泡沫輕質(zhì)土在路堤工程中的應(yīng)用研究

郭繼紅

(沈丘縣公路局，河南 周口 466300)

1 泡沫輕質(zhì)土的路用性能分析

泡沫輕質(zhì)土是一種性能良好的輕質(zhì)填土材料，相比傳統(tǒng)填土材料，其具有輕質(zhì)性、流動(dòng)性、隔熱性及強(qiáng)度可調(diào)節(jié)性等特點(diǎn)，為了更全面地了解泡沫輕質(zhì)土的特性，本文僅針對(duì)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度進(jìn)行分析。

1.1 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

為驗(yàn)證泡沫輕質(zhì)土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，在養(yǎng)護(hù)條件達(dá)到28 d的情況，通過SANS萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)(見表1)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)繪制水固比對(duì)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響關(guān)系圖。經(jīng)分析可知，水固比越小，泡沫輕質(zhì)土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度越大。對(duì)于泡沫輕質(zhì)土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度而言，水固比是最重要的一個(gè)影響因素。隨著水固比的不斷降低，泡沫輕質(zhì)土的原材料水泥用量將隨之增加，但水的用量卻在減少，這種情況下，將會(huì)導(dǎo)致孔隙率減小。泡沫輕質(zhì)土強(qiáng)度主要源于自身的膠凝效果，因此，必須合理控制泡沫輕質(zhì)土的抗壓強(qiáng)度，一般為1.5 MPa以上。因此，如表1所示，A1、A2組均達(dá)不到要求，無需考慮。

表1 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

1.2 抗折強(qiáng)度

抗折強(qiáng)度可以反映泡沫輕質(zhì)土的韌性，也是泡沫輕質(zhì)土力學(xué)性能中一項(xiàng)關(guān)鍵性的衡量標(biāo)準(zhǔn)。采用抗壓抗折一體化試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行抗折強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。由此可知，水固比越小，泡沫輕質(zhì)土的抗壓強(qiáng)度越大。相比其28d齡期下的抗壓強(qiáng)度，泡沫輕質(zhì)土的抗折強(qiáng)度僅為其1/3，兩者之間具有明顯的線性關(guān)系。

2 工程概況

某公路工程屬于互通匝道工程，影響樁號(hào)為BK0+000-BK0+114。本工程分為A、B兩個(gè)匝道，兩個(gè)匝道邊坡最大高度分別為44 m、32 m；中心最大填高分別為37 m、27 m，均分4階填筑，按照由上到下的順序，坡率依次為1：1.5、1：1.75、1：2.0，防護(hù)形式均為拱形骨架。目前，本填方路堤段下部二階填筑工作已完成，當(dāng)施工上部二階時(shí)出現(xiàn)病害問題，施工到這個(gè)階段填筑高度與路床頂面相距2.0 m左右。在多天連續(xù)降雨的作用下，路堤填筑含水率較高，已嚴(yán)重影響施工質(zhì)量。

在降雨因素制約下，有張拉裂縫、斜向裂縫等出現(xiàn)于B匝道填方區(qū)頂部及坡面位置。按照勘查情況，可將路堤病害分為2段，即BK0+000-BK0+030(B1區(qū))、BK0+030-BK0+090(B2區(qū))，其中B1區(qū)填方高，具有較大附加應(yīng)力，坡腳應(yīng)力集中，已經(jīng)產(chǎn)生擠壓變形情況，當(dāng)前坡體中下部為病害高發(fā)處。B2區(qū)下方為薄填，具有較高臨空面，且病害已出現(xiàn)于坡體前后緣，若治理不及時(shí)，將加劇病害，引發(fā)整體失穩(wěn)。經(jīng)多方商議，決定采用泡沫輕質(zhì)土進(jìn)行施工處置。

3 泡沫輕質(zhì)土路基填筑施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 施工準(zhǔn)備

施工前，根據(jù)工程地質(zhì)情況和設(shè)計(jì)要求，編制詳細(xì)、合理的施工組織方案。澆筑前要清理干凈施工區(qū)域內(nèi)基底雜物，不得存有積水等情況。并根據(jù)經(jīng)濟(jì)性原則，在適當(dāng)距離設(shè)立泡沫輕質(zhì)土現(xiàn)場(chǎng)制作拌和站，備好施工所需的各類材料，如模板、鋼筋等。同時(shí)，采用施工保護(hù)面板，構(gòu)建一個(gè)封閉的澆筑區(qū)域。設(shè)備產(chǎn)能要求如表2所示。

表2 設(shè)備產(chǎn)能要求

3.2 施工工藝

3.2.1 泡沫輕質(zhì)土的拌和制作

泡沫輕質(zhì)土制作設(shè)備智能化化效果好，具有智能計(jì)量功能，可實(shí)時(shí)對(duì)拌和階段原材料的用量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，保證原材料用量始終滿足施工設(shè)計(jì)要求。在整個(gè)拌和過程中，應(yīng)保證均勻拌和，一般情況下，在泡沫輕質(zhì)土原材料制作當(dāng)中，靜置時(shí)間需控制在2 h以內(nèi)。

3.2.2 澆筑

填平區(qū)放坡開挖至泡沫輕質(zhì)土設(shè)計(jì)標(biāo)高2 m以上，整理出施工平臺(tái)。隨后進(jìn)行施工基坑開挖，并碾壓基底土層，在93%以上控制壓實(shí)度，保證承載力在160 kPa以上。將級(jí)配碎石層鋪設(shè)在底板底部，厚度為20 cm，相比底板寬度，兩側(cè)可多出50 cm左右。

1)施工第一階底板及側(cè)板部位，可澆筑C30混凝土，厚度分別為30 cm、20 cm，并將鋼筋網(wǎng)設(shè)于中部，尺寸為8@10 cm×10 cm。拉結(jié)預(yù)埋，長(zhǎng)度為1.5m，間距為0.75 m×1.0 m，0.2 m為彎頭長(zhǎng)度。第一階泡沫輕質(zhì)土澆筑時(shí)，可在0.5～1.0 m控制單層澆筑厚度。

2)施工第一階頂板、第二階側(cè)板部位，與此同時(shí)，可對(duì)第二階澆筑泡沫輕質(zhì)土，隨后依次完成其他階的澆筑。并將8@10 cm×10 cm鋼筋網(wǎng)鋪筑到底部及路面底基層底面以下50 cm，同時(shí)在每一階頂部及其上0.5 m處也要鋪筑一層。此外，還要將一層防滲土工膜鋪筑到泡沫輕質(zhì)土頂面。澆筑現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。

圖1 泡沫輕質(zhì)土現(xiàn)場(chǎng)澆筑

3.2.3 養(yǎng)護(hù)

泡沫輕質(zhì)土澆筑硬化成型之后，若強(qiáng)度仍無法滿足設(shè)計(jì)要求，無法直接使用。特殊情況下，若需使用，需將臨時(shí)保護(hù)層鋪設(shè)其上，且厚度超過50 cm。一般情況下，當(dāng)泡沫輕質(zhì)土澆筑高度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高規(guī)定，便可做保濕養(yǎng)護(hù)處理。當(dāng)泡沫輕質(zhì)土抗壓強(qiáng)度在0.5 MPa以上時(shí)，即可施工路面。

3.3 施工質(zhì)量檢測(cè)與控制

3.3.1 現(xiàn)場(chǎng)控制指標(biāo)

為保證施工質(zhì)量，必須做好人員、材料、設(shè)備等管理與控制。嚴(yán)格遵循“四定”原則，“定人、定機(jī)、定崗、定責(zé)”，提前做好機(jī)械設(shè)備試機(jī)工作，保證設(shè)備始終處于良好運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)于施工原材料，要做好抽檢工作，待確保質(zhì)量合格后才能用于施工。此外，在整個(gè)施工過程中，還要詳細(xì)、認(rèn)真記錄各項(xiàng)施工事項(xiàng)，做好現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制。根據(jù)泡沫輕質(zhì)土施工要求，現(xiàn)場(chǎng)控制主要指標(biāo)如表3所示。

表3 現(xiàn)場(chǎng)控制指標(biāo)

3.3.2 工后質(zhì)量檢測(cè)

本工程路面結(jié)構(gòu)層完工2年后，對(duì)路面情況進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)可知，泡沫輕質(zhì)土路基工后總沉降量為11 cm，1.0 mm為日最大沉降速率，符合規(guī)定要求(<5 mm/d)。整體來講，泡沫輕質(zhì)土路基工后沉降量不大，且路基基底壓力、沉降量逐步趨向穩(wěn)定，路基整體狀況良好，路面平整。由此表明，在軟基處理中泡沫輕質(zhì)土應(yīng)用效果良好。

4 結(jié)語

軟土路基具有壓縮性高、承載力差等特點(diǎn)，在車輛荷載長(zhǎng)期作用下，軟土路基段很容易出現(xiàn)不均勻沉降和側(cè)向變形的問題，從而引發(fā)路面下陷、開裂等病害，嚴(yán)重影響公路使用壽命和行車安全。因此，必須重視軟土路基處理。泡沫輕質(zhì)土作為一種性能良好的輕質(zhì)填土材料，相比傳統(tǒng)填土材料，其具有輕質(zhì)性、流動(dòng)性、隔熱性及強(qiáng)度可調(diào)節(jié)性等特點(diǎn)，將其用于公路軟基處理施工當(dāng)中，可有效提高地基承載力，減少地基沉降變形，提高工程施工質(zhì)量。