氣泡輕質土在既有高速鐵路路基加寬工程中的應用

趙新宇（石濟鐵路客運專線有限公司，河北石家莊　050051）

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氣泡輕質土在既有高速鐵路路基加寬工程中的應用

趙新宇
（石濟鐵路客運專線有限公司，河北石家莊050051）

摘要利用氣泡輕質土加寬既有高速鐵路路基可有效減輕路基填筑荷載，從而減少路基加寬導致的原路基的附加沉降和側移，并能縮短施工工期，保證工程質量。本文分析了泡沫輕質土的工程特性、材料使用要求和材料性能的影響因素，并結合某高速鐵路車站路基加寬應用實例闡述了輕質土路基設計及施工關鍵技術。監測結果表明，氣泡輕質土加寬路基對既有路基產生的影響輕微，效果良好。

關鍵詞高速鐵路；路基加寬；氣泡輕質土；沉降控制

我國高速鐵路建設時，為節約用地，提高線路利用效率，新老線路交叉及并行問題不可避免。但在既有高速鐵路路基兩側新建路基可能導致原有的路基產生附加沉降甚至側移。由于既有線路的允許工后附加沉降及側移量非常小，因此既有高速鐵路路基的加寬成為一個難題。輕質材料路基尤其是氣泡輕質土的應用為解決此問題提供了有效方法。

氣泡輕質土密度通常在300～1 300 kg/m3，僅為路基土質填料的1 /5～1 /3，具有輕質性、密度可調性，采用普通硅酸鹽水泥與發泡劑生成泡沫，混合后泵送澆筑，取材容易、施工簡單。該材料還具有固化后自立性、低彈減震性、耐久性、隔熱及抗凍融性、環保性等優點，已經應用在建筑工程、道路工程等多個領域。作為路基填筑材料主要用于：①減輕路基重量，控制沉降，減少側向土壓力，收攏坡腳，減少用地；②過渡段沉降變形控制；③半挖半填路基的剛度控制；④困難施工條件下的填方路基，路基的加寬等方面的應用［1-3］。不同的應用領域已經形成了多個標準［4-6］。

1氣泡輕質土性能的主要影響因素

輕質土為多孔結構，強度除了受發泡劑形成的氣孔形狀影響外，還受孔壁材料強度和氣孔的孔隙率（氣泡引入量）影響。對于同一強度的水泥漿，強度主要受水灰比影響。水泥凈漿的水灰比和泡沫摻入量是影響材料性能的2個重要因素。

1. 1水灰比對輕質土性能的影響

水灰比的降低能減少空洞，提高強度，但水泥用量增加導致成本增加。水灰比過低時導致漿液粘稠，流動性較差，使得漿體與氣泡混合過程中泡沫易于破裂匯聚，造成泡徑不均勻。同時由于用水量過少，使水泥水化反應不完全，造成強度增長受限。水灰比過高，泡沫輕質土會因為水泥石結構收縮和水分蒸發而產生微管和裂縫，而且硬化后多余的水也會在水泥石中形成大量不同孔徑的孔隙。這些都會降低泡沫輕質土的強度，甚至影響耐久性能等指標［7-8］。為了提高漿體的流動性能，保證水泥漿體與泡沫充分混合均勻，使泡沫均勻地分布于體系中，則需要確定合理的水灰比。

400 kg/m3濕密度時氣泡輕質土抗壓強度隨水灰比的變化曲線見圖1。可見隨著水灰比的降低強度逐漸增加，強度最大時水灰比約0. 3，隨后由于用水的減少，漿液與泡沫很難攪拌均勻，強度降低。實際施工時，水灰比過低導致氣泡輕質土制備困難，流動性差，輸送困難。因此目前施工常用的水灰比一般為0. 5～0. 7。

圖1　氣泡輕質土抗壓強度與水灰比關系曲線

1. 2氣泡摻入量對輕質土性能的影響

氣泡輕質土的主要強度是靠孔壁的支撐作用產生的，氣孔的形狀、尺寸、氣孔壁的組成成分、壁厚等決定了氣泡混凝土的性能。氣泡引入量大時增加了輕質土中的空洞，使輕質土重度降低，減少了水泥的用量。氣孔含量增加減小孔壁厚度，使強度降低。

氣泡輕質土抗壓強度隨干密度的變化曲線見圖2。鐵路路基用氣泡輕質土強度通常為0. 8～4. 0 MPa，對應的干密度為450～700 kg/m3。

圖2　氣泡輕質土抗壓強度與干密度關系曲線

2　氣泡輕質土的現場應用

2. 1工程概況

某高鐵車站利用既有車站作為新線車站，進入車站后需要新增2站臺和6股道。既有車站路基高度約7 m，新增站臺填方高度最大約8. 3 m，軌道下填方高度約6. 3 m。由于新增站臺及線路緊貼既有運營高鐵線路，采用常規的填方施工方法不可行。主要有2個難點：①填方高度大，新填方的附加荷載直接作用在坡面及坡腳，對既有線路產生附加應力，導致不均勻沉降。②常規的填方方案需進行機械振動碾壓，施工過程對既有線路擾動較大，可能會引起既有線路的沉降變形。

2. 2路基填筑方案

為保證既有運營高鐵的安全，通過增強地基的處理方法已經不能解決運營線路的附加沉降問題。選用氣泡輕質土進行填筑，可以降低加寬路基的附加應力，同時避免施工對既有線路的擾動。

氣泡輕質土加寬路基的設計斷面見圖3。既有線路坡腳仍然采用預應力管樁加固，樁間距2. 0 m，正方形布置，應力影響線之內預應力管樁30 m長，樁頂設置0. 15 m厚碎石墊層，碎石墊層頂設置0. 5 m厚C35鋼筋混凝土板。氣泡輕質土的主要設計參數見表1。

圖3　氣泡輕質土加寬路基設計斷面

表1　泡沫輕質土路基施工濕密度及強度

2. 3施工技術

輕質土澆筑前根據施工現場邊界條件先進行澆筑區、澆筑層劃分，檢查基底確保無雜物、無積水，基底高程滿足設計要求且應符合3點要求：①單個澆筑區頂面面積最大不應超過400 m2，單個澆筑區長軸方向長度不宜超過20 m；②相鄰澆筑區用1. 8 cm厚的木夾板支擋間隔分縫，木夾板為臨時支檔模板并兼作變形縫填充物，不得抽掉；③單層澆筑層的厚度宜控制在0. 3～1. 0 m，輕質土路基頂部0. 8 m厚度須作為獨立的澆筑層，每層應一次性澆筑完畢。

施工控制要點：①當氣溫不低于15℃時同一區段上下相鄰澆筑層澆筑間隔時間最短可按8 h控制，否則澆筑間隔時間應不低于12 h；②單個澆筑層的澆筑時間應控制在2 h內；③應沿澆筑區長軸方向自一端向另一端澆筑，如采用1條以上澆筑管澆筑時則可并排地從一端開始澆筑，或采用對角澆筑方式；④澆筑過程中當需要移動澆筑管時應沿澆筑管放置的方向前后移動而不宜左右移動，澆筑管如確實需要左右移動，則應盡可能將澆筑管提至當前已澆筑輕質土表面后再移動；⑤澆筑過程中澆筑管出料口盡可能置于當前澆筑面以下，在掃平表面等情況下澆筑管出料口離當前澆筑面的距離不宜高于1. 5 m。

3　現場監測結果

為保證線路運營安全，在第5～7股道沿路線方向布置3條測線，沿線布設自動監測點。每一個監測點上安裝位移計，每一個位移計安裝于軌道底板下路基封閉層混凝土上。監測結果顯示：第5，6，7道的最大沉降量分別是1. 43，1. 80，1. 86 mm，最小沉降量分別為0. 09，0. 09，0. 03 mm。可見，本次路基加寬施工引起既有線沉降輕微，采用氣泡輕質土加寬填筑保證了既有高速鐵路的安全。

4　結語

利用氣泡輕質土加寬既有高速鐵路路基可有效減輕新路基填筑荷載、減少路基加寬導致的原路基的附加沉降和側移，并能縮短施工工期，保證工程質量。本文結合某客運專線車站路基加寬應用實例，總結提出了輕質土路基設計及施工關鍵技術。既有線路基加寬氣泡輕質土路基填筑監測結果表明：氣泡輕質土路基可以降低加寬路基引起的附加應力，減小既有路基的沉降變形，同時避免了施工對既有線路擾動。采用氣泡輕質土加寬既有線路基方案是合理的。

參考文獻

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（責任審編葛全紅）

Application of Foamy Lightweight Soil in Subgrade Widening of Existing High Speed Railway

ZHAO Xinyu
（Shijiazhuang - Jinan Railway Passenger Dedicated Line Co.，Ltd.，Shijiazhuang Hebei 050051，China）

AbstractFoamy lightweight soil was used to widen existing high speed railway subgrade，effectively reducing the filling load of the new roadbed and the additional settlement and lateral displacement of old roadbed，shortening construction period and ensuring project quality. In this paper，the factors affecting characteristics of the foamy lightweight soil，material properties and requirements were analyzed. T he application to station subgrade widening was introduced to demonstrate lightweight soil design and construction. T he monitoring results show that the foamy lightweight soil in the subgrade widening has little side-effect on the existing subgrade.

Key wordsHigh speed railway；Subgrade widening；Foamy lightweight soil；Settlement control

中圖分類號TU528. 2；U418. 5

文獻標識碼A

DOI:10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 06. 26

文章編號：1003-1995（2016）06-0096-03

收稿日期：2016-04-11；修回日期：2016-04-25

作者簡介：趙新宇（1962—），男，高級工程師。