色雜填土，層厚3.7～4.0 m，層底標(biāo)高0.95～0.62 m；表層1～2 m以混凝土地坪、雜填土為主，其下以雜色粘性填土為主。

第③層：灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，層厚4.5～4.80 m，層底標(biāo)高-3.80～-3.88 m。飽和，流塑，無(wú)搖振反應(yīng)，稍有光滑，干強(qiáng)度中等，韌性中等，屬高壓縮性土。

第④層：灰色淤泥質(zhì)粘土，孔深15.3 m，未揭穿。飽和，流塑，無(wú)搖振反應(yīng)，光滑，干強(qiáng)度高，韌性高，屬高壓縮性土。

1.4 地下水位情況

年平均地下水高水位埋深0.5 m，低水位埋深1.50 m；地下水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性。地下水位變化主要受大氣降水、地表涇流及黃浦江水位變化而變化。

1.5 工程施工特點(diǎn)

（1）上海首次在市政道路土路基工程中采用現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土換填減載技術(shù)。

（2）泡沫輕質(zhì)土運(yùn)用于正在運(yùn)營(yíng)的地鐵項(xiàng)目，如何保證施工質(zhì)量、保證軌道交通安全是本次實(shí)施的重點(diǎn)。

（3）泡沫輕質(zhì)土施工地鐵部門(mén)要求。

施工前與地鐵部門(mén)多次協(xié)調(diào)，在確保地鐵運(yùn)行安全的前提條件下，按地鐵部門(mén)要求采用如下分段：12 m段，共分30段，每段澆筑泡沫輕質(zhì)土方量約622.0 m3。每段澆筑時(shí)間控制在22 h內(nèi)完成。每一段施工時(shí)間（見(jiàn)表4）報(bào)地鐵部門(mén)審批同意后，方可實(shí)施。

表3 泡沫輕質(zhì)土主要設(shè)計(jì)及施工參數(shù)

表4 一個(gè)施工段時(shí)間安排表(12 m長(zhǎng)×16 m寬為1個(gè)施工段)

2 泡沫輕質(zhì)土施工遇臺(tái)風(fēng)暴雨出現(xiàn)上浮問(wèn)題處理

2.1 50a一遇“海葵”強(qiáng)臺(tái)風(fēng)暴雨導(dǎo)致泡沫輕質(zhì)土上浮現(xiàn)狀

2012年7月17日至8月3日，陽(yáng)光路泡沫輕質(zhì)土已施工229 m，樁號(hào)為K0+034～K0+263，第1次澆筑高度1.40～1.69 m。2012年8月8日，上海遭到50 a一遇強(qiáng)臺(tái)風(fēng)暴雨“海葵”影響，整個(gè)施工區(qū)域均浸泡在雨水中，導(dǎo)致該段泡沫輕質(zhì)土發(fā)生上浮現(xiàn)象，上浮高度在20 mm以內(nèi)。

2.2 應(yīng)對(duì)突發(fā)事件采取的抗浮施工技術(shù)措施

（1）在基坑四周設(shè)置攔水堤埂，防止周邊路面雨水倒灌入。

（2）挖集水坑強(qiáng)制排水，降低地下水位。沿基坑周邊每隔20 m設(shè)置1個(gè)集水坑，挖至坑底，然后用潛水泵進(jìn)行強(qiáng)排水，降低地下水位。

（3）在基坑四周設(shè)置排水明溝，強(qiáng)制降低地下水位。沿基坑四周設(shè)置排水明溝，使施工區(qū)域內(nèi)地下水貫通，然后利用集水坑潛水泵強(qiáng)排水，降低地下水位。

（4）泡沫輕質(zhì)土抗浮控制水位與警戒水位設(shè)定。

式（1）、（2）中：f浮——泡沫輕質(zhì)土所受浮力；

ρ水——水的密度；

h水——水位差，h混凝土=地下水位高程－輕質(zhì)土底面高程；

G混凝土——泡沫輕質(zhì)土自重；

ρ混凝土——泡沫輕質(zhì)土密度；

h混凝土——泡沫輕質(zhì)土填高，h混凝土=輕質(zhì)土頂面高程－輕質(zhì)土底面高程。

根據(jù)已澆筑泡沫輕質(zhì)土標(biāo)高推算，泡沫輕質(zhì)土上浮控制地下水位標(biāo)高為3.323 m，警戒水位設(shè)定為3.10 m。

（5）泡沫輕質(zhì)土沉降與基坑水位觀測(cè)。

沿道路每隔10 m設(shè)置1個(gè)觀測(cè)橫斷面，并設(shè)置5個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，增置1個(gè)黃浦江水位觀測(cè)點(diǎn)（見(jiàn)表5）。

表5 基坑水位觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置

在超警戒水位階段，水位及沉降觀測(cè)每1 h進(jìn)行1次；水位降至警戒水位以下20 cm內(nèi)，水位及沉降觀測(cè)每2 h進(jìn)行1次；水位降至警戒水位以下20 cm后，水位及沉降觀測(cè)每天進(jìn)行1次。

經(jīng)過(guò)晝夜5 d時(shí)間的強(qiáng)排水措施，地下水位降至標(biāo)高2.85 m左右，泡沫輕質(zhì)土累計(jì)沉降16 mm，基本恢復(fù)穩(wěn)定。

2.3 應(yīng)對(duì)再次臺(tái)風(fēng)暴雨采取的抗浮預(yù)防技術(shù)措施

由于受公用管線施工影響，泡沫輕質(zhì)土需分兩次施工，間隔2個(gè)月時(shí)間才能施工至設(shè)計(jì)標(biāo)高。而8～10月為上海市臺(tái)風(fēng)暴雨多發(fā)季節(jié)，為應(yīng)對(duì)再次發(fā)生強(qiáng)臺(tái)風(fēng)暴雨影響，避免泡沫輕質(zhì)土再次發(fā)生上浮現(xiàn)象，采取以下預(yù)防措施。

（1）推算泡沫輕質(zhì)土抗浮控制水位與警戒水位。該段泡沫輕質(zhì)土按加高50 cm處理后，重新推算泡沫輕質(zhì)土上浮控制地下水位標(biāo)高為3.544 m，警戒水位設(shè)定為3.35 m。

（2）采用本文第2.2節(jié)抗浮技術(shù)措施：攔水堤埂、集水坑、排水明溝。

（3）增加砂包配重預(yù)防措施，根據(jù)不同水位及泡沫輕質(zhì)土澆筑高度，按浮力公式計(jì)算，分別設(shè)置不同施工段的配重。

（4）建立潛水泵抽水常效措施，堅(jiān)持每天觀測(cè)水位。

（5）堅(jiān)持每天收聽(tīng)天氣預(yù)報(bào)，及時(shí)掌握未來(lái)一周天氣動(dòng)態(tài)，以便采取相應(yīng)的預(yù)防措施。

2.4 針對(duì)已發(fā)生上浮開(kāi)裂泡沫輕質(zhì)土修復(fù)技術(shù)措施

（1）泡沫輕質(zhì)土沉降穩(wěn)定后，對(duì)已發(fā)生裂縫采用同材質(zhì)進(jìn)行灌縫處理。

（2）泡沫輕質(zhì)土頂部滿鋪一層φ3～4 mm@5 cm×5 cm鍍鋅鐵絲，防止裂縫向上反射。

（3）泡沫輕質(zhì)土頂部澆筑一層50 cm輕質(zhì)土。

2.5 檢測(cè)效果

待輕質(zhì)土保養(yǎng)期到后，經(jīng)彎沉測(cè)試，均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3 泡沫輕質(zhì)土正常施工抗浮技術(shù)預(yù)防措施及運(yùn)用

（1）驗(yàn)算地下水位與泡沫輕質(zhì)土高差，設(shè)置警戒水位（見(jiàn)表6）。

經(jīng)驗(yàn)算，泡沫輕質(zhì)土上浮控制地下水位標(biāo)高為3.31 m，警戒水位設(shè)定為3.10 m。

（2）設(shè)置集水坑進(jìn)行排水。

基坑外側(cè)每隔20 m設(shè)置1個(gè)集水坑，根據(jù)水位標(biāo)高，定期用潛水泵進(jìn)行抽水。

（3）基坑外側(cè)排水明溝進(jìn)行排水。

沿基坑四周設(shè)置一條排水明溝，與集水坑連通，使基坑內(nèi)地下水及時(shí)排至集水坑，利用集水坑內(nèi)潛水泵進(jìn)行排水。

（4）基坑頂部設(shè)置阻水堤埂。

基坑頂部四周設(shè)置一道截面為50 cm（高）×80 cm（寬）阻水堤埂，阻止雨水期地表水倒灌入施工區(qū)域。

（5）堅(jiān)持每天定時(shí)觀測(cè)水位與泡沫輕質(zhì)土標(biāo)高，建立相應(yīng)臺(tái)賬。

每天派專(zhuān)人定時(shí)定點(diǎn)觀測(cè)地下水位及泡沫輕質(zhì)土標(biāo)高，以便及時(shí)掌握地下水與泡沫輕質(zhì)土標(biāo)高變化動(dòng)態(tài)，及時(shí)用潛水泵進(jìn)行排水，并建立測(cè)量觀測(cè)登記表與抽水臺(tái)賬。

（6）建立地下水位報(bào)警機(jī)制。

施工現(xiàn)場(chǎng)建立業(yè)主、監(jiān)理、施工方網(wǎng)絡(luò)管理體系，以項(xiàng)目經(jīng)理為第一聯(lián)系人。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)水位一旦達(dá)到警戒水位，測(cè)量人員立即報(bào)項(xiàng)目經(jīng)理，由項(xiàng)目經(jīng)理組織有關(guān)各方，立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案措施。

（7）堅(jiān)持每天收聽(tīng)天氣預(yù)報(bào)及一周天氣動(dòng)態(tài)，以便采取相應(yīng)的預(yù)防措施。

監(jiān)測(cè)人員堅(jiān)持每天收聽(tīng)天氣預(yù)報(bào)及未來(lái)一周天氣預(yù)報(bào)，及時(shí)掌握天氣動(dòng)態(tài)，一旦有臺(tái)風(fēng)、特大暴雨等不利天氣，及時(shí)通知項(xiàng)目經(jīng)理，由項(xiàng)目經(jīng)理組織有關(guān)各方，提前做好現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急材料準(zhǔn)備工作及泡沫輕質(zhì)土抗浮預(yù)防技術(shù)措施。

后續(xù)泡沫輕質(zhì)土施工階段，由于建立了一套監(jiān)測(cè)管理體制及應(yīng)急管理網(wǎng)絡(luò)體系，采取了有效的抗浮預(yù)防技術(shù)措施，施工現(xiàn)場(chǎng)未發(fā)生泡沫輕質(zhì)土上浮現(xiàn)象，確保了泡沫輕質(zhì)土施工質(zhì)量。

4 施工過(guò)程中排水管道抗浮預(yù)防技術(shù)措施

4.1 驗(yàn)算泡沫輕質(zhì)土施工階段存在排水管道上浮現(xiàn)象

設(shè)計(jì)沿道路中心以北1.0 m處，縱向排設(shè)一根φ1200 mm玻璃纖維增強(qiáng)塑料夾砂管（FRPM管），窨井采用同材質(zhì)的定型產(chǎn)品，管內(nèi)底標(biāo)高3.45～2.56 m，管頂標(biāo)高為4.65～3.76 m；泡沫輕質(zhì)土第一次施工標(biāo)高為4.30 m，按排水管全部埋沒(méi)在泡沫輕質(zhì)土內(nèi)考慮，經(jīng)計(jì)算存在排水管道上浮現(xiàn)象。

表6 泡沫輕質(zhì)土設(shè)置警戒水位驗(yàn)算表

φ1200 mm排水管占泡沫輕質(zhì)土體積重量：

G混凝土=πr2Lρ混凝土=3.14159×0.61×0.61×1×550=642.94（kg/m）

φ1200玻璃纖維增強(qiáng)塑料夾砂管自重（空管）：G管自重=200.00 kg/m

顯然，G管自重＜G混凝土，泡沫輕質(zhì)土施工階段存在排水管道上浮現(xiàn)象。

4.2 泡沫輕質(zhì)土施工階段排水管道抗浮預(yù)防技術(shù)措施

φ1200 mm排水管排設(shè)完畢后，管兩端采取麻袋裝土封堵，向管內(nèi)注水至規(guī)定深度，即可抵抗泡沫輕質(zhì)土施工階段排水管道上浮現(xiàn)象。

按計(jì)算公式：管內(nèi)裝水重量+管自重＞管徑體積泡沫輕質(zhì)土重量，即可滿足排水管道抗浮現(xiàn)象。

經(jīng)驗(yàn)算，管內(nèi)注水大于0.5m高度，即可滿足泡沫輕質(zhì)土施工階段排水管道抗浮。

經(jīng)實(shí)踐運(yùn)用，施工現(xiàn)場(chǎng)未發(fā)生泡沫輕質(zhì)土施工階段排水管道上浮現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

泡沫輕質(zhì)土作為市政道路土路基，在上海尚屬首次，能有效減小路基荷載對(duì)地基產(chǎn)生的附加應(yīng)力，減小路基總沉降量，對(duì)地鐵隧道、既有路基、橋臺(tái)、地下管線等影響小。其適合橋頭，原有道路拓寬，距地鐵隧道、地下管線很近，路堤填土較高等路段的地基處理。路基抗浮施工技術(shù)措施，在常規(guī)道路施工中未曾應(yīng)用，在現(xiàn)行道路施工規(guī)范中也未闡述。針對(duì)泡沫輕質(zhì)土遇臺(tái)風(fēng)暴雨突發(fā)事件和常規(guī)土路基施工，采取抗浮施工技術(shù)措施，并針對(duì)施工階段排水管道進(jìn)行抗浮技術(shù)措施的運(yùn)用，都有效預(yù)防了泡沫輕質(zhì)土上浮給工程質(zhì)量帶來(lái)影響。本文對(duì)此進(jìn)行了綜合介紹，希望給后續(xù)類(lèi)似工程施工提供借鑒。