泡沫輕質土路堤應用探討

唐明亮，黃黎明，李侑軍

(廣西交科集團有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

泡沫輕質土是由制備的氣泡群、水泥、水以及添加材料按一定配合比例混合制成的微孔類材料，具有質量輕、抗壓強度高、整體性好、凝結自立性以及保溫隔熱等特點，可用于臺背回填、陡坡路堤、軟土路基減荷和隧道空洞注漿等工程。

泡沫輕質土于2001年由日本引入我國廣東，經過近20年的研究應用，已逐漸發展為一項成熟的技術。實踐經驗證明，泡沫輕質土具有工期短、對周邊環境影響小、人工用量少等明顯技術優勢，能解決橋頭跳車、新舊路基沉降、軟土路基和陡坡路堤穩定性等問題。隨著應用規模不斷擴大，泡沫輕質土單價呈下降趨勢，而普通路基的人工成本和征拆費用卻在不斷上漲，使輕質土路基經濟優勢逐漸顯現，且還能減少后續運營維護費用，綜合效益顯著。

1 工程概況

擬建高速公路路基K79+560～K79+886段位于煤礦回填區，為廢棄的人工采煤坑洼地，地面標高在1 621.80～1 632.40 m之間，路基長度為326 m，最大填高約25.45 m。項目區地貌單元屬構造侵蝕丘崗地貌，現狀地勢較開闊，整體地形起伏不大，周邊為種植坡地，地形坡度約5°～10°。由于采煤后地勢較低，周邊降水匯集于此形成水塘，整個水塘面積約30 000 m2。煤坑水塘水位受季節性降雨影響，變化較明顯，漲落差約1.50 m。勘察期間該水塘大部分區域已被施工回填，現右側水塘水面標高為1 620.13 m，水塘水面最高水位為1 621.124 m。

根據工程地質測繪及鉆探揭露，地層主要為采礦回填的素填土、第四系殘坡積黏性土(Q4)和第三系(N2)泥、頁巖。如表1所示。

表1 擬建場地不良地質一覽表

2 處治方案比選

2.1 設計原則

(1)技術可行：采用工藝經驗成熟、治理效果可靠的設計方案，確保路堤自身穩定性及工后沉降符合要求。

(2)經濟合理：根據場區不良地質形態規模、工程地質環境條件，因地制宜，優選、優化治理工程設計方案，節約投資。

(3)施工方便：綜合考慮地質環境條件及施工場地條件等因素，設計方案便于施工。

2.2 設計方案比選(表2)

方案一：清除人工填土+強夯碎石樁+路堤沖擊補壓加筋。

方案二：清除人工填土+地基強夯+素混凝土樁+路堤沖擊補壓加筋。

方案三：清除人工填土+預應力管樁+路堤沖擊補壓加筋。

方案四：清除人工填土+地基強夯+輕質土路堤。

(1)清除人工填土：根據現有補充勘察資料可知，人工填土標貫擊數N=4，對應地基承載力基本容許值fa0=80kPa，修正后也無法滿足地基承載力要求。人工填土來源復雜，含大量第三系泥巖、炭質泥巖等適用性差的巖土填料，液限、CBR等重要指標均不能滿足要求。根據現場勘察資料及場地平整度要求，擬以1 617m為整平標高，挖除部分人工填土。

(2)強夯處置：該方法將重力勢能轉換為沖擊能及振動，反復夯打地基土，從而提高地基土的承載力，降低地基土的壓縮模量。擬在路基范圍及坡腳外5m鋪設1.0m片石層后進行強夯處理，浸水路段需先清除淤泥、淤泥質黏土并進行回填、強夯。地基強夯最后兩擊平均夯沉量≤50mm。

(3)強夯碎石樁：強夯完成后鋪設50cm級配碎石墊層，并在路基范圍及坡腳外5m布設碎石樁，平均樁長為12m，樁徑d=0.5m，樁間距為0.9m。

(4)素混凝土樁：強夯完成后鋪設50cm級配碎石墊層，并在路基范圍及坡腳外5m布設素混凝土樁，平均樁長為12m，樁徑d=0.5m，樁間距為0.9m。

(5)預應力管樁：在路基范圍及坡腳外5m布設AB型預應力管樁，平均樁長為21.8m，樁徑d=0.4m，樁間距為2.0m。

(6)路堤沖擊補壓加筋：地基處理完成后進行路堤填筑，每隔2m采用沖擊式壓路機補壓20遍，同時對上路堤150cm部分頂面(94區)補壓20遍，每2m設一層土工格室，格室高度為50mm，以增強路堤自身變形模量。

(7)輕質路堤：路堤采用泡沫輕質土，干容重要求≤6.5kN/m3，28d抗壓強度≥0.6MPa，以減小填筑路堤產生的附加應力。

表2 方案比選表

綜合上述方案的優缺點可知，采用方案四施工相對簡單，工后沉降少，又能減少占地和節省投資，故推薦輕質土路堤方案。

3 施工圖設計

3.1 設計方案

3.1.1 場地平整

當前場地標高范圍為1 625.00～1 627.50m，局部位置低洼，考慮到棄土困難，將場地平整標高提高至1 625.00m，再采用大能級強夯以減少地基工后沉降。挖方區原地面整平后壓實；填方區原地面初平壓實后再分層壓實回填，壓實度均為90%。

3.1.2 強夯處置

在路基范圍及坡腳外6m鋪設1.0m片石層，采用8 000kN·m強夯處治，最后兩擊的平均夯沉量≤20cm。夯擊遍數為2遍，第一遍夯點間距為夯錘直徑的2.5倍，第二遍夯擊點位于第一遍夯擊點之間，夯擊點正方形布置，以消除12m深度范圍內新填土變形，并形成硬殼層，增加地基承載力，減少路基沉降。

3.1.3 輕質土路基

采用容重≤6kN/m3泡沫輕質土路基減輕路基重量，降低路基對地基承載力要求，控制路基沉降變形。泡沫輕質土路基采用垂直填筑，可減少征地。

(1)強度等級：路床80cm范圍內無側限抗壓強度≥1.2MPa，路堤范圍內無側限抗壓強度≥0.8MPa。

(2)濕容重：路床80cm范圍內濕容重為6kN/m3/，路堤范圍內濕容重為5kN/m3。

(3)防排水：場地強夯后鋪設30cm厚黏層，壓實度為90%，減少雨水下滲。路基兩側設置排水邊溝，收集周邊匯水。輕質土路基底部鋪設50cm厚碎石墊層，兩側設置PVC排水管，導出路基底部積水至邊溝。

(4)施工順序：平整場地→壓路機壓實→第一遍強夯(充填片石)→場地整平→第二遍強夯(充填片石)→場地整平壓實→回填碎石→施工輕質土面板→澆筑輕質土→施工路面結構層。

3.2 工后沉降計算

3.2.1 荷載(表3)

表3 荷載一覽表

3.2.2 計算假定

8 000kN·m級夯擊能的影響深度為12m，假定10m范圍內土體為硬殼層，不計工后沉降量，僅計算10m深度以下工后沉降。

按分層總和法計算復合地基以下的土層固結沉降量：

(1)

固結沉降修正經驗系數ξ取1.2。根據地勘報告孔隙比，推測松填土最不利情況的固結壓縮的e-p曲線，采用分段擬合進行工后沉降計算。如圖1、表4所示。

圖1 沉降固結曲線圖

表4 沉降計算結果表

工后沉降S=1.2×9.9=11.88cm，小于一般路段沉降量容許值，即≤20cm，滿足規范中路基工后沉降量的要求。

3.3 工程數量及預算

工程數量及預算如表5所示。

表5 工程數量及預算表

4 結語

根據本項目的軟基處治設計方案比選及工后沉降計算，經分析總結后主要歸納以下三點結論：

(1)泡沫輕質土具有顯著的輕質性和自立性，對地基承載力和不均勻沉降要求較低，且能進行垂直填筑，減少占地。

(2)采用泡沫輕質土路堤能大幅減少路基荷載，提高路堤的穩定性和耐久性。

(3)輕質路堤填方量少，不需要大型機械，可在狹窄場地施工，具有工期短、投資省、工后沉降小及安全環保等顯著優勢。