探究泡沫輕質(zhì)土在既有軟基道路擴建中的應(yīng)用

顧輝

（中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司，南京 210000）

1 引言

改革開放以來，我國道路工程發(fā)展迅速，從改革開放初期的5×105km 增長到如今已超過5×106km。為滿足日益增長的區(qū)域運輸需求，推動現(xiàn)代化經(jīng)濟發(fā)展，亟須對當(dāng)前眾多既有道路進行優(yōu)化升級，開展擴建改造工作，以便能夠提高道路運營能力。泡沫輕質(zhì)土作為當(dāng)前既有軟基道路擴建中的常見材料，能夠降低舊地基與新地基間產(chǎn)生的差異沉降，保證道路工程受力均勻，進而提高工程運行質(zhì)量，減少工程擴建投資成本。

2 項目概況

某道路工程全長7.14 km，于20 世紀90 年代建成，因受到當(dāng)前社會經(jīng)濟的影響，無論是道路建設(shè)思路還是施工技術(shù)水平都難以滿足現(xiàn)代化城市發(fā)展。通過對該道路工程的勘測結(jié)果可知，道路路基寬8 m，在軟土路基地段僅換填5 m 的厚碎石進行處理，并未進行深層處理。工程運營至今，不同地段均發(fā)生了沉降現(xiàn)象，局部地段累計沉降達60～70 cm，整體路況較差，破損現(xiàn)象較為明顯。為滿足當(dāng)前道路運輸需求，需要對此道路進行擴建。由于該道路工程所處區(qū)域為水系較為發(fā)達區(qū)，全線均分布有淤泥及淤泥質(zhì)軟土，不僅埋深淺還厚度大，具有抗剪強度低、壓縮性高等特點。通過對其開展室內(nèi)土工試驗，對各土層的物理力學(xué)性質(zhì)進行了詳細分析，具體情況見表1。

表1 某道路工程各土層的物理力學(xué)性質(zhì)

3 泡沫輕質(zhì)土在既有軟基道路擴建中的應(yīng)用方案分析

3.1 原設(shè)計方案

在原設(shè)計方案中，對于既有軟基道路的處理主要采取塑料排水板堆載預(yù)壓方式：軟基埋深不同設(shè)置不同間距的排水板，隨后在排水板上方設(shè)置厚60 cm 的砂墊層，鋪設(shè)單向土工格柵。

在堆載預(yù)壓過程中，需要在預(yù)壓期內(nèi)及時填補沉降土方，以保障預(yù)壓高度。路基填筑滿足項目要求后，相關(guān)排水固結(jié)區(qū)域要保障至少6 個月的預(yù)壓期，連續(xù)3 個月沉降浮動不得超過5 mm，滿足這一要求后才能卸載[1]。

從原設(shè)計方案情況來看，若再次擴建過程中仍沿用上述方案，將會存在以下問題：（1）對預(yù)壓時間與荷載條件要求較高，并且在堆載預(yù)壓過程中會占據(jù)較大的場地面積，無法保障工期按時交付，對周邊居民及交通工程都會造成影響[2]；（2）堆載預(yù)壓高度較高，通常為2.5 m、3 m，需要大量堆載土石方，借方和再堆放的施工組織壓力較大，且在一定程度上會影響周邊居民出行。再加上該工程既有道路軟土地基沉降多年，若安裝塑料排水管可能會對其造成影響，最終出現(xiàn)附著沉降。

3.2 變更后的方案

根據(jù)該工程項目建設(shè)條件、工期要求、項目需求、工程造價等需求，施工單位需要對軟土地基進行全面分析。按照圖1中的優(yōu)化思路，確定換填泡沫輕質(zhì)土處理方案。該方案的實施有助于實現(xiàn)連續(xù)施工、多區(qū)域同時作業(yè)等目標，改變原先方案中至少6 個月預(yù)壓期現(xiàn)象，保障施工活動能夠達到預(yù)定通車時間[3]，并且不用堆載土方等，對于周邊居民及交通運輸影響較少，有助于施工期間保障交通工程通暢。

圖1 泡沫輕質(zhì)土在既有軟基道路擴建中的應(yīng)用方案優(yōu)化

4 泡沫輕質(zhì)土在既有軟基道路擴建中的應(yīng)用

相較于普通土體而言，泡沫輕質(zhì)土容重較小、呈流塑狀，便于施工操作，將泡沫輕質(zhì)土應(yīng)用于既有軟基道路擴建中，具有施工周期短、作業(yè)面積小、施工和易性好等優(yōu)點，施工單位可以連續(xù)開展填筑，無須因碾壓工程中斷其他節(jié)點施工，保障項目工程按期交付。下文詳細論述了有關(guān)泡沫輕質(zhì)土在既有軟基道路擴建中的應(yīng)用流程、控制要點及維修養(yǎng)護措施。

4.1 工藝流程

泡沫輕質(zhì)土在既有軟基道路擴建中的施工流程為：測量放樣→基坑開挖→基地處理→填筑區(qū)劃分及模板安裝→填筑泡沫輕質(zhì)土路基。需要注意的是，泡沫輕質(zhì)土需要施工單位結(jié)合項目需求現(xiàn)場配置，首先運用稀釋水將發(fā)泡劑進行稀釋形成發(fā)泡液，進行處理過后將泡沫與事先準備好的水泥漿混合攪拌，最終形成泡沫輕質(zhì)土應(yīng)用到軟基道路中[4]。

4.2 控制要點

填筑輕質(zhì)土前，施工單位需要根據(jù)現(xiàn)場實況對填筑層及建筑區(qū)進行劃分，并對填筑區(qū)域的雜物、積水等進行清理，以保障施工區(qū)域基底高程滿足項目設(shè)計要求，相關(guān)控制要點如下：

1）同一區(qū)域中相鄰填筑層的填筑時間差不能＜6 h，判斷標準為下層輕質(zhì)土是否硬化，硬化后才能開展后續(xù)工作。

2）一定要在水泥初凝前完成填筑工作，整個填筑活動時間應(yīng)＜3 h，從制備水泥漿到制造泡沫輕質(zhì)土?xí)r間不能＞3 h，否則將會導(dǎo)致工程質(zhì)量受到一定影響[5]。

3）若需要同時開展多條筑管作業(yè)，需要結(jié)合施工實況采取角式填筑或并列式填筑。

4）若在填筑過程中需要挪動填筑管，施工人員切記不能左右挪動，可沿著填筑管前后挪動。

5）在填筑輕質(zhì)土過程中，需要對其濕密度、水泥漿密度以及泡沫密度進行全面檢測，各指標需要控制在±3%、±2%以及±5%。該道路工程輕質(zhì)土性能指標具體情況：施工濕密度為600 kg/m3，28 d 抗壓強度≥1.0 MPa，稀釋倍率≥60，標準泡沫密度在30～50 kg/m3。

4.3 維修養(yǎng)護

完成泡沫輕質(zhì)土填筑工作后，相關(guān)人員要對填筑情況進行驗收，保障其填筑高度達到設(shè)計高程，隨后應(yīng)用塑料薄膜將其覆蓋進行保濕養(yǎng)護，養(yǎng)護時間盡量保證達到28 d，直到泡沫輕質(zhì)土的養(yǎng)護強度，施工單位隨即開展頂部路面結(jié)構(gòu)層工程。若受到工期影響，不得不縮短工期，也要保障泡沫輕質(zhì)土的養(yǎng)護強度要達到0.6 MPa。在施工過程中嚴禁大型設(shè)備在泡沫輕質(zhì)土表層走動，若不能避免該現(xiàn)象，相關(guān)施工人員要結(jié)合施工實況合理鋪設(shè)臨時保護層，保障設(shè)備能夠安全、穩(wěn)定通行。

5 應(yīng)用效果分析

5.1 室內(nèi)試驗探析

5.1.1 密度測試

要預(yù)測泡沫輕質(zhì)土在該工程中的運用情況，需要根據(jù)項目實況開展室內(nèi)試驗，整個試驗要遵循相似原則，相關(guān)原材料配合比要與施工現(xiàn)場保持一致。本次室內(nèi)試驗選擇的試件尺寸為200 mm×200 mm×200 mm，將其放置在溫度為20 ℃±2 ℃，相對濕度為98%的恒溫恒濕條件下進行養(yǎng)護，直到滿足項目設(shè)計齡期。根據(jù)試驗結(jié)果來看，該試樣的平均密度為603 kg/m3。通過這一試驗結(jié)果可知，該泡沫輕質(zhì)土能夠有效滿足工程項目需求。

5.1.2 壓強測試

根據(jù)國內(nèi)外專家對泡沫輕質(zhì)土的室內(nèi)實驗研究來看，浸水對于該材料強度無明顯影響，材料能夠保持長期穩(wěn)定狀態(tài)。基于此，將泡沫輕質(zhì)土應(yīng)用于既有道路軟基擴建中時，需要考慮其抗壓強度，抗壓強度q 的計算方式為：

式中，q 為泡沫輕質(zhì)土填筑后自立穩(wěn)定的抗壓強度，MPa；F 為安全系數(shù)，在該工程中取3；γ 為換填后結(jié)構(gòu)層的容重，kN/m；H 為泡沫輕質(zhì)土填筑高度，m；W 為整個泡沫輕質(zhì)土頂部的荷載，kN。

最終得出該泡沫輕質(zhì)土的應(yīng)用效果能夠充分滿足該工程項目設(shè)計要求。

5.2 現(xiàn)場測試分析

完成泡沫輕質(zhì)土填筑工作后，測試人員利用密度測量儀對輕質(zhì)土的密度進行探測，得出其平均值為606 kg/m3，相比于該施工區(qū)域的普通土質(zhì)情況來看，豎向土體壓力平均降低了約65%。

在現(xiàn)場檢測時，將現(xiàn)場已經(jīng)配置好的輕質(zhì)土裝入尺寸為200 mm×200 mm×200 mm 的模具中進行養(yǎng)護，養(yǎng)護齡期為7 d與28 d，經(jīng)過測量其抗壓強度可以發(fā)現(xiàn)，在7 d 時抗壓強度為0.9 MPa，在28 d 時其抗壓強度為1.49 MPa，可有效滿足該工程項目實際需求。

完成填筑工作后，施工單位需要對泡沫輕質(zhì)土的外觀進行檢驗，保證外觀無任何損壞現(xiàn)象。在填筑8～12 h 后，輕質(zhì)土的沉陷距離不能大于3 cm，開裂寬度不能大于2 mm，寬度與長度均要滿足工程設(shè)計要求。

5.3 道路檢測情況分析

為保障該道路工程安全、穩(wěn)定運行，完成施工后需要對泡沫輕質(zhì)土的應(yīng)用效果進行分析。結(jié)合道路運行實況沿線布置沉降監(jiān)測端面。根據(jù)觀測道路運行效果，將碎石子層置換為泡沫輕質(zhì)土后，該道路軟土地基區(qū)域的既有道路、拓寬道路最大沉降量分別為8.85 mm 與8.92 mm，最小沉降量為0.68 mm 和7.24 mm。道路工程通車后發(fā)現(xiàn)新舊道路沉降差異量較小、滿足規(guī)范要求，由此可見，將泡沫輕質(zhì)土應(yīng)用到既有軟基擴建工程中，能夠在一定程度上降低加寬路基引起的附加應(yīng)力，進而減小路基不均勻沉降變形現(xiàn)象，保障既有道路運行穩(wěn)定。

6 結(jié)語

綜上所述，泡沫輕質(zhì)土作為軟基道路擴建中的新型材料，其應(yīng)用能夠改善傳統(tǒng)軟基擴建工程中不均勻沉降過大現(xiàn)象，再加上可以連續(xù)施工、操作方便等特點，被廣泛應(yīng)用于擴建道路工程項目施工活動中。需要注意的是，施工單位要結(jié)合工程實況不斷優(yōu)化施工方案，嚴格按照流程開展軟基道路擴建工作，做好后期泡沫輕質(zhì)土的養(yǎng)護工作，為后續(xù)工程運營奠定基礎(chǔ)，保障既有道路與新建道路安全穩(wěn)定運行。