探究泡沫輕質土在既有軟基道路擴建中的應用

顧輝

（中交第二公路勘察設計研究院有限公司，南京 210000）

1 引言

改革開放以來，我國道路工程發展迅速，從改革開放初期的5×105km 增長到如今已超過5×106km。為滿足日益增長的區域運輸需求，推動現代化經濟發展，亟須對當前眾多既有道路進行優化升級，開展擴建改造工作，以便能夠提高道路運營能力。泡沫輕質土作為當前既有軟基道路擴建中的常見材料，能夠降低舊地基與新地基間產生的差異沉降，保證道路工程受力均勻，進而提高工程運行質量，減少工程擴建投資成本。

2 項目概況

某道路工程全長7.14 km，于20 世紀90 年代建成，因受到當前社會經濟的影響，無論是道路建設思路還是施工技術水平都難以滿足現代化城市發展。通過對該道路工程的勘測結果可知，道路路基寬8 m，在軟土路基地段僅換填5 m 的厚碎石進行處理，并未進行深層處理。工程運營至今，不同地段均發生了沉降現象，局部地段累計沉降達60～70 cm，整體路況較差，破損現象較為明顯。為滿足當前道路運輸需求，需要對此道路進行擴建。由于該道路工程所處區域為水系較為發達區，全線均分布有淤泥及淤泥質軟土，不僅埋深淺還厚度大，具有抗剪強度低、壓縮性高等特點。通過對其開展室內土工試驗，對各土層的物理力學性質進行了詳細分析，具體情況見表1。

表1 某道路工程各土層的物理力學性質

3 泡沫輕質土在既有軟基道路擴建中的應用方案分析

3.1 原設計方案

在原設計方案中，對于既有軟基道路的處理主要采取塑料排水板堆載預壓方式：軟基埋深不同設置不同間距的排水板，隨后在排水板上方設置厚60 cm 的砂墊層，鋪設單向土工格柵。

在堆載預壓過程中，需要在預壓期內及時填補沉降土方，以保障預壓高度。路基填筑滿足項目要求后，相關排水固結區域要保障至少6 個月的預壓期，連續3 個月沉降浮動不得超過5 mm，滿足這一要求后才能卸載[1]。

從原設計方案情況來看，若再次擴建過程中仍沿用上述方案，將會存在以下問題：（1）對預壓時間與荷載條件要求較高，并且在堆載預壓過程中會占據較大的場地面積，無法保障工期按時交付，對周邊居民及交通工程都會造成影響[2]；（2）堆載預壓高度較高，通常為2.5 m、3 m，需要大量堆載土石方，借方和再堆放的施工組織壓力較大，且在一定程度上會影響周邊居民出行。再加上該工程既有道路軟土地基沉降多年，若安裝塑料排水管可能會對其造成影響，最終出現附著沉降。

3.2 變更后的方案

根據該工程項目建設條件、工期要求、項目需求、工程造價等需求，施工單位需要對軟土地基進行全面分析。按照圖1中的優化思路，確定換填泡沫輕質土處理方案。該方案的實施有助于實現連續施工、多區域同時作業等目標，改變原先方案中至少6 個月預壓期現象，保障施工活動能夠達到預定通車時間[3]，并且不用堆載土方等，對于周邊居民及交通運輸影響較少，有助于施工期間保障交通工程通暢。

圖1 泡沫輕質土在既有軟基道路擴建中的應用方案優化

4 泡沫輕質土在既有軟基道路擴建中的應用

相較于普通土體而言，泡沫輕質土容重較小、呈流塑狀，便于施工操作，將泡沫輕質土應用于既有軟基道路擴建中，具有施工周期短、作業面積小、施工和易性好等優點，施工單位可以連續開展填筑，無須因碾壓工程中斷其他節點施工，保障項目工程按期交付。下文詳細論述了有關泡沫輕質土在既有軟基道路擴建中的應用流程、控制要點及維修養護措施。

4.1 工藝流程

泡沫輕質土在既有軟基道路擴建中的施工流程為：測量放樣→基坑開挖→基地處理→填筑區劃分及模板安裝→填筑泡沫輕質土路基。需要注意的是，泡沫輕質土需要施工單位結合項目需求現場配置，首先運用稀釋水將發泡劑進行稀釋形成發泡液，進行處理過后將泡沫與事先準備好的水泥漿混合攪拌，最終形成泡沫輕質土應用到軟基道路中[4]。

4.2 控制要點

填筑輕質土前，施工單位需要根據現場實況對填筑層及建筑區進行劃分，并對填筑區域的雜物、積水等進行清理，以保障施工區域基底高程滿足項目設計要求，相關控制要點如下：

1）同一區域中相鄰填筑層的填筑時間差不能＜6 h，判斷標準為下層輕質土是否硬化，硬化后才能開展后續工作。

2）一定要在水泥初凝前完成填筑工作，整個填筑活動時間應＜3 h，從制備水泥漿到制造泡沫輕質土時間不能＞3 h，否則將會導致工程質量受到一定影響[5]。

3）若需要同時開展多條筑管作業，需要結合施工實況采取角式填筑或并列式填筑。

4）若在填筑過程中需要挪動填筑管，施工人員切記不能左右挪動，可沿著填筑管前后挪動。

5）在填筑輕質土過程中，需要對其濕密度、水泥漿密度以及泡沫密度進行全面檢測，各指標需要控制在±3%、±2%以及±5%。該道路工程輕質土性能指標具體情況：施工濕密度為600 kg/m3，28 d 抗壓強度≥1.0 MPa，稀釋倍率≥60，標準泡沫密度在30～50 kg/m3。

4.3 維修養護

完成泡沫輕質土填筑工作后，相關人員要對填筑情況進行驗收，保障其填筑高度達到設計高程，隨后應用塑料薄膜將其覆蓋進行保濕養護，養護時間盡量保證達到28 d，直到泡沫輕質土的養護強度，施工單位隨即開展頂部路面結構層工程。若受到工期影響，不得不縮短工期，也要保障泡沫輕質土的養護強度要達到0.6 MPa。在施工過程中嚴禁大型設備在泡沫輕質土表層走動，若不能避免該現象，相關施工人員要結合施工實況合理鋪設臨時保護層，保障設備能夠安全、穩定通行。

5 應用效果分析

5.1 室內試驗探析

5.1.1 密度測試

要預測泡沫輕質土在該工程中的運用情況，需要根據項目實況開展室內試驗，整個試驗要遵循相似原則，相關原材料配合比要與施工現場保持一致。本次室內試驗選擇的試件尺寸為200 mm×200 mm×200 mm，將其放置在溫度為20 ℃±2 ℃，相對濕度為98%的恒溫恒濕條件下進行養護，直到滿足項目設計齡期。根據試驗結果來看，該試樣的平均密度為603 kg/m3。通過這一試驗結果可知，該泡沫輕質土能夠有效滿足工程項目需求。

5.1.2 壓強測試

根據國內外專家對泡沫輕質土的室內實驗研究來看，浸水對于該材料強度無明顯影響，材料能夠保持長期穩定狀態。基于此，將泡沫輕質土應用于既有道路軟基擴建中時，需要考慮其抗壓強度，抗壓強度q 的計算方式為：

式中，q 為泡沫輕質土填筑后自立穩定的抗壓強度，MPa；F 為安全系數，在該工程中取3；γ 為換填后結構層的容重，kN/m；H 為泡沫輕質土填筑高度，m；W 為整個泡沫輕質土頂部的荷載，kN。

最終得出該泡沫輕質土的應用效果能夠充分滿足該工程項目設計要求。

5.2 現場測試分析

完成泡沫輕質土填筑工作后，測試人員利用密度測量儀對輕質土的密度進行探測，得出其平均值為606 kg/m3，相比于該施工區域的普通土質情況來看，豎向土體壓力平均降低了約65%。

在現場檢測時，將現場已經配置好的輕質土裝入尺寸為200 mm×200 mm×200 mm 的模具中進行養護，養護齡期為7 d與28 d，經過測量其抗壓強度可以發現，在7 d 時抗壓強度為0.9 MPa，在28 d 時其抗壓強度為1.49 MPa，可有效滿足該工程項目實際需求。

完成填筑工作后，施工單位需要對泡沫輕質土的外觀進行檢驗，保證外觀無任何損壞現象。在填筑8～12 h 后，輕質土的沉陷距離不能大于3 cm，開裂寬度不能大于2 mm，寬度與長度均要滿足工程設計要求。

5.3 道路檢測情況分析

為保障該道路工程安全、穩定運行，完成施工后需要對泡沫輕質土的應用效果進行分析。結合道路運行實況沿線布置沉降監測端面。根據觀測道路運行效果，將碎石子層置換為泡沫輕質土后，該道路軟土地基區域的既有道路、拓寬道路最大沉降量分別為8.85 mm 與8.92 mm，最小沉降量為0.68 mm 和7.24 mm。道路工程通車后發現新舊道路沉降差異量較小、滿足規范要求，由此可見，將泡沫輕質土應用到既有軟基擴建工程中，能夠在一定程度上降低加寬路基引起的附加應力，進而減小路基不均勻沉降變形現象，保障既有道路運行穩定。

6 結語

綜上所述，泡沫輕質土作為軟基道路擴建中的新型材料，其應用能夠改善傳統軟基擴建工程中不均勻沉降過大現象，再加上可以連續施工、操作方便等特點，被廣泛應用于擴建道路工程項目施工活動中。需要注意的是，施工單位要結合工程實況不斷優化施工方案，嚴格按照流程開展軟基道路擴建工作，做好后期泡沫輕質土的養護工作，為后續工程運營奠定基礎，保障既有道路與新建道路安全穩定運行。