泡沫輕質(zhì)土在公路改擴建工程中的應(yīng)用研究

林志超

（福建路信交通建設(shè)監(jiān)理有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和國民生活水平的不斷提高，公路交通流量急劇增加，大部分公路目前無法滿足交通流量的需求，需要緊急擴大公路的交通流量。解決交通流量激增的主要方式有兩種：一種是在原有公路附近新建一條公路；另一種是以原有公路為基礎(chǔ)進行改建和擴建。新建公路需要很長時間，費用成本高，場地資源大，會影響道路交通網(wǎng)的分布，因此，對原有公路進行改擴建成為解決公路交通緊張問題的最有效的方式。但是在道路改擴建過程中，會遇到了很多棘手的問題，如：投入使用的道路經(jīng)過長時間的運營，逐漸發(fā)生沉降，在路基加寬段落，原來的路基邊緣新填筑的土石方也會在道路交通負荷作用下，會產(chǎn)生新的沉降。這樣一來，新舊路基之間就會發(fā)生不均勻沉降，最終導致路基變形或者道路出現(xiàn)裂縫等問題，給公路的正常通行及行車安全帶來嚴重的問題和危害。本文通過長樂區(qū)營濱路提升改建工程泡沫輕質(zhì)土在公路上的實際應(yīng)用，分析解決公路在改擴建過程中遇到的問題，從而保障改擴建公路在后期投入使用過程的正常運行。

1 公路改擴建工程項目簡介

長樂區(qū)營濱路項目起點位于省道203 線營前街道長安路口，路線經(jīng)營前、首占、玉田、羅聯(lián)、古槐、江田等6 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）26 個行政村（居），終點位于省道201 線濱海工業(yè)集中區(qū)力恒錦綸科技有限公司南側(cè)。道路全長25.233km，道路標準為雙向六車道、二級公路部分路段按城市主干道標準建設(shè)，設(shè)計速度60km/h。主要施工內(nèi)容包含軟基、路基、路面、橋涵（缺陷修復）、市政管線（雨污、照明等）、景觀綠化等全部內(nèi)容。根據(jù)工期要求，計劃2020 年4 月1 日開工，經(jīng)分析測定，該工程計劃工期為150d（如遇施工條件不具備或主材供應(yīng)不及時及其他不可抗力原因造成誤工，工期順延）。

本項目選用福建水泥股份有限公司（建福牌）P·O42.5 水泥，發(fā)泡劑：廣東首誠SC-1，設(shè)計泡沫輕質(zhì)土的容重等級為W6，5.5kN/m3≤濕容重≤6.5kN/m3；200mm≥流動值≥160mm。10cm×10cm×10cm 立方體試塊28d 強度為1.2MPa，本次設(shè)計鋼絲網(wǎng)位置為距離泡沫頂和泡沫底0.5m 位置各設(shè)置一層鋼絲網(wǎng)，填筑高度低于1m 路段只設(shè)置一層鋼絲網(wǎng)，鋼絲網(wǎng)規(guī)格為Φ3.2，10cm×10cm。

2 泡沫輕質(zhì)土的特性

泡沫輕質(zhì)土是一種利廢、環(huán)保、節(jié)能、低廉且具有不燃性的新型建筑節(jié)能材料。泡沫輕質(zhì)土主要是發(fā)泡劑、水、水泥等一系列材料按照一定的比例混合攪拌所組成的微孔類輕質(zhì)材料。

泡沫輕質(zhì)土中含有大量氣泡，因此其單位重量較小，公路工程中容重范圍一般為4～8kN/m3，具有良好的輕質(zhì)性。強度范圍一般為0.5～2.5MPa 之間，具有一定的抗壓性。泡沫輕質(zhì)土澆筑多采用管道泵送的方法，水平泵送距離500m，垂直泵送高度為30m，具有較強的流動性能。一般用水泥作為固化劑，泡沫輕質(zhì)土澆筑后，經(jīng)過5h 左右就可以達到固化效果，從而讓泡沫輕質(zhì)土具有良好的凝結(jié)自立性（無側(cè)壓力）。泡沫輕質(zhì)土還具有施工便捷性的特點，施工過程中無需振搗、無需碾壓，特別適合在機械設(shè)備或施工人員不便進入的狹窄區(qū)域內(nèi)，或者在施工期限短、長距離的特殊情況下進行施工，靈活便捷。

3 泡沫輕質(zhì)土在公路擴建工程中的應(yīng)用

3.1 路面的加寬

目前國內(nèi)公路改擴建項目中，通常以原有的路基為基礎(chǔ)，直接向路基邊緣外部延伸，填筑普通路基材料。在改建公路的運營過程中，新路基和舊路基之間，連接處可能會出現(xiàn)沉降問題。而利用泡沫輕質(zhì)土作為道路路基填筑材料，就可以有效緩解這種情況發(fā)生。泡沫輕質(zhì)土在公路擴建中的應(yīng)用優(yōu)勢：（1）當土質(zhì)不穩(wěn)定，公路路基承載能力較弱的時候，泡沫輕質(zhì)土在一定程度上可以減少荷重，不僅能減小新老路基的沉降差異，還能大幅度減輕對路基兩側(cè)建筑物結(jié)構(gòu)的破壞，有效地減少了高速公路建設(shè)費用及運營過程中的維修費用；（2）采用管道泵送方式，有效減少了施工場地空間占用，不會妨礙正常的交通運行；（3）施工方便，無需振動和壓實的過程，施工周期較短；（4）節(jié)約用地，降低成本。

3.2 橋頭跳車問題

近幾年橋頭跳車問題是一個較為常見的技術(shù)難題。根據(jù)不完全的統(tǒng)計，因橋頭跳車所產(chǎn)生的病害修理費用占公路的病害總修理費用的一半以上。產(chǎn)生橋頭跳車的原因就是橋臺沉降小，橋頭路堤沉降大，造成橋臺與路堤間的沉降差。因此，解決橋頭跳車問題的關(guān)鍵就是過渡段要符合連續(xù)性和沉降均勻性。根據(jù)橋頭跳車原因結(jié)合泡沫輕質(zhì)土的工藝特點，在過渡段使用泡沫輕質(zhì)土材料，可以在一定程度上降低該病害的發(fā)生。其主要優(yōu)點如下：（1）泡沫輕質(zhì)土的強度介于水泥混凝土和路基土材料之間。其強度換算的CBR 值遠大于規(guī)范要求的路基填料的CBR 值，使路基具有更好的抗壓性能。（2）泡沫輕質(zhì)土的輕質(zhì)性，減輕了路基的整體荷載，可達到控制路基沉降的目的，對改擴建公路的路基穩(wěn)定有積極作用。

3.3 陡坡路段的填筑

目前，道路路線設(shè)計時對施工安全、環(huán)境保護等的重視度不高。特別是陡峭或陡峭的曲線段等地形復雜的山間地區(qū)，在道路施工中，大部分都嚴重破壞了自然生態(tài)環(huán)境。利用泡沫輕質(zhì)土鋪設(shè)這種路段的路基，可以較大程度地保護環(huán)境：（1）可以有效減輕在填土過程中產(chǎn)生的負荷，降低土體本身的滑動或者位移的情況，提高路基的防滑穩(wěn)定性能；（2）充分利用原有公路的地形、地勢，減少對生態(tài)環(huán)境的破壞；（3）對擋土結(jié)構(gòu)作用力小，有效簡化擋土結(jié)構(gòu)，對公路施工帶來了方便，施工過程中也無需對泡沫輕質(zhì)土進行壓實處理，節(jié)省路基處理程序，從而縮短工期。

3.4 路基填筑材料

通過設(shè)計負荷的計算，確定泡沫輕質(zhì)土的單位重量、抗壓強度和軟土路基的換填高度，使更換后的路基處于超固結(jié)狀態(tài)。以泡沫輕質(zhì)土為公路路堤填筑材料，可以降低對地面附加應(yīng)力，避免了路基的不均勻沉降，增加道路的安全穩(wěn)定性能。此外，泡沫輕質(zhì)土材料可以用作熔巖地面或地下空間的填埋場材料，像隧道口或者有陡坡峭壁急轉(zhuǎn)彎的公路都可以采用泡沫輕質(zhì)土材料進行地基填筑。

長樂區(qū)營濱路提升改建工程泡沫輕質(zhì)土施工工藝流程如下：

基槽開挖→基礎(chǔ)壓實→30cm 厚碎石砂墊層→透水土工布→施工現(xiàn)澆砼板→泡沫輕質(zhì)土拌和制作→泡沫輕質(zhì)土輸送與澆筑→養(yǎng)護。具體施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

4 營濱路提升改建工程泡沫輕質(zhì)土施工案例分析

4.1 特殊路基加寬

（1）泡沫輕質(zhì)土穩(wěn)定性：通常情況下在用地具有限制的路段，可以采用一定擋墻結(jié)構(gòu)物質(zhì)對軟土材料進行抵擋，防止軟土的側(cè)移。而運用泡沫輕質(zhì)土材料進行軟基路段路基施工，由于泡沫輕質(zhì)土固結(jié)后無側(cè)壓力，可以有效減少對擋墻的設(shè)置，從而減少工期，還能提高路基穩(wěn)定性。

（2）泡沫輕質(zhì)土輕質(zhì)性：泡沫輕質(zhì)土材料本身容重較小，相對于傳統(tǒng)路基填筑材料，泡沫輕質(zhì)土的密度還不及其一半。從而在施工中采用泡沫輕質(zhì)土可以有效減小對原公路路基的附加應(yīng)力，可以更好地控制路基沉降。

4.2 泡沫輕質(zhì)土的制作

（1）泡沫輕質(zhì)土拌合機具有原材料計量自動化功能，在制作攪拌過程中，要隨時調(diào)節(jié)水泥漿和泡沫的流量，從而讓泡沫輕質(zhì)土具有較好的強度和流動性。

（2）在泡沫輕質(zhì)土的攪拌中要嚴格根據(jù)設(shè)計的配合比參數(shù)進行摻加計量，保證計量精度，見表1 所示。

表1 配合比計量精度

（3）在泡沫輕質(zhì)土制作攪拌過程中要確保攪拌均勻性，從而讓泡沫輕質(zhì)土可以更好地成型。

（4）發(fā)泡劑應(yīng)對環(huán)境無影響。泡沫輕質(zhì)土的氣泡群運用發(fā)泡設(shè)備提前制作，試驗測定的氣泡群質(zhì)量應(yīng)符合如下規(guī)定：氣泡密度在48～52kg/m3；標準氣泡柱靜止1h 的沉降距不應(yīng)大于5mm；標準氣泡柱靜止1h 的泌水量不應(yīng)大于25m1。

4.3 泡沫輕質(zhì)土強度測試

在泡沫輕質(zhì)土制作完成后應(yīng)做7d 和28d 無側(cè)限抗壓強度檢測，并將14d 無側(cè)限抗壓強度作為參考依據(jù)。而強度的檢測頻率為每工作日3 組進行，在置于20℃以上的環(huán)境中，無側(cè)限抗壓強度檢測可以參考GB50081～2002《普通混凝土力學性能試驗檢測方法標準》。在泡沫輕質(zhì)土無側(cè)限抗壓強度達到75%的時候，對面板外側(cè)基坑進行分層回填碾壓，碾壓的壓實度不小于90%，在無側(cè)限抗壓強度達到標準設(shè)計強度的時候，需作砼防撞護欄、人行道欄桿等安全設(shè)施。

5 結(jié)束語

泡沫輕質(zhì)土是近年我國引進的新型施工技術(shù)，在很多工程領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用，尤其是在軟基處理中運用較廣且效果顯著。本文根據(jù)長樂區(qū)營濱路提升改建工程泡沫輕質(zhì)土施工方案應(yīng)用，得到如下結(jié)論：（1）可以有效緩解因沉降差異產(chǎn)生的橋頭跳車問題，提高了公路的安全穩(wěn)定性；（2）可以有效縮短施工工期，施工便捷，節(jié)約空間，可以減少拆遷工程量，從而有效保護生態(tài)自然環(huán)境；（3）可有效緩解土壓力，降低基底應(yīng)力，有效控制工后沉降，從而降低工程后期的維修費用，具有較高的經(jīng)濟優(yōu)勢。