泡沫輕質土在路基工程中的應用研究

蔣艷玲?蔣勛

摘 要：在社會經濟高速發展的今天，我國交通運輸事業也得到了極大的發展，大量已建運營多年的公路工程都面臨著改擴建的問題，將新型泡沫輕質土用于公路拓寬施工，不僅能夠節約用地，還能降低對沿線道路的影響。為此，本文在全面了解泡沫輕質土路用性能的基礎上，通過規范施工工藝及工后沉降監測，表明泡沫輕質土的應用可有效控制路基差異沉降，降低施工難度，具有可行性。

關鍵詞：泡沫輕質土;路基工程;工程概況

DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.26.302

伴隨公路建設事業的高速發展，也帶來了大量技術難題，如路基膨脹問題、軟基上橋頭跳車問題等。這些問題的產生，不僅會增加后期維修費用，還會影響行車舒適性、安全性。為有效處理路基差異沉降問題，提高工程質量，可選用一種輕質工程材料代替傳統路基填筑材料，如泡沫輕質土。泡沫輕質土是一種新型的輕質填料，其特點為質輕、垂直澆筑、強度可控及保護環境。這種填料在公路工程施工中的應用，可大大減少施加于地基的荷載，消除或降低軟弱地基段工后沉降的難題。

1 泡沫輕質土的性能分析

泡沫輕質土材料屬于新興材料，在多個領域應用較為廣泛，如公路建設、建筑工程等，該材料的應用，可有效處理橋頭跳車、新老路基差異沉降等問題。此類材料是通過氣泡機發泡系統由發泡劑水溶液形成泡沫，隨后按照一定比例均勻混合水泥漿、外加劑等材料，經物理、化學及自然養護所形成的材料。此類材料優點包括流動性強、施工便捷、環保、輕質性良好等。在道路施工中，此類材料可替代常規填土或常規填充工程材料。該材料的應用，可有效減少軟基、路基荷載附加應力。為更好了解泡沫輕質土的應用效果，需對其性能進行分析。

1）抗壓性能。泡沫輕質土抗壓強度和水泥摻量之間為正比例關系，選28天齡期泡沫輕質土為研究對象，當水泥摻量每增加50kg，則泡沫輕質土抗壓強度隨之增加，將提升15%。此外，于泡沫輕質土抗壓強度而言，養護齡期影響作用較大，在28天齡期時，將強度增加幅度變化為“快速-緩慢-穩定”。2）彎拉性能。泡沫輕質土彎拉強度特性和抗壓性能基本一致，同樣和水泥摻量之間呈正比例關系，同樣在水泥摻量每增50kg，28天齡期時彎拉強度將隨之增加，可提升13%。3）疲勞性能。對泡沫輕質土疲勞性能來講，水泥摻量影響較大。在試驗過程中，如以0.5為應力比，每增50kg水泥摻量，則泡沫輕質土承受的循環荷載次數將增加300%。

2 工程概況

某公路工程所處地形較為平坦，地勢起伏小，位于亞熱帶季風氣候區，降雨量充足，雨熱同期。全長6.64km，路基寬8～16m，按照路面結構勘測結果顯示，本路段軟弱土層較為深厚，主要為淤泥質土等，僅做軟基換填碎石，未進行深層處理。建成通車多年，交通量日益增長，局部路段逐步趨于飽和。為滿足經濟社會發展要求，進一步提高通行能力，決定對此路段進行改擴建施工。為有效控制路基差異沉降問題，可選用泡沫輕質土用于本工程施工。

3 泡沫輕質土施工技術要點

1）鋪設土工膜、金屬網。可在金屬網上方鋪設輕質土路基頂部防滲土工膜，可選用熱焊法搭接處理，5cm為搭接寬度，需展平拉緊鋪設，防止局部卷起，或做好錨固作業。在土工布鋪筑前，需將一層碎石墊層鋪設到基底，30cm為墊層厚度，且均勻分布。2）澆筑區、澆筑層與變形縫設置。按照施工具體情況，現澆泡沫輕質土施工，需合理控制單個澆筑區面積，一般頂面面積可控制在400㎡以內，長軸向長度最大不得超過20m。需在縱向上設置一道沉降縫，一般選取夾板、泡沫板作為沉降縫材料，且厚度控制在1.5cm以內。同時，需在1m內控制單層澆筑層厚度，待澆筑層劃分好之后，需一次性完成每層澆筑工作。3）澆筑泡沫輕質土。（1）基底檢查。每次澆筑前，必須檢查好基底情況，保證基底沒有任何雜物、積水，同時對基底高程進行測量，保證與設計要求相符。（2）澆筑施工要點。針對相同區段上下相鄰澆筑層，需合理控制施工氣溫、澆筑間隔，通常溫度控制在15℃以上，間隔時間控制在8～12小時。澆筑過程中，必須順著澆筑區長軸方向的一端逐步澆筑至另一端，如澆筑時選用多條澆筑管，則需并排由一端逐步開始澆筑，或通過對角法進行施工。4）養護。澆筑至設計高程位置后，需在表面覆蓋塑料薄膜，做好保濕養生工作。也可選取無紡布+灑水的方式進行養護，且在7天以上控制養護時間。在施工輕質土路基頂部路面時，嚴禁車輛通行。

4 泡沫輕質土施工監測效果分析

1）沉降觀測效果。通車1年后，針對路面使用情況進行檢測，經檢測可知，泡沫輕質土路基的路面具有很小工后沉降情況，最大僅有4.5mm。且相同橫斷面路肩、路面中線部位，工后沉降幾乎無差別，可認為本路面基本無沉降情況。由此可見，軟土路基處理選擇泡沫輕質土，可對路面工后沉降進行合理控制，且效果顯著。2）地基分層沉降觀測。經沉降觀測可知，從監測起，本路段沉降呈直線下降趨勢，工后60d沉降逐漸趨于穩定，經檢測，通車2年之后，最終沉降在37cm以內。整體來看，本工程地基各土層沉降均較小，工后60d為最終沉降完成周期。當地基土體深度加深，則沉降量降低。在地表沉降最大，當深度18.5m時，通車2年后三個橫斷面累計沉降分別為K30+900為7.51m;K31+100為4.22m，K31+305為10.1m，當深度為28.3時，三個橫斷面基本無沉降現象。由此可見，在軟土地基處理中，泡沫輕質土沉降影響深度具有相應范圍。因泡沫輕質土具有質輕的特點，且減載成效良好。通過這種方法處理軟弱地基，可有效控制工后沉降。3）水平位移觀測成果及分析。（1）地基土體內部水平位移。上述三個斷面，地基土體最大側向位移發生深度各有不同，分別為K30+900位于4m處、K31+100位于8m處、K31+305位于11m，且最大側向位移量也不盡相同，最大發生于K30+900處，該部位軟土層深厚。由此可見，在地表下4～11m之間為最大側向位移處。據相關研究表明，位移速率、荷載大小均會影響側向位移量。當荷載持續加載，則位移量將隨之增多，位移速率也會隨之加快，填土結束后，則反之，位移量將隨之降低，位移速率則會越來越小，甚至與零相近。側向位移速率最大值狀態時，填土為2.81～3.78m高，這與沉降速率變化規律具有統一性。也就是說，隨著路基填土高度增加，地基土部分結構極易被損壞，將大大增加土體的塑性流動性，此時土體極易產生側向擠出現象，從而導致側向位移增大，為此，在整個過程中，必須做好土地位移監測工作，保證工程質量。（2）地表土體水平位移。本文采用觀測邊樁位移獲取地表土體水平位移，經觀測，上述三斷面地表土體水平位移累計量范圍為8～14mm，均產生于路堤坡腳相距10m左右部位，每天最大速率可達到1.2mm。

通過上述分析可知，填筑路基階段，土體內部、地表土體均發生水平位移現象，而泡沫輕質土的應用，可有效控制土體水平位移速率。

5 結束語

綜上所述，伴隨社會經濟的迅速發展，我國公路建設事業也取得了顯著的成績。在公路施工建設過程中，由于沿線較長，往往需要跨越很多復雜、多變的地層，甚至不得不修建于軟土地基之上。因為軟土自身的特殊性，使其多存于深厚土層以內，為此，在整個施工環節，應嚴格遵循施工要求，做好軟土地基處理工作，如泡沫輕質土的應用，可有效避免產生路基不均勻沉降或路基失穩等問題，從而有效提升路基施工質量。

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