高速公路擴建工程中泡沫輕質土路基的應用

毛 歡

（中鐵二十局集團第一工程有限公司，江蘇 蘇州 215000）

1 泡沫輕質土概述

1.1 泡沫輕質土的定義

泡沫輕質土是通過使用機械發泡方法將發泡劑與水制成均勻細小泡沫，然后按一定比例摻入水、膠凝材料、集料、外加劑等預拌混合料進行二次攪拌，澆筑硬化后形成的多孔輕質混凝土材料。

1.2 泡沫輕質土路基的優點

（1）輕質性和強度可調性。泡沫輕質土原材料一般有三種，以水泥作為主要的材料，將適當的發泡劑和膠凝材料摻入其中。因為這類材料內有很多微小的膠質氣泡，并且它們之間呈現獨立分布，對路基產生的荷載不明顯，所以能夠對路基基底的應力進行控制，防止工后沉降問題的發生。另外，通過調整膠凝材料、集料、外加劑等，可調整泡沫輕質土的強度，滿足不同的路基施工作業要求。

（2）施工的便利性。泡沫輕質土特點是自硬化和自流平。通過預拌泡沫法制成的泡沫輕質土可進行遠距離泵送，并且減少了碾壓和振搗過程，就算施工區域比較狹窄也能順利施工。澆筑施工完成之后，大約4h后就可完全固化。

1.3 泡沫輕質土路堤的基本形式

因為泡沫輕質土的特點是固化自立性，可以實現垂直填筑，所以可以將路堤設置為垂直模式。泡沫輕質土路堤道路的外立面不需要放坡，可設置為垂直，從而在道路改擴建時能夠節約大量用地，在土地資源稀缺的改擴建過程中，其優勢非常明顯。

2 公路改擴建路基沉降原因及處理措施

2.1 新舊路基沉降原因

在經歷了長時間的固結沉降和次固結沉降后，舊路基在擴寬后的沉降現象基本可以忽略，但新路基的沉降問題就很難避免。究其原因主要為以下兩個方面：（1）在新路基施工之后附加應力會不斷加大，受到荷載作用的影響，路基下基層不斷沉降，導致整個新路基發生沉降。路基的下基層在最后所形成的沉降量總值會被附加應力所影響，附加應力越大，總沉降的程度也就越深。（2）新路基在施工結束后會因為路基填料固結度不足導致沉降現象。固結度表示路基填料已產生的沉降與路基最終沉降的比值，在長時間的雨水侵蝕以及自身壓縮作用下，路基填料發生滑移和壓縮，出現不均勻的沉降現象。

2.2 有效規避新舊路基差異沉降現象的常用處理方法

對于新舊路基差異沉降的問題，當下還未找出能夠徹底解決的辦法，只能采取措施提前預防。目前在對新舊路基差異沉降方面進行控制的方法主要包括以下幾方面：（1）提高地基的承載力。在提高基地承載力方面所使用的方法有堆載預壓法、樁式復合地基處理技術、強夯法和排水固結法。排水固結法、堆載預壓法和強夯法的優勢在于經濟性較好，缺點是預壓時間較長。樁式復合地基處理技術的優勢在于時間比較短，效果也突出，缺點是造價過高，樁體的施工會側向推擠周圍的臨界結構物，影響臨界結構物的安全性。（2）提升新路基的固結強度和整體性。對路基的固結強度進行提升時，可以使用鋪設土工合成材料和提高填料壓實度標準的方法。使用這種方法一般涉及的工藝較為復雜，并且對工藝的要求很高，工期長，成本也很高。（3）利用輕質填料的方法減輕新填路基的自重，這種方法可以使軟土層的附加應力和路堤的荷載得到降低，較以往傳統方法能得到更好的實際應用效果。

2.3 利用泡沫輕質土路堤解決新舊路基差異沉降

一方面泡沫土是輕質的材料，自重不大，可以有效降低新增的地基附加應力；另一方面泡沫輕質土澆筑之后的初凝前期，其流動性較強，填充也比較密實，可以規避使用常規填料中出現的填充不飽滿的現象，施工性較強。泡沫輕質土填筑路堤的強度比常規路基大，且新路基在施工結束后的整體抗沖擊性較好，也沒有側向壓力。泡沫輕質土路堤是一個超固結的狀態，能夠減少不均勻沉降和沉降的現象，從根本上解決路堤填料本身的固結度不足、滑移或因壓縮而造成的新舊路基差異沉降的問題。

3 高速公路擴建工程中泡沫輕質土路基的應用

3.1 工程案例

某高速公路的收費廣場和部分橋頭等路段處在深厚軟土的地基中，工后的沉降現象嚴重，為了保障施工質量和建成目標，使用現澆泡沫輕質土路基的設計方式。收費廣場總長度為493.4m，路基頂面及路面的寬度為33.5～114m，泡沫輕質土路基的填方量在14m2左右。

3.1 具體應用流程

（1）原地基處理。①如果設計中包括反開挖的施工路段，就要保證只有在壓期和單月的沉降量符合要求的情況下，才能實行路基反開挖和堆載預壓土的卸載施工。②待橋臺樁基和承臺這些部位施工結束后，再進行鋼筋混凝土保護壁的施工。③在實現收費島預壓的過程中，把時間控制在90d左右為宜。需要對分層填筑施工多加注意，使壓實度從根本上符合條件。

（2）基槽開挖、防護及排水。①在進行路基基槽開挖工程時一定要保證在排水以及防水工作都完全做好之后才能正式進入施工，在基槽開挖過程中，根據不同的坡頂荷載情況、基坑深度以及坑壁土類等，合理確定放坡系數。②針對路堤的填筑高度高于3m的泡沫輕質土路段，利用鋼筋混凝土擋土墻對坡面進行防護，當擋土墻混凝土強度達到設計強度的80%時才能進行泡沫輕質土路堤澆筑的施工作業。③在雨天施工時，要對施工的所有作業面以及容易受水損壞的位置做好排水措施，可以使用不透水的彩條布或者帆布來遮蓋嚴實；同時設立臨時排水溝，防止坡面沖刷導致低處輕質土被污染。

（3）鋼筋混凝土保護壁施工。①在基礎施工時，當基坑被挖掘到一定深度，要及時檢測基坑的寬度、長度、內部平整度和承載力，檢測結果達標后才能實行立模施工和鋼筋綁扎的工序。在對混凝土正式澆筑之前，先做好鋼筋預埋工作，把控好澆筑高度，同時對澆筑面實行平整處理，每隔12h實行灑水的養護作業，使路面處于持續濕潤的狀態。②在對面板進行基礎施工完成之后實施鑿毛處理，使新舊混凝土之間得到更好的連接。在基礎混凝土施工結束后的3d后就可以進行面板施工，施工時確保面板穩定，并對高度進行嚴格把控。③對于不同的區段，應在泡沫輕質土、面板以及基礎橫斷面的最邊側設置施工縫。每隔10～15m設置一道施工縫，施工縫的寬度要保持在1cm，全斷面使用夾板或者瀝青木板進行填塞。

4 泡沫輕質土的施工重點

4.1 澆筑施工前

（1）開始澆筑泡沫輕質土前，必須首先清除填筑區的垃圾雜物，整平基底，使基底的積水和雜物被徹底清除，嚴格按照設計標準對基底地基承載力、平面尺寸進行驗收。（2）澆筑之前要依據施工現場的具體情況合理編制施工方案，單層澆筑的厚度不宜超過0.5m，在金屬網、土木柵鋪設面格以及轉區面之間應該設立澆筑分界面。澆筑區中單個澆筑區的最大澆筑面積不能大于400m2，在泡沫輕質土初凝前完成澆筑為宜。

4.2 澆筑過程中

（1）在澆筑時應該防止發生破壞和偏移的現象。為使泡沫輕質土的溢出現象得到有效規避，就必須將面板設置在側端以達到防護的目的，在頂層使用防滲土工膜實現封堵。（2）為了防止泡沫輕質土因分散性而導致氣泡消散，要嚴格把控施工中的振動程度。（3）合理選擇澆筑方向，通常是沿著澆筑區的長軸由一端朝著另外一端澆筑，也可并排澆筑施工或采用對角澆筑的方法。（4）如果需要移動澆筑管，則根據澆筑管具體擺放的位置來前后移動；若遇到特殊情況則需要左右移動。（5）澆筑臨近末尾時，必須及時根據規定抽樣檢測濕密度。

4.3 澆筑完畢后

當完成澆筑工作之后，對于沒有被固化的泡沫輕質土，必須及時采取合理措施做好保護；而對于已經實現固化的泡沫輕質土，必須做好相關的保濕工作。

5 結束語

綜上所述，泡沫輕質土的性能優點使得其被廣泛應用于高速公路改擴建施工中，不但使新舊路基差異性沉降和橋頭跳車等道路病害問題得到有效的處理，還實現了縮短工期、維護生態環境以及節約投資的效果，達到了使社會經濟效益最大化的目的。