泡沫輕質土在高速公路改擴建中的應用研究

謝澤華 肖侃 夏旖琪

摘要：泡沫輕質土具有優良的工程特性。文章分析泡沫輕質土在高速公路改擴建中的應用，以拼寬路堤為例，研究其穩定性和經濟性。研究結果表明，泡沫輕質土拼寬路堤與傳統方案相比具有明顯的優勢以及良好的工程效果。

關鍵詞：泡沫輕質土;高速改擴建;路基拼寬

0 引言

泡沫輕質土，英文名稱為foamed mixture lightweight soil（FML），是由水泥、水、制備的氣泡群以及其他添加材料按一定配合比例混合制成的微孔類材料，具有整體性強、抗壓強度高、質量輕、凝結自立性以及保溫隔熱等特點[1]，可用于道路加寬、陡坡路堤、軟土路基降荷、地下結構物減荷、橋梁減跨、橋臺臺背回填、隧道空洞注漿和凍土路基保溫隔熱等工程[2-5]。

1 泡沫輕質土工程特性

泡沫輕質土是一種新型的工程材料，具有施工工藝簡單，工期較短，自身穩定性強等優點，在高速公路改擴建中主要運用在征拆困難路段、對施工振動敏感區、橋臺臺背填筑以及軟土較厚路段。詳見圖1。

1.1 征拆困難路段

泡沫輕質土填筑路基占地面積小。當高速公路改擴建路基填土高度較高時，原路堤下邊坡伸展范圍較大，采用泡沫輕質土填筑路基則不需新增征地，在對舊路路堤邊坡進行處理后即可在其上部垂直填筑，能夠有效解決征拆難的問題。

1.2 對施工振動敏感區

泡沫輕質土具有優良的流動特性，施工過程中不需要碾壓和振搗，施工工期短，對周圍環境影響小。當改擴建高速公路兩側有重要結構物、村民聚居區以及其他對施工振動敏感區時，采用泡沫輕質土能夠有效避免路基施工過程中重型機械振動碾壓對周圍環境造成的不良影響，加快施工進度。

1.3 橋臺臺背填筑

橋頭（尾）填高較高時，采用泡沫輕質土垂直填筑橋臺臺背可避免錐坡放坡占用橋下機耕道，方便設置通道，并避免侵占過多地方水利溝渠。同時，泡沫輕質土可徹底消除填料自身工后沉降，解決橋臺與路基之間的材料剛柔突變問題。采用泡沫輕質土構筑合理的過渡段，能夠有效降低結合部附近的沉降差，使沉降曲線梯度差變小，滿足橋頭沉降連續、均勻的要求，有效減緩橋頭跳車現象[6-7]。

1.4 軟土較厚路段

軟土厚度>3 m時，常規多采用碎石樁、CFG樁、水泥攪拌樁等處理措施，形成復合地基，治理工程量大。而采用泡沫輕質土填筑路基，可大規模降低填土荷載，使軟基的附加應力得到有效降低，沉降和側移也得到有效抑制。同時，垂直修筑征地面積小，填料數量減少，其工后沉降也會較小，新舊路面間不易出現縱向裂縫。

2 應用實例

2.1 工程概況

某高速公路改擴建項目在樁號K2196+460～K2196+620左側需對路基進行拼寬。該處地質條件穩定，路基填高為4.5 m（含路面結構層高度），路基加寬寬度為7 m。采取兩種方案進行對比：方案一，在左側設置重力式擋墻，擋墻平均高度為6.5 m，長160 m，典型斷面如圖2所示;方案二，在左側拼寬處采用泡沫輕質土，平均高度為5.9 m，長160 m，典型斷面如圖3所示。

2.2 數值分析

采用數值模擬軟件對泡沫輕質土拼寬路堤方案中典型斷面進行數值分析，將典型斷面進行簡化，如圖4所示。整個簡化模型分為三大部分，分別為1-泡沫輕質土、2-老路基和3-路基基床。三類土體的參數見表1。

采用極限平衡法對泡沫輕質土拼寬路堤進行穩定性分析，分析結果如圖5所示。邊坡最小安全系數達到2.678，遠大于規范中的安全系數要求，說明泡沫輕質土拼寬路堤穩定性符合設計規范要求。

2.3 經濟性比較

根據設計圖對K2196+460～K2196+620左側路基拼寬進行造價計算，重力式擋墻與泡沫輕質土路堤的造價分別見表1、表2。

泡沫輕質土拼寬路堤方案的造價為172.517 2萬元，僅為重力式路肩墻方案的78.43%，在減少近1/4的造價的基礎上，泡沫輕質土拼寬路基施工周期更短，路基穩定性更佳，運營期路面平整度更好，是一種十分優秀且能替代傳統施工工藝的新方法。

3 結語

本文以泡沫輕質土拼寬路堤作為泡沫輕質土在高速公路改擴建中的應用典型代表，從其穩定性、經濟性進行分析研究，主要結論如下：

（1）泡沫輕質土運用在高速公路改擴建拼寬路堤中具有較高的穩定性和安全性，能夠有效縮短施工工期，減少占地，降低征地拆遷費用。

（2）泡沫輕質土代替混凝土擋墻運用在高速公路改擴建拼寬路堤中能夠降低1/4的造價，后期運營養護費用更低，具有良好經濟實用性。

（3）將泡沫輕質土運用于高速公路改擴建中，能有效地解決部分施工難題，明顯降低高速公路改擴建的造價，比傳統工藝方案具有明顯的優勢以及良好的工程效果。

參考文獻：

[1]楊 琪.氣泡輕質土在山區公路拓寬應用中的力學特性研究[D].綿陽：西南科技大學，2017.

[2]丁新紅.泡沫水泥輕質土路堤的設計與計算研究[J].路基工程，2017（6）：146-151.

[3]鄒長富.氣泡輕質土在優化高速公路橋梁設計中的應用[J].低碳世界，2017（11）：228-229.

[4]康明銓，曾興華，奉 杰.泡沫輕質土在江西省某公路道路拓寬工程中的應用研究[J].公路交通科技（應用技術版），2017，13（12）：283-285，318.

[5]高 煜，劉 勇，石蘇意.泡沫輕質土路堤穩定性分析及材料參數控制標準[J].長沙理工大學學報（自然科學版），2017（14）：30.

[6]肖 侃，鄭艷紅，夏旖琪.石籠擋墻在山區公路的運用與數值模擬分析[J].西部交通科技，2019（9）：40-43.

[7]蘇 強.路基擴建工程中泡沫輕質土施工質量控制[J].公路，2013（9）：45-48.

作者簡介：謝澤華（1977—），高級工程師，碩士研究生，主要從事公路路基路面設計與研究工作;

肖 侃（1989—），工程師，碩士研究生，主要從事公路水運工程建設管理與養護工作;

夏旖琪（1992—），碩士研究生，主要從事公路路基設計工作。