輕質泡沫混凝土在運河路橋頭地基處理中的應用

摘要 泰州是上海都市圈的中心城市之一，地質條件復雜，軟土地基處理一直是市政道路設計的重難點，特別是在橋頭基礎處理上，由于臨河地段的泥土含水量大、強度低，處理不當會造成橋頭基礎沉降嚴重、跳車等情況，對交通的舒適性和安全性影響較大。文章結合實際工程案例應用，對泰州市政道路橋頭臺后基礎沉降，提出采用輕質泡沫混凝土處理橋臺后高填土路基，應用效果較好。

關鍵詞 輕質泡沫混凝土；軟土地基；地基處理；工后沉降

中圖分類號 U416.1 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）07-0091-03

0 引言

該項目位于長三角地區上海都市圈中心城市之一的泰州市。工程項目所在地河網密布，路網密度較高，基礎設施建設不可避免地會涉及橋頭軟土地基處理工況。隨著新技術、新材料的應用，處理橋臺后沉降的方式方法越來越多，輕質材料的應用能較好地適應復雜的建設條件，在集約土地空間、縮短項目施工工期、降低施工運維成本等方面有較好表現。

1 概述

該工程作為北部街區重要的東西向交通要道，是功能區之間的主要橫向聯系干道，并承擔外圍交通向內部交通轉換的功能，具有老城區與城郊接合部的共同特點，也是北部區域與老城區聯系的重要紐帶，對于構筑和完善泰州北部的道路交通網絡，促進北部街區的開發和建設，推動沿線土地開發利用，構筑特色景觀風貌，方便居民的生產和生活均具有重要的意義。該次報告中的運河路（海陵南路—東風北路），規劃為城市主干路，西起海陵北路，東至東風北路，全線共設置草河橋、智堡河后河橋和智堡河大橋三座橋梁，設計速度50 km/h，紅線寬度45 m，全長約1 425.7 m。

2 問題的提出

根據現場勘測報告，沿線淺部土質條件普遍較差，分別為①層表土、②層粉質黏土、③層泥質粉質黏土，該地質土層未經處理不宜作為該項目的地基持力層。

①表土：灰色～灰黃色，以飽和、松散狀的粉土及粉質黏土組成、局部含植物根莖，溝塘部位為淤泥，拆遷處為水泥地坪、磚瓦等建筑垃圾和混凝土碎塊等。總體地層土分布普遍，勘察揭示土質不均、成分雜、結構松散、為高壓縮性低強度土、工程性質較差，該土層地層厚約0.5～2.7 m。

②層粉土夾粉質黏土：灰黃色，濕～很濕，無光澤，搖振反應快，干燥強度低，韌性小，是一種以粉質為主的粉質黏土。局部夾軟塑粉質黏土，河塘部分局部缺失，一般層厚為0.50～7.50 m，屬中等壓縮性中等強度土，工程性質一般。

③層泥質粉質黏土夾粉土：灰色～灰黑色，流塑成型，略有光澤，無搖動反應，干強度及韌性中等。局部夾軟塑粉質黏土和稍密實的粉質土層，層厚比例為1/3。該土層厚度不均，一般土層厚度1.30～20.8 m，為工程性質較差的高壓縮性低強度土。

為保證設計質量，根據規范要求，對該項目軟土路基工后沉降提出如下要求：與橋臺相接處≤0.1 m。

該項目橋臺后路基最大填土高度2.2～5.8 m，地質條件較差，如采取的治理措施不當，大部分橋臺在施工后沉降難以滿足設計要求。如何處理好這部分后臺高填土的軟土路基，成為這一項目設計的難點，也成為這一項目的工作重點。

3 處理方案比選

橋臺后基礎處理初步選用復合地基或輕質材料路堤兩大類。以下對水泥攪拌樁、預應力管樁和輕質泡沫混凝土三種處理方式進行了深層次探討與對比。

3.1 水泥攪拌樁

水泥攪拌樁是通過攪拌機械將水泥等材料作為固化劑與軟土進行強制攪拌，利用兩者之間的物理化學反應，改善軟土的物理力學性質，形成與原地基復合的水泥土樁（柱）體，從而能較好地改善地基土性質，控制沉降滿足設計規范要求。采用攪拌法加固地基主要用于高液限土、強度低軟土、高壓縮性、排水性差的飽和軟黏土等地質情況。

水泥攪拌樁目前有漿噴（濕法）和粉噴（干法）兩種形式，該工程擬采用濕法工藝施工，樁長≤15.0 m，樁間距1.2 m，三角形布置，樁徑500 mm，采用標號為325號硅酸鹽水泥，摻入量為10%。水泥攪拌樁施工養護完成經檢驗合格后才可鋪設沙墊層、土工格柵，總厚度約40 cm。雙向土工格柵分別鋪于砂墊層10 cm和30 cm處，要求土工格柵材料經、緯向抗拉強度≥80 kN/m，對應伸長率≤10%[1]。

3.2 預應力管樁

預應力管樁樁位布置呈正方形，預應力管樁完成植樁后，混凝土樁帽在樁頂現澆，樁帽尺寸140 cm×140 cm

×30 cm，截面為正方形。樁帽施工完成后，鋪設碎石及兩層鋼塑格柵。鋼塑格柵材料需滿足設計要求，鋪設時控制搭接長度gt;0.5 m，并且上下層應交替錯開接縫[2]。

采用C20混凝土現澆將臺后4排預應力管樁樁帽連成一體，同時在管樁間加裝塑料排水板，以減少現有橋臺受地下水位橫向擠壓的效果。

預應力管樁預制選用6.0 m、8.0 m和10.0 m三種標準長度的施工組合，采用焊接法接樁。預應力管樁沉樁采用靜壓方式，以減少施工過程中對現有路基及沿線管線造成的沖擊。

3.3 輕質泡沫混凝土

在橋臺后路基處理段范圍內，反開挖至原地面以下1 m后換填輕質泡沫混凝土至路基頂面。路基填筑如圖1所示。

橋臺臺背填筑輕質泡沫混凝土主要利用其輕質性（該工程中可采用最小容重為6 kN/m3的輕質泡沫混凝土），減少附加應力，從而減少工后沉降。但輕質泡沫混凝土在成形前遇水會影響成形質量及成形后的密度，因此澆筑前要做好防排水工程。為了讓輕質泡沫混凝土能夠與地面很好地結合，地基及邊坡連接處也需整平。為滿足路基頂面坡度要求，設置臺階滿足縱坡坡度變化，每層臺階高差不超過50 cm，沿臺階方向各平臺長度不小于2 m[3]。

輕質泡沫混凝土每層澆筑厚度25～50 cm，在下一層澆筑前加蓋土工布進行維護，以免出現裂縫。施工中遇到雨水，在固化前需要先覆蓋輕質泡沫混凝土，以減少雨水的影響。

3.4 方案比選

采用三種地基處理方式針對不同橋梁臺后的典型地質斷面，進行工后沉降的計算，其結果見表1～3。

根據計算，三種高填土軟土地基處理方案均滿足了設計要求。由于該工程道路工期緊，沒有足夠的預壓期，同時還需考慮地基處理施工期間對周邊環境的影響，并通過對三種方案比選，得出如下優缺點。

（1）水泥攪拌樁不宜用于該工程地質條件。該工程地段存在較深的軟弱地層，采用水泥攪拌樁不經濟，樁基礎工程質量很難得到有效保證。

（2）相對PHC管樁，輕質泡沫混凝土的擠土效應小、效果更優。旋挖樁工程造價較高、且施工質量控制較差。其優點在于施工期間擠土效應較小。雖然PHC管樁成本低，但擠土效應較明顯。近年來輕質泡沫混凝土施工技術日臻完善，并積累了較多的工程實踐經驗。所以，建議橋臺后地基處理采用輕質泡沫混凝土處理。

（3）橋臺后地基處理建議采用輕質泡沫混凝土方案。綜合比較，為減少填土后的工后沉降，減少“橋頭跳車”現象的發生，綜合考慮工程方案的適用性、工程造價、施工難易度等多種因素，該項目建議采用輕質泡沫混凝土方案進行橋臺后基礎處理。

4 輕質泡沫混凝土計算原理及抗浮驗算

4.1 計算原理

該項目采用輕質泡沫混凝土代替普通路基填料。在設計計算時，如何確定基底的附加應力是該方案的重點及難點。基底附加應力計算模型如圖2所示。

基底附加應力：

PZ=HL×γL+HF×γF?S×γS （1）

式中，HL、γL——路面結構層厚度及容重；HF、γF——輕質泡沫混凝土厚度及重度；S、γS——原地面反開挖深度及素土的容重；PZ——基底附加應力。

在基底應力計算時，S取值采用地坪平均標高計算。設計時，按工后沉降不超過10 cm來控制基底應力，由此控制輕質泡沫混凝土的換填深度。計算時，路面結構重度取23 kN/m3、輕質泡沫混凝土重度取6 kN/m3，其他取18 kN/m3。

4.2 抗浮驗算

如圖3所示，h——抗浮計算水位至輕質泡沫混凝土路基底的高度（m），HF——輕質泡沫混凝土填筑高度（m），HL——路面結構層厚度（m）。設抗浮穩定系數為K，則有：

K （2）

式中，γF ——輕質泡沫混凝土、γL ——路面結構層的容重（kN/m3）。

抗浮計算結果見表4，滿足抗浮設計要求：

5 結語

該文結合泰州地區實際工程，選取典型地質斷面，通過對上述三種方案處理中的優缺點對比分析，推薦采用輕質泡沫混凝土方案為該項目高填土軟土路基處理方案。實踐證明臺后處理效果較好，可以供同類工程參考和借鑒。

參考文獻

[1]羅俊. 混凝土攪拌樁在地基處理中的應用[J]. 建筑工程技術與設計， 2014（34）： 1134.

[2]卞愛國， 周雪燕. 公路工程中管樁施工工藝的研究[J]. 現代交通技術， 2005（1）： 33-35.

[3]周孔. PHC管樁在臨港新城市政道路橋臺后高填土路基處理中的應用[J]. 城市道橋與防洪， 2017（6）： 78-80.