管道溝槽回填泡沫輕質(zhì)土變形協(xié)調(diào)試驗(yàn)研究 *

魏麗敏，李宏泉，何 群，廖鵬慶，鞠家佳

(1. 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410075； 2. 湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410200)

0 引 言

為維護(hù)市容環(huán)境，城市道路路面結(jié)構(gòu)下常埋設(shè)多種管道。管道鋪設(shè)一般采用“開挖溝槽→鋪設(shè)管道→溝槽回填”的施工方法，其中管道溝槽回填是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響到管道的運(yùn)行安全和使用壽命[1]。目前，市政道路的管道溝槽回填多采用壓縮性較強(qiáng)的透水性散粒材料，如砂、原狀土等，由于工作面狹小，不可避免地會(huì)出現(xiàn)回填不實(shí)的情況。一方面使得路面出現(xiàn)不均勻沉降、裂縫、翻漿、空洞等病害；另一方面管道可能發(fā)生縱向不均勻沉降，或橫截面失穩(wěn)變形，導(dǎo)致管壁破裂損壞。若為儲(chǔ)水管道，水流對(duì)散粒回填料的沖刷將進(jìn)一步惡化路基路面病害。因此，使用壓縮性小、抗沖刷能力強(qiáng)的回填材料對(duì)保障路面使用性能、防止管道破裂具有積極意義。而具有質(zhì)輕、流動(dòng)性好、抗凍融及減震等優(yōu)點(diǎn)的泡沫輕質(zhì)土[2-4]成為可選材料之一。G. L. YOON等[5]通過(guò)對(duì)泡沫輕質(zhì)土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)泡沫輕質(zhì)土能夠代替常規(guī)填土材料用于港灣工程軟基處理；SHI Xiaona等[6]、肖禮經(jīng)[7]、周鵬飛等[8]研究表明，當(dāng)泡沫輕質(zhì)土用于路堤回填時(shí)可減少橋頭跳車，有效降低路基的沉降、水平位移和橫向坡度；張淑坤等[9]發(fā)現(xiàn)粉煤灰泡沫混凝土在滿足填充體強(qiáng)度的條件下，具有良好的變形能力和延性，適合采空區(qū)充填；陳霄[10]對(duì)比了泡沫輕質(zhì)土與傳統(tǒng)灰土在管道回填施工過(guò)程中電力、柴油消耗與工期；Y. J. LEE等[11]將輕質(zhì)泡沫土和疏浚土作為地下管道回填材料，對(duì)管道的垂直向和水平向壓力、變形進(jìn)行對(duì)比分析，得出泡沫輕質(zhì)土更適合用于管道回填的結(jié)論；李尚臻[12]發(fā)現(xiàn)泡沫輕質(zhì)土具有吸能和改變酸堿性的作用，能有效保護(hù)油氣管道。

當(dāng)前，泡沫輕質(zhì)土已廣泛應(yīng)用于各類路基、橋臺(tái)臺(tái)背回填，但在管道溝槽回填中的應(yīng)用較少。由于泡沫輕質(zhì)土整體性較強(qiáng)，作為回填材料時(shí)的受力、變形特性及實(shí)際服役效果尚處于探索階段，尤其是在施工和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，泡沫輕質(zhì)土回填區(qū)與管道、道路結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)與否，是能否推廣應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)的重要前題。

筆者依托實(shí)際工程開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，基于真實(shí)、可靠的第一手實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)雨水管道溝槽回填泡沫輕質(zhì)土不同介質(zhì)之間的變形協(xié)調(diào)性能進(jìn)行測(cè)試與分析，研究得出溝槽回填及路基填筑過(guò)程中墊層與基層、泡沫輕質(zhì)土與雨水管道或管槽界面的相對(duì)位移發(fā)展規(guī)律。

1 試驗(yàn)區(qū)段概況

以長(zhǎng)沙市望城區(qū)瀟湘北路堤防(三叉磯—溈水河)雨水管道溝槽回填為工程背景，選取瀟湘北路與望湖路交叉口(K7+860～K7+910)區(qū)段為試驗(yàn)工點(diǎn)設(shè)置2個(gè)測(cè)試區(qū)段，如圖1。雨水管道采用高密度聚乙烯鋼帶增強(qiáng)螺旋波紋管(HDPE)，公稱內(nèi)徑為1 000 mm，波峰處外徑為1 070 mm，最大螺距150 mm。

圖1 測(cè)試區(qū)段平面布置Fig. 1 Plane layout of test zone

測(cè)試區(qū)段Ⅰ HDPE雨水管道布置在瀟湘北路K7+860～K7+900右側(cè)輔道靠近綠化帶處，與道路走向一致；測(cè)試區(qū)段Ⅱ HDPE雨水管道位于K7+ 860處，垂直于道路走向。雨水管溝槽為底寬200 cm、坡率1∶ 0.5、深200 cm的梯形斷面。開挖完成后，先鋪設(shè)10 cm 厚的砂墊層，再進(jìn)行管道敷設(shè)和回填。

測(cè)試區(qū)段Ⅰ、Ⅱ HDPE雨水管道溝槽上覆結(jié)構(gòu)層組成如圖2。道路面層均采用改性瀝青混凝土，上面層厚4 cm，中、下面層各厚13 cm；基層采用水泥穩(wěn)定碎石；墊層分別采用優(yōu)質(zhì)黏土、級(jí)配碎石填筑。測(cè)試區(qū)段 Ⅰ、Ⅱ 溝槽上覆結(jié)構(gòu)層厚度均為87 cm。

圖2 測(cè)試區(qū)段Ⅰ、Ⅱ HDPE雨水管道溝槽上覆結(jié)構(gòu)層Fig. 2 Structure layer over the HDPE rainwater pipe trench in test zone Ⅰ & Ⅱ

經(jīng)大量室內(nèi)對(duì)比試驗(yàn)、抗浮檢算，筆者決定現(xiàn)場(chǎng)采用密度為600 kg/m3的泡沫輕質(zhì)土進(jìn)行管道回填，其水膠比為0.7，采用P.O 42.5水泥進(jìn)行配比設(shè)計(jì)。

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)斷面

試驗(yàn)斷面布置如圖3。圖中：N表示砂回填，F(xiàn)表示泡沫輕質(zhì)土回填。在測(cè)試區(qū)段Ⅰ設(shè)置5個(gè)測(cè)試斷面，依次為N1、F1、F2、F3、F4斷面；現(xiàn)場(chǎng)布置時(shí)選用Y192雨水井為參照物，距其6 m處設(shè)置N1斷面，F(xiàn)1斷面距離N1斷面7 m，F(xiàn)1、F2、F3、F4相鄰斷面間距均為3 m。在測(cè)試區(qū)段Ⅱ設(shè)置3個(gè)泡沫輕質(zhì)土回填斷面，依次標(biāo)為F′1、F′2、F′3，其中F′1距離Y192雨水井13 m，F(xiàn)′1、F′2、F′3相鄰斷面間距均為3 m。

圖3 測(cè)試區(qū)段斷面布置(單位：m)Fig. 3 Cross-section layout of test zone

2.2 現(xiàn)場(chǎng)靜力特性試驗(yàn)

2.2.1 應(yīng)變計(jì)及脫空計(jì)布置

測(cè)試區(qū)段Ⅰ的泡沫輕質(zhì)土回填、砂回填分別以F2、N1斷面為例進(jìn)行分析，測(cè)試區(qū)段Ⅱ的泡沫輕質(zhì)土回填以F′2斷面為例進(jìn)行分析。

采用表面應(yīng)變計(jì)(BY)來(lái)量測(cè)雨水管道應(yīng)力，量程為±2 500 με，靈敏度為1 με，精度為0.1% FS。在測(cè)試區(qū)段Ⅰ、Ⅱ回填斷面各布設(shè)3個(gè)表面應(yīng)變計(jì)，如圖4，其中：BY1在各測(cè)試斷面中線上，位于HDPE管道正上方外表面，BY1、BY2分別布置在HDPE管道左、右最外側(cè)處。

采用混凝土應(yīng)變計(jì)(HY)來(lái)測(cè)量泡沫輕質(zhì)土應(yīng)變，量程為±1 500 με，靈敏度為1 με，精度為0.1% FS。在測(cè)試段Ⅰ、Ⅱ的泡沫輕質(zhì)土回填斷面各布設(shè)3個(gè)表面應(yīng)變計(jì)，如圖4，圖中：HY1在各測(cè)試斷面中線上，位于HDPE管道正上方；HY2在HY1左側(cè)60 cm等高處，距管道外邊緣投影線6.5 cm，HY3布置在管槽底面泡沫輕質(zhì)土與砂墊層接觸面上，位于HY2的正下方。

采用自制的脫空計(jì)(TK)來(lái)量測(cè)各結(jié)構(gòu)層或結(jié)構(gòu)層之間的相對(duì)變形，量程為100 mm，靈敏度為0.01 mm。在測(cè)試區(qū)段Ⅰ、Ⅱ的泡沫輕質(zhì)土回填斷面各布置5個(gè)脫空計(jì)，在測(cè)試區(qū)段Ⅰ的砂回填斷面布置2個(gè)脫空計(jì)。TK1、TK2布置在基層與墊層接觸面上，其中：TK1在各測(cè)試斷面中線上，位于HDPE管道正上方，TK2在TK1左側(cè)60 cm等高處，距管道外邊緣投影線6.5 cm；TK3布置在HDPE管頂部和泡沫輕質(zhì)土回填區(qū)的接觸面上；TK4布置在測(cè)試斷面溝槽側(cè)壁與泡沫輕質(zhì)土回填區(qū)的接觸面上，位于TK3組脫空計(jì)左側(cè)等高處；TK5布置在管槽底面泡沫輕質(zhì)土與砂墊層接觸面上，位于TK2的正下方，用于量測(cè)管底墊層與泡沫輕質(zhì)土回填區(qū)的相對(duì)變形。

應(yīng)變計(jì)及脫空計(jì)在測(cè)試區(qū)段Ⅰ、Ⅱ的布置如圖4。

圖4 應(yīng)變計(jì)及脫空計(jì)在測(cè)試區(qū)段Ⅰ、Ⅱ的布置(單位：cm)Fig. 4 Layout of strain gauge and interface separating gauge in test zone Ⅰ & Ⅱ

2.2.2 脫空計(jì)埋設(shè)與初值選取

在道路上層結(jié)構(gòu)松鋪階段，按照挖坑→埋設(shè)→回填的工序，將脫空計(jì)的上、下部件分別埋設(shè)于上、下結(jié)構(gòu)中，并注意預(yù)留脫空量60 mm(約占量程的60%)，如圖5。

圖5 脫空計(jì)埋設(shè)示意Fig. 5 Schematic diagram of interface separating gauge

當(dāng)脫空計(jì)上部件所處結(jié)構(gòu)層施工完成后，對(duì)脫空計(jì)進(jìn)行調(diào)試，讀取脫空計(jì)的讀數(shù)，并設(shè)為初值；再進(jìn)行后續(xù)測(cè)試得到測(cè)試值，測(cè)試值減去初值即為相對(duì)位移ΔS，也就是脫空量。

筆者以試驗(yàn)進(jìn)場(chǎng)時(shí)間(即應(yīng)變計(jì)及脫空計(jì)安裝、調(diào)試及管道鋪設(shè)的第1天)作為整個(gè)試驗(yàn)記錄的第1天，即試驗(yàn)日期T=1天。試驗(yàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)至第126天結(jié)束。測(cè)試區(qū)段Ⅰ、Ⅱ，脫空計(jì)初值設(shè)定的日期與對(duì)應(yīng)的施工階段見(jiàn)表1。與測(cè)試區(qū)段Ⅰ、Ⅱ?qū)?yīng)的施工階段及相應(yīng)試驗(yàn)日程見(jiàn)表2。

表1 脫空計(jì)初值設(shè)定的日期Table 1 Date for initial value setting of interface separating gauge

表2 施工階段及相應(yīng)試驗(yàn)日程Table 2 Construction phase and corresponding test schedule

3 相對(duì)變形測(cè)試結(jié)果分析

3.1 墊層與基層之間

3.1.1 TK1

TK1脫空計(jì)實(shí)測(cè)相對(duì)位移ΔS隨時(shí)間T的變化如圖6，圖中“-”表示相對(duì)壓縮，“+”表示脫空。

圖6 測(cè)試區(qū)段Ⅰ、Ⅱ，TK1測(cè)得的相對(duì)位移Fig. 6 Relative displacement obtained by TK1 in test zone Ⅰ & Ⅱ

從圖6(a)可以看出，在測(cè)試區(qū)段Ⅰ：

1)F3、F4泡沫輕質(zhì)土回填斷面，TK1處的ΔS變化規(guī)律一致：基層與墊層間先產(chǎn)生較大的壓縮變形，隨后，壓縮量逐漸趨于穩(wěn)定。由于測(cè)試區(qū)段Ⅰ在第2層水泥穩(wěn)定碎石層鋪設(shè)期間(第97—102天)，使用壓路機(jī)進(jìn)行了反復(fù)碾壓，故F3、F4斷面墊層與基層間壓縮變形較明顯，在第102天鋪設(shè)完成時(shí)，F(xiàn)3、F4斷面的壓縮量分別達(dá)到32.19、28.16 mm。在瀝青底層鋪設(shè)過(guò)程中(第123—126天)，各測(cè)試斷面相對(duì)位移均為“-”，說(shuō)明管道溝槽中心正上方墊層與基層之間結(jié)合緊密，并產(chǎn)生了壓縮變形，F(xiàn)3、F4斷面在此階段的新增壓縮量分別為1.55、1.84 mm。

2)N1斷面砂回填處的相對(duì)位移變化規(guī)律與泡沫輕質(zhì)土斷面的存在顯著差別，基層與墊層間的相對(duì)位移ΔS先出現(xiàn)較小的脫空量，隨后出現(xiàn)壓縮量，最后，壓縮量逐漸趨于穩(wěn)定。第2層水泥穩(wěn)定碎石層在第102天鋪設(shè)完成時(shí)，N1斷面的相對(duì)位移ΔS由第101天的脫空量3.42 mm轉(zhuǎn)化為壓縮量3.37 mm。在瀝青底層鋪設(shè)過(guò)程中(第123—126天)，N1斷面新增壓縮量0.73 mm，總壓縮量達(dá)到4.10 mm。

3)采用泡沫輕質(zhì)土回填時(shí)，墊層與水穩(wěn)層壓縮更緊密；采用砂回填時(shí)，墊層頂出現(xiàn)脫空，導(dǎo)致路基壓實(shí)不緊密。

從圖6(b)可以看出：在測(cè)試區(qū)段Ⅱ，F(xiàn)′3斷面管頂墊層與基層相對(duì)位移在第3層水穩(wěn)層鋪設(shè)完成時(shí)(第53天)表現(xiàn)為壓縮，最大壓縮量為0.37 mm；隨后，壓縮量逐漸減小，至瀝青底層鋪設(shè)完成時(shí)(第72天)壓縮量為0.22 mm，該階段回彈了0.15 mm；進(jìn)入施工空窗期(第73—126天)，荷載不再增加，墊層與基層之間繼續(xù)回彈，相對(duì)位移也由壓縮過(guò)渡到脫空，至第126天，F(xiàn)′3斷面脫空量為1.58 mm。

3.1.2 TK2

圖7為測(cè)試區(qū)段Ⅱ中TK2的相對(duì)位移變化。由圖可見(jiàn)，F(xiàn)′2斷面TK2的相對(duì)位移發(fā)展規(guī)律與F′3斷面TK1的相似。在第3層水穩(wěn)層鋪設(shè)(第41—53天)和瀝青底層鋪設(shè)(第54—72天)過(guò)程中，基層與墊層間壓縮量為2.04 mm；在施工空窗期結(jié)束時(shí)(第126天)發(fā)生了2.91 mm的回彈，相對(duì)位移ΔS由壓縮量2.04 mm轉(zhuǎn)化為脫空量0.87 mm。

圖7 測(cè)試區(qū)段Ⅱ，TK2測(cè)得的相對(duì)位移Fig. 7 Relative displacement obtained by TK2 in test zoneⅡ

測(cè)試區(qū)段Ⅰ與測(cè)試區(qū)段Ⅱ結(jié)構(gòu)層的主要差別在于：前者采用厚度25 cm的優(yōu)質(zhì)黏土墊層，后者采用15 cm厚的級(jí)配碎石墊層，而后者在墊層頂出現(xiàn)了脫空。石章入等[13]認(rèn)為，在附加荷載作用下，優(yōu)質(zhì)黏土層中的土顆粒粒徑較小，更容易填充到上層的級(jí)配碎石骨架的空隙中，使土石壓得更加密實(shí)。此外，由于優(yōu)質(zhì)黏土的彈性模量小于級(jí)配碎石的，且優(yōu)質(zhì)黏土墊層的厚度比級(jí)配碎石基層的大，所以，在附加荷載作用下，優(yōu)質(zhì)黏土墊層的壓縮量也更大，導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)黏土墊層與級(jí)配碎石基層間出現(xiàn)很大的壓縮量，F(xiàn)3、F4斷面在第102天的壓縮量分別達(dá)到了32.19、28.16 mm。

可見(jiàn)，回填材料、墊層與基層材料的粒徑、級(jí)配將直接影響墊層與基層之間相對(duì)位移的發(fā)展趨勢(shì)。筆者建議采用泡沫輕質(zhì)土作為HDPE管道溝槽的回填材料，墊層采用厚度不小于25 cm的優(yōu)質(zhì)黏土。

3.2 HDPE管頂與泡沫輕質(zhì)土回填區(qū)相對(duì)位移

TK3測(cè)得的HDPE管頂與測(cè)試區(qū)段Ⅰ、Ⅱ泡沫輕質(zhì)土回填區(qū)相對(duì)位移發(fā)展規(guī)律如圖8。

圖8 測(cè)試區(qū)段Ⅰ、Ⅱ，TK3測(cè)得的相對(duì)位移Fig. 8 Relative displacement obtained by TK3 in test zone Ⅰ & Ⅱ

從圖8可以看出，測(cè)試區(qū)段Ⅰ、Ⅱ的4個(gè)試驗(yàn)斷面測(cè)得的相對(duì)位移發(fā)展規(guī)律基本相同。回填區(qū)墊層鋪設(shè)后，在路基表面碾壓平整階段(第12—38天)，F(xiàn)2、F4、F′2、F′3斷面的脫空量分別增加了2.07、2.85、2.97、1.96 mm。碾壓平整路基面時(shí)，泡沫輕質(zhì)土和HDPE管道頂部的豎向附加應(yīng)力隨著壓路機(jī)附加荷載作用的增大而增大。

根據(jù)試驗(yàn)條件，筆者建立了HDPE管道-泡沫輕質(zhì)土回填區(qū)-路基路面結(jié)構(gòu)三者在壓路機(jī)荷載作用下的二維數(shù)值分析模型，對(duì)測(cè)試區(qū)段Ⅰ的工況進(jìn)行數(shù)值分析。結(jié)果表明：HDPE管道應(yīng)力最大值為460 kPa，大于管材的彈性極限418 kPa，故管道發(fā)生彈塑性變形；HDPE管頂回填的泡沫輕質(zhì)土應(yīng)力最大值為750 kPa，小于泡沫輕質(zhì)土的彈性極限872 kPa(筆者用現(xiàn)場(chǎng)泡沫輕質(zhì)土制備試件，在相同條件下養(yǎng)護(hù)，進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)得到)，故泡沫輕質(zhì)土處于彈性變形階段。

壓路機(jī)卸載后，泡沫輕質(zhì)土與HDPE管道2種材料的彈性變形均可恢復(fù)，但HDPE管道的塑性變形無(wú)法恢復(fù)，導(dǎo)致泡沫輕質(zhì)土與HDPE管道變形不再協(xié)調(diào)，發(fā)生脫空現(xiàn)象。后續(xù)施工空窗期和路面結(jié)構(gòu)層施工階段，該處脫空量一直呈現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)。至測(cè)試區(qū)段Ⅰ瀝青結(jié)構(gòu)層的底層鋪設(shè)完成時(shí)(第126天)，F(xiàn)2、F4、F′2、F′3斷面的脫空量分別達(dá)到3.00、1.91、4.00、2.96 mm。

由于施工空窗期幾乎沒(méi)有附加荷載，同時(shí)，在路面結(jié)構(gòu)施工階段，HDPE管道頂部回填的泡沫輕質(zhì)土已達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，泡沫輕質(zhì)土的強(qiáng)度和壓縮模量隨時(shí)間還能繼續(xù)增長(zhǎng)[14]，使得管道頂部壓應(yīng)力逐漸趨于穩(wěn)定，故此階段脫空量增長(zhǎng)緩慢。

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，雖然測(cè)試區(qū)段Ⅰ與測(cè)試區(qū)段Ⅱ的管道回填上方墊層、路面結(jié)構(gòu)層有一定差別，但HDPE管頂和泡沫輕質(zhì)土回填區(qū)相對(duì)位移變化規(guī)律基本相同，且均出現(xiàn)了脫空。

HDPE管頂脫空不僅會(huì)使管道受力更加不均勻，還會(huì)導(dǎo)致墊層與基層填料密實(shí)度降低，如果受到水的沖蝕作用，或者自然沉降、車輛荷載的作用，路面將發(fā)生不均勻沉降甚至塌陷的嚴(yán)重后果[15]。

考慮到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)變形量和脫空量不大，為保證泡沫輕質(zhì)土與HDPE管道的變形相協(xié)調(diào)，筆者建議：在進(jìn)行類似工程設(shè)計(jì)時(shí)，一方面可采用較大環(huán)剛度的HDPE管，以減小HDPE管頂與泡沫輕質(zhì)土回填區(qū)的脫空量；另一方面，加強(qiáng)溝槽側(cè)壁和底部的滲水引排設(shè)計(jì)，例如，在側(cè)壁底部和側(cè)壁臺(tái)階處增設(shè)30～50 cm的碎石墊層，以方便溝槽側(cè)壁滲水向鄰近檢查井引排。

3.3 管槽側(cè)壁與泡沫輕質(zhì)土界面相對(duì)位移

測(cè)試區(qū)段Ⅰ的施工前期，因在人行道一側(cè)(埋設(shè)TK4一側(cè))進(jìn)行電纜線管槽的開挖，重型機(jī)械作業(yè)影響了測(cè)試儀器的讀數(shù)。筆者以測(cè)試區(qū)段Ⅱ的TK4的實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)管槽側(cè)壁與泡沫輕質(zhì)土界面的豎向相對(duì)位移發(fā)展進(jìn)行分析，如圖9。

圖9 測(cè)試區(qū)段Ⅱ，TK4得到的相對(duì)位移Fig. 9 Relative displacement obtained by TK4 in test zoneⅡ

從圖9可以看出：

1)F′1、F′2斷面管槽側(cè)壁處相對(duì)位移發(fā)展趨勢(shì)基本相同，在管道埋設(shè)施工階段和路面結(jié)構(gòu)施工階段均為“-”，兩結(jié)構(gòu)層均產(chǎn)生了壓縮變形，相互結(jié)合較緊密。

2)在第1、2層水穩(wěn)層施工完成后(第40天)，F(xiàn)′1、F′2斷面管槽側(cè)壁處壓縮量分別為3.55、3.01 mm；在隨后路面結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，相對(duì)位移發(fā)展較為平緩。

3)進(jìn)入施工空窗期，管槽側(cè)壁與泡沫輕質(zhì)土的相對(duì)位移發(fā)生少量回彈，其壓縮量分別減小0.57、0.75 mm。

4)在瀝青底層鋪設(shè)完成時(shí)(第126天)，F(xiàn)′1、F′2斷面管槽側(cè)壁和泡沫輕質(zhì)土回填區(qū)之間的壓縮量分別為3.08、2.05 mm。這說(shuō)明，在管道埋設(shè)施工、路面結(jié)構(gòu)層施工和施工空窗期各階段，測(cè)試區(qū)段 Ⅱ管槽側(cè)壁與泡沫輕質(zhì)土一直緊密接觸，未出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。

3.4 管槽底部砂墊層與泡沫輕質(zhì)土界面相對(duì)位移

圖10為在測(cè)試區(qū)段Ⅰ、Ⅱ，TK5測(cè)得的管槽底部砂墊層與泡沫輕質(zhì)土界面的相對(duì)位移。

圖10 測(cè)試區(qū)段Ⅰ、Ⅱ，TK5測(cè)得的相對(duì)位移Fig. 10 Relative displacement obtained by TK5 in test zone Ⅰ & Ⅱ

由圖10可以看出：

1)在測(cè)試區(qū)段 Ⅰ，第2層泡沫輕質(zhì)土回填完成后，F(xiàn)2斷面出現(xiàn)了0.75 mm的脫空，原因可能是泡沫輕質(zhì)土凝結(jié)時(shí)水化熱較大，導(dǎo)致測(cè)試儀器讀數(shù)發(fā)生偏差；在隨后的各施工階段，F(xiàn)2斷面脫空量基本呈下降趨勢(shì)，相對(duì)位移ΔS由脫空量逐漸過(guò)渡為壓縮量，至第126天瀝青底層鋪設(shè)完成時(shí)，壓縮量達(dá)到1.41 mm。

2)在測(cè)試區(qū)段Ⅱ，F(xiàn)′1、F′2斷面相對(duì)位移變化規(guī)律基本相同。在管道鋪設(shè)、管槽回填及路基面平整階段(第38天)，F(xiàn)′1、F′2斷面管槽底部砂墊層與泡沫輕質(zhì)土界面產(chǎn)生壓縮變形，壓縮量分別為7.07、6.46 mm。原因可能是：由于脫空計(jì)埋設(shè)位置偏下，所測(cè)結(jié)果包含了由于墊層壓實(shí)不足導(dǎo)致的壓縮量；在路面結(jié)構(gòu)施工階段，F(xiàn)′1、F′2斷面壓縮量逐漸趨于穩(wěn)定，分別為9.33、8.13 mm；在施工空窗期略有回彈，至第126天，F(xiàn)′1、F′2斷面壓縮量分別為8.84、7.44 mm。

4 結(jié) 論

對(duì)市政道路管道溝槽回填泡沫輕質(zhì)土工程開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，測(cè)試了墊層與基層、泡沫輕質(zhì)土與管道或管槽界面的相對(duì)位移；研究了溝槽回填與路面結(jié)構(gòu)層施工過(guò)程中不同材料間的相對(duì)位移發(fā)展規(guī)律。得到主要結(jié)論如下：

1)溝槽回填泡沫輕質(zhì)土和HDPE管頂、基層與墊層之間可能發(fā)生脫空，泡沫輕質(zhì)土回填區(qū)與管槽側(cè)壁、底部結(jié)合緊密。

2)從管道鋪設(shè)階段到瀝青底層鋪設(shè)階段，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)HDPE管頂和泡沫輕質(zhì)土回填區(qū)間最大脫空量在1.91～4.00 mm之間。建議在類似工程設(shè)計(jì)時(shí)，可通過(guò)選用較大環(huán)剛度的HDPE管道以及采取強(qiáng)化溝槽側(cè)壁滲水引排措施予以防范。

3)回填材料、墊層與基層材料的粒徑、級(jí)配將直接影響墊層與基層之間相對(duì)位移的發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)采用泡沫輕質(zhì)土回填的HDPE管道，建議墊層采用厚度不小于25 cm的優(yōu)質(zhì)黏土。