氣泡輕質土在瀘定延伸線路基加寬中的應用

顧濤 王東 袁泉

摘 要：本文分析了氣泡輕質土的工程特性及其施工性能主要影響因素，以雅康高速瀘定延伸線路基加寬工程為例，介紹了傳統圬工支擋防護措施與氣泡輕質土路基加寬設計比選分析，為類似工程設計提供一條設計思路。

關鍵詞：氣泡輕質土；路基加寬；施工性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.096

1 氣泡輕質土工程特性及其應用目的

隨著我國經濟的高速發展，國內高速公路、低等級公路建設得到了迅猛發展。在工程建設時，為節約占地，提高線路利用效率，新老路線交叉及并行問題不可避免，在既有路基兩側或單側加寬路基存在因填筑填料不同而產生不均勻沉降或側向滑移等地質病害問題。采用氣泡輕質土填筑加寬路基，是一種十分高效的處理措施。

氣泡輕質土密度通常在500～1 500 kg /m?，每換填1m厚度的氣泡輕質土可減少12～14Kpa荷載，具有輕質性、容重可調性、高流動性，采用普通硅酸鹽水泥與發泡劑生成泡沫，混合后泵送澆筑，占地少，可與拌合場分離，施土簡單、快捷。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，已在道路、鐵路等工程領域得到應用。作為路基填筑材料主要用于：①減輕路基重量，控制不均勻沉降及側向滑移，減少用地；②半挖半填路基的剛度控制；③困難施土條件下的填方路基，路基的加寬等方面的應用[1-3]。

2 施工性及其主要影響因素

氣泡輕質土材料常采用泥漿泵等進行壓送澆注。其施工性能主要從氣泡輕質土的流動性、分離性和輸送性等性能進行分析。一般在滿足流動性能后，才能保證在輸送過程中不出現滯留堵塞現象，在保證流動性的前提下，還需要將澆筑后出現的材料分離控制在一定范圍內。

另外，在施工時選用的輸送設備壓力大小、設備類型選擇，如全手動式泡沫混凝土設備、半手動式泡沫混凝土設備、半自動化設備、自動化泡沫混凝土設備等，選用不同類型設備，對材料輸送效率、發泡質量、材料混合均質性等方面均有不同程度影響，從而影響到氣泡輕質土的施工性。

當流動性較好時，可能會出現分離現象，而流動性較差時，反過來又會影響流動性。因此，要取得良好的施工性能指標，就必須對分析各指標之間的相互關系。

2.1 流動性及其影響因素分析

影響流動性的主要因素為水灰比和氣泡體積量，在施工過程中，一般通過水灰比來調整氣泡輕質土的流動性能。隨著水灰比的增加，泡沫輕質土會因水泥石結構收縮和水分蒸發而產生微裂隙，大大降低其流動性能，同時也會降低泡沫輕質土的強度，甚至影響耐久性能等指標[4-5]。顧歡達曾用流動指標值[6]來研究水灰比與流動指標值之間的相互關系（圖1），并得出施工時氣泡輕質土流動指標值一般控制在（180±20）mm范圍。

影響流動性的另一因素為氣泡體積量，氣孔的形狀、尺寸大小、氣孔壁厚等影響到氣泡體積量，從而對氣泡輕質土流動性產生影響。當氣泡體積量增大時，增加了輕質土的空洞，重度降低，水泥量減少，使得氣泡輕質土流動性降低。

2.2 離析性及其影響因素分析

氣泡輕質土離析是指各種混合材料混合后因容重不同而產生的分層現象，它是控制施工性能的另一個重要指標。由于氣泡混合輕質土由大量氣泡、水泥、水、粉煤灰等膠凝材料組成，各種混合材料容重相差較大，容重大的材料在自重作用下向下沉淀，容重小的材料將在浮力作用下上浮，從而產生材料的離析。

為控制施工質量，必須將施工過程中氣泡輕質土離析控制在一定范圍內，這主要是通過調節水灰比來控制材料離析。一般隨著水灰比的增大，離析率（離析后水的體積與離析前氣泡混合漿液的體積比）也將隨之增大，而水灰比降低時將會導致漿液粘稠度增大，離析性減弱，但過低的水灰比又會使漿液和泡沫很難攪拌均勻，導致氣泡輕質土制備困難，流動變差，輸送困難。因此，工程上常用的水灰比一般控制在0.5～0.7。

3 氣泡輕質土應用案例分析

3.1 工程概況

瀘定延伸線工程位于瀘定縣境內高山峽谷區，屬于雅安至康定高速公路瀘定連接線延伸段，總長約0.85Km，路線位于四灣老滑坡體前緣，前緣坡腳緊鄰大渡河（圖2），地形橫坡陡峭，滑坡堆積層厚度80～120m，表部松散至稍密，中下部中密至密實。

本段原為G318國道，路基寬度6.5～10m不等，根據地方政府訴求借助雅康高速瀘定互通將本段延伸線打造成瀘定縣市政形象工程，將路基寬度統一為8.5m，右側增加2.5m人行道。由于受地形控制，延伸線大部分路段加寬需要采取支擋防護措施。填方直立邊坡高度一般3～12m不等。

3.2 設計及施工技術難度

根據現場調查，設計施工技術難度主要受如下因素影響：

（1）承載力較低：淺表為松散塊碎石土堆積，較為松散，地基承載力小于250Kpa；

（2）作業空間有限：地形橫坡陡峭，緊鄰大渡河，不具備大型機械作業便道平臺條件；

（3）征地難度大：加寬段施工為當地村民荒地，位于少數民族地區，征地難度極大，當地村民不允許陡斜坡上施工挖方棄土堆積于大渡河岸邊；

（4）保通壓力較大：為解決施工期間當地治安維穩目的，施工期間老路不允許全部斷道，需要保持當地村民自由出行，這個順利施工帶來較大的干擾；

（5）施工周期較短：雅康高速位于瀘定縣境內段，要求12月底必須通車試運營，而延伸線道路線型指標較低，不滿足高速車輛出收費站后進縣城需要，交通擁堵壓力極大，必須確保12月底延伸線加寬同步完成施工，在未完成征地拆遷情況下時間僅剩2個多月，施工壓力較大。

3.3 設計方案比選分析

為確定最佳設計方案，設計從技術可行性、施工難以程度、工程規模等方面進行了綜合比選分析，初步選用4種方案進行比選分析論證。

（1）擋墻方案：采用擋墻存在承載力不足，為滿足基礎襟邊要求，需對基礎進行大開挖，造成坡體擾動破壞，部分路段擋墻高達15～20m，且因基礎開挖需對原路基造成破壞，占地較多，施工周期較長，施工作業空間有限，容易造成安全事故；

（2）錨索樁板墻方案：地形橫坡較陡，擋墻基礎襟邊不足，為滿足襟邊，需將樁基加深導致抗滑樁懸臂段長達25m，此方案懸臂較長，風險較高，且施工周期較長，錨索在土體內張拉效果較差，工程費用較高；

（3）懸挑方案：采用斜支撐角鋼形式代替填土，但由于加寬段無基巖、地表土體密實不足，斜支撐結構基礎沒有有效持力層，難以支撐上部承重；

（4）輕質土方案：利用老路基右側已建擋墻為模板，在面板側增加支模，直接澆筑泡沫輕質土。為避免輕質土面側過高產生傾倒問題以及與老路差異澆筑產生斷裂錯位問題，面側采用注漿錨桿將輕質土與老路基形成整體受力。此種方案占地最小，施工周期最短，且對老路基車輛通行干擾較小。

經過比選分析，設計最終采用氣泡輕質土方案（圖3）。

工程施工從10月底開始，至12月底工程基本完成泡沫輕質土澆筑（圖4）和注漿錨桿加固工程，提前完成雅康高速公路試運營期間車輛通行的要求，大大緩解了地方政府交通管制壓力，贏得了當地政府和業主的一致好評。

4 結論

（1）氣泡輕質土具有輕質性、流動性、可調節性、自立性等工程特性，可廣泛應用于公路、鐵路、市政基坑等工程，大大縮短施工周期，提高施工質量。

（2）為使氣泡輕質土具有良好的施工性能，必須控制水灰比和氣泡體積量，一般將水灰比控制在0.5～0.7。

（3）在作業空間受限、土地十分寶貴、施工周期較短的情況下，與傳統圬工支擋防護措施相比，氣泡輕質土方案具有一定的優越性，可優先采用氣泡輕質土方案。

參考文獻：

[1]謝學欽，陳忠平.氣泡混合輕質填土技術在解決中江高速公路橋頭跳車中的應用[C].全國高速公路地基處理學研究會論文集.北京：人民交通出版社，2005：495-499.

[2]譚少華，黃正昌.氣泡混合輕質土技術在廣佛高速公路擴建工程中的應用[J].廣東公路交通，2007（01）：1-5.

[3]陳忠平，王樹林.氣泡混合輕質土及其應用綜述 [J].中外公路，

2003，23（05）：117-120.

[4]張磊蕾，王武祥.水料比對泡沫混凝土孔結構和性能的影響研究[J].建材技術與應用，2011（05）：1-3.

[5]劉偉，邢鋒，謝友均.水灰比、礦物摻合料對混凝土孔隙率的影響[J].低溫建筑技術，2006（01）：9-11.

[6]顧歡達，顧熙.影響氣泡輕質土工材料施工穩定性的因素及其試驗研究[J].巖土工程技術，2003（01）：24-27.

作者簡介：顧濤（1982-），男，工程師，主要從事地質勘察及不良巖土體設計工作。