泡沫輕質土在道路擴建工程中的應用

王鵬程

（山東高速基礎設施建設有限公司，濟南 250102）

1 引言

輕質泡沫土作為一種新型建筑材料，最早由日本研發，早期被廣泛應用于建筑工程，被我國引入后逐漸應用于拓寬高速公路。關于輕質泡沫土的相關技術，世界各地的研究團隊都做了大量的研究，涉及各個方面。

Otani 等[1]人研究了日本熊本機場輕量化泡沫土試樣的氣泡分布和力學特性。Watabe 等[2]通過工后沉降觀測，分析了東京機場某輔道泡沫輕質土填筑技術及其施工效果，得出了沉降與施工工期的關系，還驗證了輕質泡沫填土技術的優越性和良好的經濟效益。Sat oh[3]等對熊本港采用泡沫輕質土和EPS 輕質土進行了科學比較。試驗結果表明，泡沫輕質土作為一種全新的建筑材料具有較好的工程性質，更適合作為港口填料。李月峰[4]介紹了泡沫輕質土的生產和施工技術，以及輕質自承的特點，重點介紹了輕質泡沫土無污染、經濟效益高的優點。它還解決了橋頭跳車的問題，效果顯著。陳行[5]介紹了使用泡沫輕質土解決路橋不均勻沉降和夯實困難的問題，并總結了泡沫輕質土施工的方便性和經濟性。肖燕[6]介紹了泡沫輕質土材料的基本性能，并將泡沫輕質土的流動性和容重列為工程施工中必須重點控制和檢測的項目。

泡沫輕質土具有質量輕、自穩定性好、強度和密度可調、幾乎無污染等優點，還可以適應各種環境。與一般的填土加寬形式和加筋土加寬形式相比，泡沫輕質土路堤施工方便，無須夯實，是一種施工快、可減少工后沉降的施工材料。然而，目前有許多關于輕質泡沫土物理力學性質的研究，以及將其用于港口、機場跑道和路橋過渡段施工的研究。泡沫輕質土還可用于拓寬舊路路基，解決新老路基不均勻沉降問題。本文分別介紹了泡沫輕質土在道路加寬、軟土地基、減載回填、地鐵隧道卸荷和隧道襯砌中的應用，然后通過現場試驗并結合檢測數據，介紹了泡沫輕質土在道路擴建工程中的應用，為今后類似工程提供參考和實踐經驗。

2 泡沫輕質土在道路工程中的應用

2.1 在道路加寬中的應用

日本東明公路和京葉公路在改擴建的過程中遇到以下問題：原有道路附近有大量的居民建筑，使用傳統的改擴建技術會導致加大征地范圍，提高工程造價；現場道路狹窄，材料運輸困難，大型機械無法入場，給道路改擴建施工帶來了極大的難度。基于以上原因，只能在原有的建筑紅線范圍內進行改擴建，不能對周邊土地進行征用。另外，要減小路基加寬引起的地基變形，減少對原有道路及附近建筑物的影響。

傳統的改擴建技術是填方擊實法，該方法需要將填土材料進行壓縮擊實，另外，由于土質材料自穩性差。所以，傳統方法不僅占地多，而且還會產生噪聲污染。泡沫輕質土由發泡劑與水泥組合而成，無須重型機械進場施工，且泡沫輕質土硬化后具有較好的輕質性和自立性，可減少占地面積，從而解決上訴問題，同時施工較為簡單且能降低造價，因此，該項目采用泡沫輕質材料進行處理。

2.2 在軟土地基的應用

廣東省中山市至新龍港的中江公路位于珠江三角洲河網地區，地基含水量大，壓縮性高，強度低，屬于超軟地基。中江公路港橋橋臺的沉降量過大，很少達到沉降穩定標準，但采用泡沫輕質土作為橋臺的回填土，可以大大減少軟土地基的上部荷載，從而使軟基沉降明顯減少。并能有效解決橋臺不均勻沉降引起的橋頭跳車等問題。

2.3 在減載回填中的應用

北京城府路作為一條重要的城市快速道路，貫穿奧林匹克公園東西方向。城府路施工過程中的主要難點是工程跨度大、形式復雜。為了確保結構的安全，道路整體荷載不能超過80 kPa。由于傳統回填材料往往具有較大的重度，因此，難以滿足項目施工需求。輕質泡沫土由于其自身較低的密度且擁有較高的強度，可以很好地滿足項目需求，施工團隊選擇泡沫輕質土作為回填材料。施工完成后，城府路長期地表沉降值符合道路規范要求。

2.4 在隧道襯砌中的應用

西寧莫蘭臺嶺隧道2 號工程的鹽漬土區位于隧道中部，距離隧道洞口較遠，輕質泡沫土相較于傳統的混凝土具有較好的流動性，初凝期較長且具有較大的硬度，能夠較好地抵抗鹽漬土吸水后的土體所產生的膨脹壓力，所以，在隧道襯砌和第二層襯砌之間設置了一層泡沫輕質土，較好地解決了傳統混凝土注漿法導致的空洞及空鼓問題，在降低工程造價的同時，較好地提高了隧道襯砌的強度。

3 工程背景

山東某高速公路改擴建工程，預將原來的四車道改為六車道。該地區屬暖溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫13.5 ℃，年平均降水量558.7 mm，降水主要集中在7 月和8 月，凍土深度56 cm。地層土主要為淺層粉土、粉質黏土，下部為中砂和粗砂。軟土、軟弱土呈透鏡狀零星分布，埋深較淺，分布于舊路側溝渠兩側。工程地質條件較好。但沿線地勢平坦，該區域村鎮相對密集，因此，該段土地征用難度較大。為解決新老路基占地有限、沉降不均的問題，建議在路基拓寬中采用泡沫輕質土擋墻。由于存在墻體滑移和傾覆的風險，對路堤的側向位移和沉降進行了監測。

4 結果分析

4.1 加寬路堤的沉降監測

加寬路堤填土越高，傾覆的風險就越大，越容易發生坍塌沉降。因此，為了最大限度地發揮路堤安全監測的作用，選取了填土高度最高的一段作為監測點，該監測點位于橋臺路堤過渡段。

輕質泡沫土路堤墻填筑過程及沉降監測結果如圖1 和圖2 所示。

圖1 路堤的填筑過程

圖2 沉降監測結果

圖1為路基施工時間，整個工期時間為250 d，在前150 d，由于工期要求，施工速度較快；150 d 后，為確保路基整體穩定性，減少施工對周邊居民生活影響，施工進度整體放慢，最終路基填筑高度為5.2 m。

從圖2 中可以看出，泡沫輕質土路堤在施工過程中的沉降很小，其沉降峰值為3.67 cm。在施工過程中，路堤的沉降隨時間和高度的增加而逐漸增大，然后其上升速度逐漸減慢，直至路堤穩定。可以看出，靠近原路堤的位置出現了較小的沉降。同時，由于墻體質量較輕，地基土回彈，使基底沉降大于0，地面出現小幅度隆起。

根據監測數據可以看出，最大沉降值為3.67 cm，路堤整體沉降值較小，另外值得注意的是，第220 天最大沉降值為3.57 cm，240 d 最大沉降值為3.67 cm。沉降變化不大，故路堤已趨于穩定。因此，它是一種新型的路基加寬措施，對減少路基的不均勻沉降有顯著的效果。

4.2 加寬路堤的側向位移

泡沫輕質土路堤段長度約為220 m，為兩橋之間的短路堤。由于路堤墻體存在較大的滑移風險，為了保證路堤的穩定性，對路堤斷面進行側向位移觀測。墻上有12 個觀察點。為了更好地觀察沉降的變化，發現潛在滑移，在墻體上設置兩排觀測點，第一排距地面1 m，各點距40 m；第二行距地面3 m，每點距地面40 m。泡沫輕質土路堤墻體水平位移監測結果如圖3 所示。

圖3 側向位移監測結果

從圖3 中可以看出，輕質泡沫土路堤墻體在施工階段發生水平移動。觀測點在203 d 內最大水平側向位移為37 mm。由圖3 可知，在施工階段，每個觀測點的側向位移一直在增加，但隨著時間的推移增加的幅度逐漸下降，對應的增長率已經從每月9 mm 降到每月3 mm，表明墻體正在逐漸穩定。從各觀測點同一時段的橫向位移可以看出，橋臺附近的路堤墻水平位移較大，其他位置的位移明顯較小。工程完工后第252 天正式通車。從圖中可以看出，第278 天的實測值保持穩定，說明路堤墻體的穩定性較好。以上現象說明泡沫輕質土路堤墻段側向位移較小，路堤整體穩定性較好，工后側向位移保持在控制范圍內，泡沫輕質土作為一種全新的建筑材料能滿足后續施工和未來公路運營的要求。

5 結論

本文以山東某高速公路改擴建工程為例，研究了采用輕質泡沫土拓寬路基的應用技術，分析了輕質泡沫土的優點和實用性，得出以下結論：

1）通過對泡沫輕質土路堤墻體沉降的監測可知，泡沫輕質土堤墻能充分發揮泡沫輕質土的輕質性。施工后3 個月內的沉降僅為3.67 cm，可有效解決加寬路基的不均勻沉降問題。

3）通過對輕質泡沫土路堤墻體水平位移的監測，可以得出輕質泡沫土路堤墻體能夠與舊路基保持穩定結合，施工后5個月內最大水平位移僅為36 mm。