泡沫輕質土材料在城市軟基道路中的處治應用

劉建文

（山西省太原市市政池渠設施管理處 030012）

引言

在省內部分城市的道路建設實踐中，由于部分城市路段地處沿河位置，由于地下水滲透作用長期影響，導致沿河路段的路基土層天然含水量指標較高，部分路段路基土層含水量已經達到軟土級別。在省內以往的軟土路基施工處理實踐中，較為常見的軟土路基病害有以下兩大類：①由于路基基礎承載能力不滿足承載要求，導致路面結構路堤邊坡出現失穩問題；②在外部車輛長期荷載作用下，荷載和環境的耦合作用導致地基結構變形嚴重，路面沉降值超過極限值，嚴重影響道路使用。目前，在省內城市市政道路特殊路基施工處治過程中，較為常見的軟土路基處治方式有以下幾類，即：振動沖擊法、高壓噴射注漿法、混凝土深層攪拌法、夯實法及置換法等。上述軟土路基處治方式相對傳統，技術手段成熟，能夠處治不同含水量和孔隙比下的軟土路基，但都需要投入較大人力及物力成本，工程投資量較大。輕質土填充處治技術是近幾年逐步興起的一種軟土路基處治方式，在省內城市軟土路基處治中得到一定的應用。本文以省內城市道路軟土處治為研究對象，詳細分析了輕質土處治技術的應用情況。

1 泡沫輕質土的三種常見類型

所謂輕質土填充材料就是指其在同等體積狀態下，自然狀態下密度值低于一般的天然土質材料。在輕質土填充材料使用實踐中，大部分輕質土一般均經過后期人工加工合成，在原有土體的基礎上添加一定的混合料和外加劑以達到輕質的目的。當前，在省內城市軟土路基施工處治實踐中，常用的人工輕質土類型為EPS輕質土和氣泡式輕質土兩種，上述兩種輕質土的優勢在于其土體的密度值、承載強度、剛度及變形性能均能通過調整材料類型和配合比改變，從而達到適應不同工程類型的需要。

1.1 EPS輕質土工程特性分析

EPS是發泡聚酯乙烯類產品，其通過化學方式將顆粒狀的聚苯乙烯經過發泡技術制成。EPS發泡聚酯乙烯具有以下基本特點：①輕質性能，發泡聚酯乙烯的天然密度在15～20kg/m3，其密度值水平均為天然砂石填筑材料的1/100左右，輕質性能極其突出。②輕質土綜合強度較高，壓縮性能優良，在輕質土彈性范圍內，其壓縮綜合強度高達150kN/m2以上。③自身穩定性較高，在外荷載作用下，其側向位移值極其有限。④輕質土在外荷載及環境耦合作用下耐久性良好，具備較高的防滲能力，在低溫反復凍融循環作用下影響較小。⑤施工便捷，經現場施工實踐檢驗，采用輕質土處治方式從開始處理到最終通車運營，其工期一般能夠控制在4個月以內。

1.2 EPS顆粒性混合輕質土類型

同EPS輕質土相比，經過工程實踐發現，其更加適用于我省的軟土路基處治實踐，其最早被我國南部沿海城市開發使用，考慮到其在處治輕質土過程中具備施工工期更短，軟土適用性更高的基本特點，被廣泛應用在城市公路軟土路基處治實踐中。以省內東南部某城市沿河公路軟土路基處治施工為例，為了適應該工程項目施工工期較短，軟土路基土質條件較差等特點，經項目處治實踐檢驗發現，其軟土路基處治效果良好。EPS顆粒混合輕質土施工原理是將EPS顆粒泡沫或者碎片狀態的土料，其中包括大量的：淤泥、粉土、砂石土及粉煤灰等材料，采用外加水泥或者固化劑的方式提升混合土的綜合性能，加入水后，固化劑與水分發生化學反應，輕質土顆粒在固化作用下形成改良性土質。改良土具備以下基本特點：①改良土密度值能夠結合處治施工現場情況在800～1200kg/m3內調節；②改性土的綜合承載能力更高，尤其體現在側向抗壓強度指標上，其4周后的側向抗壓強度值可以達到400kPa以上，CBR值能夠超過15；③EPS顆粒土的側向壓縮模量介于3.5～8.5之間，能夠較好地適應軟土路基變形復雜的特點，實現在外荷載作用下的協同變形；④防水性能較高，尤其在外荷載長期擠壓作用下，土體防水抗滲能力較高。

1.3 氣泡輕質土

同其他類型輕質土性質和制作方式不同的是，氣泡輕質土主要是將高性能水泥、水、級配合理的砂和氣泡按照一定的比例充分混合攪拌后，并最終使其凝固硬化成型，形成滿足填筑條件的成型材料，即：FCB。氣泡輕質土本質上屬于混凝土材料的一種，其中高性能水泥的作用是為了起到固結作用。氣泡輕質土具備以下基本特點：①氣泡輕質土的密度值也能夠在一定范圍內調整，其密度值范圍介于500～800kg/m3；②氣泡輕質土的綜合承載強度值可以在0.4～0.6MPa之間調整，強度值覆蓋范圍更廣；③由于氣泡輕質土屬于混凝土類型中的一種，其性質更加貼近自密實水泥混凝土，因此，氣泡輕質土具有較高的流動性，最大水平輸送距離超過400m以上；④施工便捷，采用氣泡輕質土施工區域占用小，能夠實現分點處治，且自密實特性顯著，不需要外部設備碾壓，施工作業面較小。

綜合分析上述三種典型輕質土特性情況，三種典型的輕質土軟土路基處治方式特點歸納如表1所示。

表1 城市道路路基處治方式技術特點對比

2 泡沫輕質土軟基處治施工技術——以省內城市沿河公路軟土路基處治為例

2.1 城市道路軟土路基反向開挖

在采用輕質土處治軟土路基過程中，首先必須保證軟土路基段的防排水工作，在反向開挖過程中，應嚴格依照項目施工圖紙，進行現場放樣并進行路基開挖，泡沫輕質土路堤位置底部應采用臺階形坡面形式進行放坡處理，并做到精細化開挖，沒開挖一層坡面后應進行相應的整平處治。反向開挖完成后，在輕質土施工前，應對輕質土的基礎底層進行反復碾壓，保證輕質土的路基底部碾壓壓實度高于95%以上。考慮原有施工位置的擋土墻結構的自身穩定性較差，采用泡沫輕質土固化后能降低對擋土墻的橫向擠壓力，反向開挖過程中便于保留擋土墻結構。泡沫輕質土施工保護面板采用原有的砌筑式直立擋土墻。泡沫輕質土澆筑前的施工流程如圖1所示。

2.2 泡沫輕質土施工技術

圖1 泡沫輕質土澆筑前的施工流程圖

本文以泡沫輕質土軟土路基處治為研究對象，采用攪拌均勻且發泡完整的氣泡輕質土進行泵送；在泵送過程中，氣泡輕質土一般經管道運輸或者直接采用泵送管輸送。采用管道運輸能夠最大程度降低氣泡輕質土的消解情況，在輸送過程中，由于振動效應導致氣泡不斷消解，氣泡輕質土的濕潤特性出現變化，流動性逐步降低。根據現場施工情況，擬采用泵送管輸送技術。為了保證氣泡輕質土的穩定性，泵送區域與施工場地的距離應保持在200m以內。輕質土澆筑過程中，為了保證澆筑的質量和成型性，應充分認識到氣泡輕質土分散性。在具體施工過程中，必須控制振動頻率，具體澆筑過程中，可以借助導流槽輔助澆筑，且必須留意輕質土質量，由于氣泡輕質圖在遇水后將快速消解，應防止避免雨天施工。填筑泡沫輕質土過程中，由于自重影響，會導致氣泡壓縮，所以，在填筑過程中泡沫輕質土有時出現緊縮問題，導致濕容重增加，因此，澆筑厚度應控制在0.5～1.2之間。

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