氣泡輕質土對于道路擋墻變形的加固處理

呂全綱、雷鵬

（中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢 430052）

0 引言

20 世紀90年代至今，我國交通建設行業蓬勃發展，一些傳統材料、工藝逐漸難以滿足工程建設的發展，對于新材料、新工藝的需求越來越迫切。氣泡輕質土相較于一般路基填料，具有密度小、質量輕、強度大、自立性好、耐久性強、良好流動性、施工速度快及節能環保等特點，廣泛應用于道路改擴建、高填方、軟基處理及擋墻填筑等工程建設領域。本文借助廈漳同城大道一期工程扶壁式路肩墻變形加固處理，論述氣泡輕質土的施工工藝及質量檢測。

1 工程概況

1.1 擋墻變形路段的設計概況

廈漳同城大道一期工程為城市快速路，設計時速80km/h，路線全長為4.6km，起訖樁號為K7+400—K12+000，采用主路、輔路分離方式建設。輔路FK0+035.113—FK0+053.46 左側和主路K9+194.238—K9+377.780 右側緊貼改路1，改路1 道路頂面寬度6m，且標高與現狀魚塘的塘埂保持同高；而輔路FK0+035.113—FK0+053.46 左側和主路K9+194.238—K9+377.780 高出改路1 的高度約5.5～7.2m。受到道路紅線限制無法放坡施工，故需設置扶壁式路肩墻，墻高為6.5～8.5m 之間。

1.2 地質概況

路線走廊帶經過沖海積平原地貌區，主要分布于九龍江兩岸或附近，地形起伏較小，凸岸以堆積作用為主，凹岸以侵蝕作用為主。場地區域范圍內高程一般在0～6m 之間（黃海高程），道路沿線有大量的魚塘、蝦塘和藕塘等，沿線軟土等不良地質非常發育。地層依次為：人工雜填土、素填土（大部分為粉質黏土，局部有瓦礫等建筑垃圾）、淤泥（主要分布在淤泥灘和溪溝、魚塘表層）或淤泥質土、粉細砂、粉質黏土、中細砂。

FK0+035.113—FK0+053.46 左側和K9+194.238—K9+377.780 路段表層為0～4.0m 厚素填土；其下為1～7.6m 厚淤泥，呈流塑狀態，腐殖質多且有腥臭味，含水量高，天然地基承載力特征值約為45kPa，為高壓縮層；其下為粉質黏土，呈可塑狀態，天然地基承載力特征值為260kPa，可用作路基的持力層；再下為中砂，中密～密實狀態。

1.3 原施工圖地基處理設計

原K9+194.238—K9+377.780 路段扶壁式路肩墻地基使用CFG 樁處理，采用正方形布樁形式，樁身直徑40cm，CFG 樁長度及間距分別為15.0m、1.5m；而非扶壁式路肩墻部分則采用水泥攪拌樁處理，采用正三角形布樁形式，樁身直徑50cm，CFG 樁長度及間距分別為10.5m、0.5m。

1.4 地基處理變更設計

在K9+194.238—K9+377.780 路段，檢測單位對現場已施工水泥攪拌樁28d 齡期取芯檢測，發現在淤泥中的取芯率較低，芯樣松散，樁身強度最小值僅為0.3MPa，不合格率為80.4%，難以滿足設計和規范要求。鑒于此，在擋墻底部內側增加兩排CFG 樁，在坡腳外側增設一排CFG 樁進行加強。經計算，運營期考慮地震荷載作用路基穩定性系數達到了1.205，滿足規范要求，如圖1 所示。

圖1 地震荷載作用路基穩定性系數1．205

2 擋墻變形的原因分析

2.1 目前擋墻變形情況說明

觀察現場發現，部分擋墻節段墻頂已經向外傾斜，頂部出現明顯的錯縫，個別節段墻體整體向外偏移（見圖2）。故在發生變形的擋墻路段，設置了多個觀測點和觀測斷面，實時對擋墻進行變形沉降觀測。經觀測發現，路基幾乎沒有沉降量，而擋墻頂部的最大水平位移量為2.5mm/d，擋墻底部幾乎不產生任何變形。

圖2 擋墻變形情況

2.2 擋墻變形原因分析

觀察現場發現，擋墻臺背填土處于松散—稍密狀態，壓實度達不到設計要求，引起墻后被動土壓力急劇增加，導致擋墻發生位移變形。而依據《工程地質手冊》經驗參數，擋墻臺背填土內摩擦角處于25～30o之間，擋墻墻趾處基底壓力超過了CFG 樁所能提供的復合地基承載力。

3 變更設計方案論證

3.1 處理方案的提出

3.1.1 氣泡輕質土加固

將擋墻路段路床頂面以下3m 內路基填料由填土調整為氣泡輕質土，氣泡輕質土濕容重≥6.0kN/m3，強度≥0.8MPa。調整后，擋墻臺背土壓力、墻趾處基底壓力均相應減小，同時路基整體潛在滑移面向遠離擋墻方向偏移，復合地基穩定范圍擴大，能夠有效增大路基的整體穩定性。

3.1.2 注漿加固

將松散的填土注漿加固后，填土的重度整體上會增加，空隙率降低，填土的壓實度得到極大提升，內摩擦角隨之增加，土壓力減少，墻趾處基底壓力降至合理的范圍。

3.2 方案比選論證

臺背填土調整為氣泡輕質土后，墻背土壓力顯著下降，路基的整體穩定性也相應增加。且氣泡輕質土具有施工工藝簡單、快捷，質量好的特點，應用廣泛。而注漿加固擋墻基底淤泥，施工難度大，可靠性無法得到保障，同時造價高，檢測難度也大。綜合技術、經濟比較，推薦采用氣泡輕質土加固方案。

4 氣泡輕質土的施工工藝

4.1 主要技術指標

氣泡輕質土相關指標包括：濕容重5.0kN/m3≤γEi≤6.0kN/m3，設計水位以下γw≥8.0kN/m3；設計強度為路槽下80cm 范圍內≥0.8MPa，其余區域≥0.6MPa；流動度控制在160～200mm。

4.2 施工工藝

其一，氣泡輕質土一般采用泵送。輕質土質量良好的情況下，一級泵送的距離最大可達500m。一次的最大施工厚度不超過1m；最小施工厚度不小于0.25m。其二，為保障輕質土中氣泡產生連續且均勻，應將材料的離析調整至最小，同時應盡可能減小施工中產生的振動，避免氣泡被消散。澆筑時，應從軟管前端澆筑，出料口需深深埋置在氣泡輕質土內，出料口不得露出氣泡輕質土表面，保持澆筑的均勻性。應采取分層澆筑，每層澆筑的時間間隔不得超過1d。其三，由于氣泡輕質土存在一定的流動性，澆筑時達不到路面縱向和橫向坡度的要求，需要在達到設計要求的強度后，采用路面結構的最底層材料進行坡度調整。其四，氣泡輕質土澆筑完成后，需要蓋麻袋進行養護，避免由于氣泡輕質土迅速干燥產生裂紋。施工時，如遇雨天，也應遮蓋避免雨淋。尤其是澆筑大體量氣泡輕質土時，更需注重養護。其五，氣泡輕質土澆筑完成后，應及時鋪設一層防滲土工膜于氣泡輕質土頂部，盡量減少防滲土工膜的搭接。如存在搭接，應采用熱瀝青密封處理。防滲土工膜的其余部分也要同樣采用熱瀝青密封處理。其六，氣泡輕質土也具有一般混凝土的熱脹冷縮特性，因此需每隔一段距離設置1cm 的沉降縫，采用瀝青麻絮填充，來保證氣泡輕質土不因熱脹冷縮產生裂縫。

4.3 質量控制

4.3.1 中粗砂墊層的壓實度必須大于93%，擋土墻前的回填土必須大于90%。

4.3.2 施工質量管理

（1）原材料的質量控制

原材料的好壞是決定氣泡輕質土質量的關鍵，因此在施工過程中必須嚴格把控原材料，如砂質土、固化劑、水、發泡劑等材料的好壞。

（a）砂質土的質量管理

影響砂質土質量的因素主要包括砂質土的含水率及粒徑，其質量管理見表1。

表1 砂質土的質量管理

砂質土的粒徑大小不能超過5mm，當不滿足要求時，要進行深度處理以滿足粒徑要求。若沒有良好的砂質土而采用海砂時，其含鹽量不得超過0.04%。

(b)固化劑

固化劑主要包括水泥和其他的添加劑部分。根據經驗，礦渣水泥作為固化劑的使用效果最顯著，具體還需要根據當地實際情況選定合適的水泥。水泥在進場前，須嚴把質量關，水泥的標高等級應滿足要求，同時不過期、不受潮、不固結。

(c)水

水質只需滿足工程用水標準即可，水中不能含有垃圾、油污等影響氣泡輕質土質量的雜質。

(d)發泡劑

發泡劑是影響氣泡輕質土質量最為關鍵的因素，泡沫需在氣泡輕質土中保持均勻性、穩定性，確保氣泡輕質土的輕質性和流動性。發泡劑的性能要求見表2。

表2 可用于氣泡輕質土的發泡劑的性能要求

(2)攪拌過程的質量管理

氣泡輕質土對攪拌過程的質量要求極高。因此在攪拌過程中要精確放料，務必確保其流動性、輕質性，且應按照標準操作流程進行。

(a)材料的計量

原材料的多少對氣泡輕質土的強度、質量、和易性及流動性產生直接的影響，因此在材料計量時必須準確無誤，不多計、也不少計。

(b)濕密度

濕密度對氣泡輕質土的質量也是非常重要的。氣泡輕質土由原材料，如土、水、發泡劑等按照一定的配合比混合在一起的，進行適當攪拌后得到，施工過程中須定期檢測其濕密度。

(c)空氣量

空氣量也是氣泡輕質土維持輕質的重要環節，而且會對其流動性產生較大的影響。由于空氣氣泡在氣泡輕質土的混合攪拌過程中容易消散，因此必須通過試拌后才能確定消泡比率。消泡比率的不同，對氣泡輕質土的輕質性、流動性及濕密度均有影響，因此也需要定期檢測。

(d)流動度

流動度是檢驗流動性的重要參數，暫定配合比流動度一般為180mm。流動度的選擇務必保證氣泡輕質土不會產生離析現象，且泵送距離超過500m，澆筑時操作性強。施工時需上、下午各檢測一次流動度。

4.4 氣泡輕質土輔助設計

為確保氣泡輕質土填筑后質量可靠、耐久性好及安全性好，需要額外增設一些輔助設計工作，主要包含以下內容。

4.4.1 內部防排水設計：一般路段需要將一層防滲土工膜鋪設于氣泡輕質土頂部，通過增設碎石盲溝收集路面滲水，再通過縱向透水軟管和橫向HDPE 管排向道路兩側，保障氣泡輕質土內部無積水。盲溝斷面尺寸為30cm×30cm，用透水土工布包裹。

4.4.2 補強設計：在澆筑過程中，保持氣泡輕質土的穩定性極其重要。在氣泡輕質土的頂部、底部等應力集中的部位補強加設多層Φ4.0mm 鋼筋網片，以穩定氣泡輕質土的流動性。

4.4.3 氣泡輕質土澆筑養護完成后，自立性無法保障，需要采用預制水泥面板進行防護，同時采用角鋼加強固定。氣泡輕質土與橋臺之間的填土銜接部分還需要加設橫向板，然后設置一層聚乙烯泡沫在面板與橋臺的中間。

4.4.4 氣泡輕質土區段之間在縱向上需設置沉降縫，約寬1cm。沉降縫需用瀝青木板或夾板填塞充實。

5 氣泡輕質土質量檢測

氣泡輕質土相關的技術檢測要求見表3。

表3 氣泡輕質土的技術檢測要求

6 實施建議

一是施工期間應按照設計要求，加強沉降和穩定觀測工作，及時繪制沉降和穩定觀測曲線。據此計算工后沉降，用以指導施工，合理安排進度、工期。

二是建議在軟土路段路基填筑和預壓過程中加強觀測，一旦出現變形過大，應立即停止施工，并及時通知業主、監理及設計代表。

7 結語

通過氣泡輕質土在該項目的應用，可以發現氣泡輕質土在擋墻加固、道路改擴建等領域有著巨大的市場應用價值，尤其是在軟基處理、征拆協調困難路段運用尤其顯著。在未來交通領域，氣泡輕質土的應用會愈發廣泛，市場前景會更加廣闊。