泡沫輕質填土路基變形特點及施工技術分析

張 星 全

(山西省晉中路橋建設集團有限公司,山西 晉中 030600)

1 概述

隨著省內高速公路建設進度的不斷推進，省內縱線高速網絡體系建設不斷加速，在已開工建設的眾多高速公路項目中，部分標段施工范圍內分布有廣泛的淤泥及淤泥質土層，由于淤泥質土層的承載能力較差、路基滲透系數小、在相同荷載條件下的壓縮性指標較高，嚴重影響了高速公路的正常施工進程及后續的承載能力和抗變形剛度指標。隨著路基綜合處治技術的不斷發展和提升，泡沫輕質土路基換填處治技術被納入最新的JTG/T D31—2013公路軟土地基路堤設計與施工技術細則中，目前，泡沫輕質土路基綜合處治技術已經被大規模使用在省內新建高速公路項目中，且工程實踐應用效果良好。

泡沫輕質土的最大特性是密度小，同樣體積的輕質土的自重較其他路基填筑料的自重至少輕25%，極大地控制了高速公路路基結構的整體自重水平；此外，輕質土還具備較高的直立特點，其直接作用在工程構筑物上的側向荷載較低，有助于實現工程建筑物的穩定性，外加泡沫輕質土路基結構為整體性結構，地基在上部荷載作用下的總沉降值較小，因此，其對改善和適應地基土層的荷載不均勻沉降特性效果明顯。

2 泡沫輕質土路基結構變形相關特性分析

2.1 泡沫輕質土材料容重特性

由于泡沫輕質土材料的密度值較低，在相同體積份數下，泡沫輕質土的自重僅為一般路基填筑材料的3/4，且泡沫輕質土的容重值滿足動態調整要求，可以結合工程特性確定具體的容重值，以省內高速公路施工項目為例，泡沫輕質土的容重值介于6 000 N/m3～10 000 N/m3范圍內。表1為不同路基填筑材料的容重值。

表1 不同路基填筑材料容重值

分析表1可知，泡沫輕質土填筑料的容重值相較粉煤灰填筑料明顯下降，EPS填筑料在容重方面表現出更佳的優勢，考慮到EPS材料的合成難度較大，綜合成本較高，無法大規模應用在高速公路路基填筑施工中，綜上，泡沫輕質土在路基填筑中顯示出較高的性價比和綜合性能。一般情況下，硬化以后的泡沫輕質土的表觀密度值與含水率存在正相關關系，在配合比相同的情況下，泡沫輕質土的干密度明顯低于濕密度。如果在施工過程中，泡沫輕質土的干密度值大于濕密度，表明泡沫輕質土在凝結硬化過程中的水分蒸發嚴重，此種泡沫輕質土則無法應用在工程施工中。

2.2 泡沫輕質土材料無側限抗壓強度指標

泡沫輕質土同樣在無側限抗壓強度方面表現出良好的可調節性，基于泡沫輕質土用量、類型及氣泡比例等因素影響，泡沫輕質土的無側限抗壓強度值位于0.2 MPa～4.5 MPa范圍內，在高速公路路基施工過程中，該值進一步限定在1.0 MPa～1.5 MPa范圍內。氣泡占比對泡沫輕質土的無側限抗壓強度影響最明顯，若氣泡占比較低，水泥土體顆粒能夠與水分充分反應，提升泡沫輕質土的固結強度指標，且隨氣泡比例的增加，水泥顆粒和水分之間的化學反應速率逐步下降，無側限抗壓強度相應下降。除此以外，由于泡沫普遍存在于輕質土中，容易導致材料內部誘導出現大量的毛細裂縫，在外部荷載的作用下，毛細裂縫容易進一步發展成為表觀裂縫，所以，為了保證泡沫輕質土能夠在高速公路中正常使用，必須滿足高速公路的設計強度標準，規范給定了高速公路路基使用泡沫輕質土的氣泡占比不能大于65%，且輕質土中氣泡含量增長雖然影響了輕質土的側限抗壓強度，但由于氣泡自身的粘性特點，能夠明顯增加泡沫輕質土的延展性和抗拉性，降低了泡沫輕質土的脆性破壞風險。

3 泡沫輕質土路基施工技術分析

3.1 高速公路泡沫輕質土路基墊層施工

為了保證高速公路路基層的綜合承載能力，應在路基層下層加設墊層結構，在相同水平層路基墊層位置全斷面應使用相同的墊層鋪設材料，并根據各層的填筑料類型分步驟壓實，且不同層路基不能混合填筑。在具體施工階段，不同路基填筑料的松鋪厚度值必須結合項目現場試驗確定，不同路基填筑層的壓實厚度不能超過60 cm，在澆筑至最后一層時，單層壓實厚度不能低于15 cm。如果施工現場相較于原地面縱坡率值大于1∶5時，為了保證路基層之間的相互咬合能力，應加設路基層臺階，提高路基層的結合能力；設定的坡度值不能低于3%，且在縱向坡內的寬度值不能低于2.5 m。路基層鋪設完畢后，應立即安排壓實施工，路基壓實過程中，應配合初壓、復壓及終壓三部分，且初壓實應以低速壓實推進，壓實速率控制在2.5 km/h～4 km/h，隨著壓實進程的推進，壓實速率逐步增加，相鄰每次的壓實輪肌重合寬度不能小于壓實滾輪的1/3。

3.2 高速公路泡沫輕質土路基分層分塊澆筑技術

為了控制泡沫輕質土澆筑階段引起的底部容重值增加，并妥善預防泡沫輕質土在澆筑過程中出現的干縮裂縫問題，澆筑施工過程中應采用分塊分層澆筑施工技術，且應合理把控不同層的澆筑時間和周期，在下層泡沫輕質土凝固后，才能繼續開展上層澆筑施工，不能以壓縮施工周期而隨意合并澆筑流程及工序。泡沫輕質土在凝固之前由于自重因素影響，泡沫輕質土內部氣泡材料具有較強的可壓縮性，在凝固過程中會出現明顯的“消泡效應”。底層泡沫輕質土的密度值和底部的泡沫輕質土容重增長幅度之間表現出明顯的負相關關系，所以，在高速公路路基施工中使用泡沫輕質土作為填筑材料，必須合理把控泡沫輕質土的單層澆筑厚度，單層厚度應控制在0.5 m～0.8 m范圍內，為了合理處理施工階段引發的尺寸斷面效應，單層澆筑厚度值一般不大于0.6 m。由于泡沫輕質土屬于典型的水泥混合材料，在澆筑過程中容易引發溫度開裂和干縮開裂，為了控制泡沫輕質土凝固后的開裂病害，在施工過程中應堅持分塊澆筑原則，并將塑料模板襯砌在模板和泡沫輕質土之間，確保泡沫輕質土在水泥材料完成初凝之前全部澆筑完成。分塊澆筑對應的澆筑標段不能大于400 m2，且單體澆筑長度應控制在15 m～20 m范圍內。圖1為泡沫輕質土分層分塊澆筑施工現場情況。

4 結語

隨著路基綜合處治技術的不斷發展和提升，泡沫輕質土路基換填處治技術被納入最新的JTG/T D31—2013公路軟土地基路堤設計與施工技術細則中，目前，泡沫輕質土路基綜合處治技術已經被大規模使用在省內新建高速公路項目中。本文通過分析泡沫輕質土路基填筑材料的變形特性，對比分析了不同路基填筑材料的性能特點，論證了泡沫輕質土路基填筑材料的性能優勢；針對泡沫輕質土的變形特點，分析了其施工技術和關鍵點，擬進一步提升和優化省內高速公路路基填筑及處治施工能力和施工質量。