泡沫輕質土在公路改擴建工程中的應用研究

林志超

（福建路信交通建設監理有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

近年來，隨著經濟的發展和國民生活水平的不斷提高，公路交通流量急劇增加，大部分公路目前無法滿足交通流量的需求，需要緊急擴大公路的交通流量。解決交通流量激增的主要方式有兩種：一種是在原有公路附近新建一條公路；另一種是以原有公路為基礎進行改建和擴建。新建公路需要很長時間，費用成本高，場地資源大，會影響道路交通網的分布，因此，對原有公路進行改擴建成為解決公路交通緊張問題的最有效的方式。但是在道路改擴建過程中，會遇到了很多棘手的問題，如：投入使用的道路經過長時間的運營，逐漸發生沉降，在路基加寬段落，原來的路基邊緣新填筑的土石方也會在道路交通負荷作用下，會產生新的沉降。這樣一來，新舊路基之間就會發生不均勻沉降，最終導致路基變形或者道路出現裂縫等問題，給公路的正常通行及行車安全帶來嚴重的問題和危害。本文通過長樂區營濱路提升改建工程泡沫輕質土在公路上的實際應用，分析解決公路在改擴建過程中遇到的問題，從而保障改擴建公路在后期投入使用過程的正常運行。

1 公路改擴建工程項目簡介

長樂區營濱路項目起點位于省道203 線營前街道長安路口，路線經營前、首占、玉田、羅聯、古槐、江田等6 個鄉鎮（街道）26 個行政村（居），終點位于省道201 線濱海工業集中區力恒錦綸科技有限公司南側。道路全長25.233km，道路標準為雙向六車道、二級公路部分路段按城市主干道標準建設，設計速度60km/h。主要施工內容包含軟基、路基、路面、橋涵（缺陷修復）、市政管線（雨污、照明等）、景觀綠化等全部內容。根據工期要求，計劃2020 年4 月1 日開工，經分析測定，該工程計劃工期為150d（如遇施工條件不具備或主材供應不及時及其他不可抗力原因造成誤工，工期順延）。

本項目選用福建水泥股份有限公司（建福牌）P·O42.5 水泥，發泡劑：廣東首誠SC-1，設計泡沫輕質土的容重等級為W6，5.5kN/m3≤濕容重≤6.5kN/m3；200mm≥流動值≥160mm。10cm×10cm×10cm 立方體試塊28d 強度為1.2MPa，本次設計鋼絲網位置為距離泡沫頂和泡沫底0.5m 位置各設置一層鋼絲網，填筑高度低于1m 路段只設置一層鋼絲網，鋼絲網規格為Φ3.2，10cm×10cm。

2 泡沫輕質土的特性

泡沫輕質土是一種利廢、環保、節能、低廉且具有不燃性的新型建筑節能材料。泡沫輕質土主要是發泡劑、水、水泥等一系列材料按照一定的比例混合攪拌所組成的微孔類輕質材料。

泡沫輕質土中含有大量氣泡，因此其單位重量較小，公路工程中容重范圍一般為4～8kN/m3，具有良好的輕質性。強度范圍一般為0.5～2.5MPa 之間，具有一定的抗壓性。泡沫輕質土澆筑多采用管道泵送的方法，水平泵送距離500m，垂直泵送高度為30m，具有較強的流動性能。一般用水泥作為固化劑，泡沫輕質土澆筑后，經過5h 左右就可以達到固化效果，從而讓泡沫輕質土具有良好的凝結自立性（無側壓力）。泡沫輕質土還具有施工便捷性的特點，施工過程中無需振搗、無需碾壓，特別適合在機械設備或施工人員不便進入的狹窄區域內，或者在施工期限短、長距離的特殊情況下進行施工，靈活便捷。

3 泡沫輕質土在公路擴建工程中的應用

3.1 路面的加寬

目前國內公路改擴建項目中，通常以原有的路基為基礎，直接向路基邊緣外部延伸，填筑普通路基材料。在改建公路的運營過程中，新路基和舊路基之間，連接處可能會出現沉降問題。而利用泡沫輕質土作為道路路基填筑材料，就可以有效緩解這種情況發生。泡沫輕質土在公路擴建中的應用優勢：（1）當土質不穩定，公路路基承載能力較弱的時候，泡沫輕質土在一定程度上可以減少荷重，不僅能減小新老路基的沉降差異，還能大幅度減輕對路基兩側建筑物結構的破壞，有效地減少了高速公路建設費用及運營過程中的維修費用；（2）采用管道泵送方式，有效減少了施工場地空間占用，不會妨礙正常的交通運行；（3）施工方便，無需振動和壓實的過程，施工周期較短；（4）節約用地，降低成本。

3.2 橋頭跳車問題

近幾年橋頭跳車問題是一個較為常見的技術難題。根據不完全的統計，因橋頭跳車所產生的病害修理費用占公路的病害總修理費用的一半以上。產生橋頭跳車的原因就是橋臺沉降小，橋頭路堤沉降大，造成橋臺與路堤間的沉降差。因此，解決橋頭跳車問題的關鍵就是過渡段要符合連續性和沉降均勻性。根據橋頭跳車原因結合泡沫輕質土的工藝特點，在過渡段使用泡沫輕質土材料，可以在一定程度上降低該病害的發生。其主要優點如下：（1）泡沫輕質土的強度介于水泥混凝土和路基土材料之間。其強度換算的CBR 值遠大于規范要求的路基填料的CBR 值，使路基具有更好的抗壓性能。（2）泡沫輕質土的輕質性，減輕了路基的整體荷載，可達到控制路基沉降的目的，對改擴建公路的路基穩定有積極作用。

3.3 陡坡路段的填筑

目前，道路路線設計時對施工安全、環境保護等的重視度不高。特別是陡峭或陡峭的曲線段等地形復雜的山間地區，在道路施工中，大部分都嚴重破壞了自然生態環境。利用泡沫輕質土鋪設這種路段的路基，可以較大程度地保護環境：（1）可以有效減輕在填土過程中產生的負荷，降低土體本身的滑動或者位移的情況，提高路基的防滑穩定性能；（2）充分利用原有公路的地形、地勢，減少對生態環境的破壞；（3）對擋土結構作用力小，有效簡化擋土結構，對公路施工帶來了方便，施工過程中也無需對泡沫輕質土進行壓實處理，節省路基處理程序，從而縮短工期。

3.4 路基填筑材料

通過設計負荷的計算，確定泡沫輕質土的單位重量、抗壓強度和軟土路基的換填高度，使更換后的路基處于超固結狀態。以泡沫輕質土為公路路堤填筑材料，可以降低對地面附加應力，避免了路基的不均勻沉降，增加道路的安全穩定性能。此外，泡沫輕質土材料可以用作熔巖地面或地下空間的填埋場材料，像隧道口或者有陡坡峭壁急轉彎的公路都可以采用泡沫輕質土材料進行地基填筑。

長樂區營濱路提升改建工程泡沫輕質土施工工藝流程如下：

基槽開挖→基礎壓實→30cm 厚碎石砂墊層→透水土工布→施工現澆砼板→泡沫輕質土拌和制作→泡沫輕質土輸送與澆筑→養護。具體施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

4 營濱路提升改建工程泡沫輕質土施工案例分析

4.1 特殊路基加寬

（1）泡沫輕質土穩定性：通常情況下在用地具有限制的路段，可以采用一定擋墻結構物質對軟土材料進行抵擋，防止軟土的側移。而運用泡沫輕質土材料進行軟基路段路基施工，由于泡沫輕質土固結后無側壓力，可以有效減少對擋墻的設置，從而減少工期，還能提高路基穩定性。

（2）泡沫輕質土輕質性：泡沫輕質土材料本身容重較小，相對于傳統路基填筑材料，泡沫輕質土的密度還不及其一半。從而在施工中采用泡沫輕質土可以有效減小對原公路路基的附加應力，可以更好地控制路基沉降。

4.2 泡沫輕質土的制作

（1）泡沫輕質土拌合機具有原材料計量自動化功能，在制作攪拌過程中，要隨時調節水泥漿和泡沫的流量，從而讓泡沫輕質土具有較好的強度和流動性。

（2）在泡沫輕質土的攪拌中要嚴格根據設計的配合比參數進行摻加計量，保證計量精度，見表1 所示。

表1 配合比計量精度

（3）在泡沫輕質土制作攪拌過程中要確保攪拌均勻性，從而讓泡沫輕質土可以更好地成型。

（4）發泡劑應對環境無影響。泡沫輕質土的氣泡群運用發泡設備提前制作，試驗測定的氣泡群質量應符合如下規定：氣泡密度在48～52kg/m3；標準氣泡柱靜止1h 的沉降距不應大于5mm；標準氣泡柱靜止1h 的泌水量不應大于25m1。

4.3 泡沫輕質土強度測試

在泡沫輕質土制作完成后應做7d 和28d 無側限抗壓強度檢測，并將14d 無側限抗壓強度作為參考依據。而強度的檢測頻率為每工作日3 組進行，在置于20℃以上的環境中，無側限抗壓強度檢測可以參考GB50081～2002《普通混凝土力學性能試驗檢測方法標準》。在泡沫輕質土無側限抗壓強度達到75%的時候，對面板外側基坑進行分層回填碾壓，碾壓的壓實度不小于90%，在無側限抗壓強度達到標準設計強度的時候，需作砼防撞護欄、人行道欄桿等安全設施。

5 結束語

泡沫輕質土是近年我國引進的新型施工技術，在很多工程領域得到推廣應用，尤其是在軟基處理中運用較廣且效果顯著。本文根據長樂區營濱路提升改建工程泡沫輕質土施工方案應用，得到如下結論：（1）可以有效緩解因沉降差異產生的橋頭跳車問題，提高了公路的安全穩定性；（2）可以有效縮短施工工期，施工便捷，節約空間，可以減少拆遷工程量，從而有效保護生態自然環境；（3）可有效緩解土壓力，降低基底應力，有效控制工后沉降，從而降低工程后期的維修費用，具有較高的經濟優勢。