泡沫輕質土在互通匝道路基填筑中的應用

錢茂華

(鎮江市交通運輸綜合行政執法支隊,江蘇 鎮江 212002)

0 引言

在橋梁與道路銜接段,采用石灰土等常規材料填筑路基時,由于路基和橋臺剛性差異,在車輛、路面等長時間作用下,沉降差異越明顯,橋頭跳車越嚴重,行車舒適性與路面美觀性大大降低,還增加了后期養護費用。泡沫輕質土是將發泡劑水溶液制成的泡沫,按照一定比例與水泥漿混合攪拌,在物理化學作用下硬化形成的一種輕質材料[1],其原材料簡單易得,施工簡易,安全環保,能有效控制橋頭沉降,在工程建設領域有廣泛應用前景[2-4]。因此,本文結合實際的公路工程項目,對泡沫輕質土在互通匝道路基填筑的實際應用進行分析。

1 工程概況

357省道丹陽至常州機場段改擴建工程位于鎮江市丹陽市境內,沿線經過四個鄉鎮。全線按照雙向六車道一級公路標準設計,設計速度為100 km/h,路線長19.277 km。其中B1標的南二環路互通為357省道與南二環路交叉設置的互通,為半苜蓿葉+半定向型立體交叉,共設有A、B、C、D、E、H六座匝道橋。齊梁路互通式立體交叉高架橋,分為I、J兩座匝道橋。

互通匝道橋橋頭路基填土高度為4～5 m左右。由于互通區地層大部分路段具有“表層普遍分布有約5 m厚硬殼層,下臥深厚軟土層”的特點,市區施工工期較緊,因此匝道高填方橋頭采用泡沫輕質土填筑路基,以達到減少工后沉降、避免橋頭跳車的效果。同時,也減少了城市揚塵,在一定程度上緩解了土地資源緊張的問題。其主要工程數量見表1。

2 泡沫輕質土相關指標及特性

2.1 主要技術指標

本項目工程采用的泡沫輕質土主要技術指標有28 d抗壓強度、濕密度等,詳見表2。發泡劑性能指標見表3。土工膜厚度要求≥0.5 mm,采用φ1.5 mm@25 mm×25 mm的鍍鋅鐵絲網。

表1 泡沫輕質土主要工程量一覽表

表2 泡沫輕質土技術指標表

表3 發泡劑性能指標表

2.2 泡沫輕質土工程特性

泡沫輕質土比常見的施工材料的容重要低[5](見下頁表4),地基中的自重應力相對較小,有利于控制路基沉降。可以通過不同的水泥、集料、發泡劑等配合比設計,調整泡沫輕質土的干密度,其范圍為0.3～1.6 kg/m3,同時也可以調整無側限抗壓強度,范圍為0.3～5.0 MPa[6]。制作的泡沫輕質土因具有良好的流動性,可采用輸送管道進行輸送。土在大量泡沫的物理化學作用下,可塑性增強,不需要占用大量的操作空間,且一次性澆筑成型,無須振搗、碾壓和特別的養護,剛度比石灰土路基大,固化自立性良好,側向變形較小,減小了對擋墻的側向壓力,對土體兩側結構物的穩定起到一定作用,能夠緩解橋臺處的剛性突變[7]。

表4 常見建筑材料容重一覽表

3 泡沫輕質土的填筑

3.1 總體施工方案

該分項工程擬填筑8 000 m3的泡沫輕質土,利用高產能設備,由遠程漿泵將水泥漿泵送至制備站(輕質土車載移動設備),沿路線兩側并行施工,提高施工效率,縮短工期。施工工序為:測量放線→邊坡開挖→基底處理→分層澆筑→鋪設鋼絲網→分層澆筑→路面施工。

3.2 施工配合比強度試驗

泡沫輕質土施工前,根據設計的強度、濕密度等指標要求,進行配合比設計。采用100 mm×100 mm×100 mm的施工配合比試塊,與混凝土的試驗方法基本相同,以2組12塊試塊分別檢測7 d和28 d的抗壓強度,結果不做尺寸折減。當檢測出的7 d抗壓強度值≥0.5倍設計要求,或者檢測出的28 d抗壓強度值≥設計要求時,該配合比滿足施工要求。

3.3 基底處理及模板安裝

(1)泡沫輕質土路段基底處理參考一般路基段,即20 cm厚5%的石灰土,壓實度≥90%,其他指標滿足規范。

(2)填筑前,應檢查填筑基底,確保中線高程和路基寬度滿足設計要求,且干凈整潔。

(3)泡沫輕質土底部換填30 cm碎石,級配參考混凝土的集料級配,要求最大粒徑≤5 cm,碾壓密實。

(4)由于泡沫輕質土基底碎石碾壓完成后,木方立柱斜撐無法嵌入碎石墊層中進行有力支撐,因此在泡沫輕質土模板安裝前,應對基底整體進行澆筑10～15 cm泡沫輕質土墊層,然后再進行模板安裝。

(5)泡沫輕質土模板由一塊木模板(1.8 m×0.9 m)與立柱斜撐(4 cm×6 cm×1 m)組成。匝道安裝模板時可以根據匝道固定寬度,對模板進行預加工,拆裝便捷,節省工期。模板安裝面必須水平一致,不能出現大面積漏漿現場。

(6)由于匝道泡沫輕質土頂面為5%縱坡,坡度較大,灰土調平層太厚會影響路基結構層,因此需要進行澆筑區模板劃分。整體劃分為多個模板區,上下澆筑層須錯縫±80 cm。AK0+090.00～AK0+138.90段匝道模板安裝、澆筑層劃分如圖1所示。

3.4 分層澆筑及鋼絲網與土工膜鋪設

(1)由于匝道泡沫輕質土頂部坡度較大,澆筑區不宜過大,否則頂部灰土調坡用量過大會影響路面整體結構,故澆筑區每層澆筑高度為50 cm,澆筑時間≤3 h,單個澆筑區面積為66.4 m2,單個澆筑區方量為33.2 m3,分層澆筑的間隔控制時間宜>6 h。

(2)澆筑每一層時要求設置橫向變形縫,間隔距離為8 m,與上下層的施工縫位置錯開,并及時將2 cm厚的泡沫塑料板填充進去。

圖1 AK0+090.00～AK0+138.90段匝道模板安裝、澆筑層劃分示意圖

(3)在頂層泡沫土中橫向鋪設一層1.5 mm@25 mm×25 mm型號的鋼絲網,搭接的寬度≥100 mm。

(4)頂層泡沫土施工完畢后,橫向鋪設一層聚乙烯土工膜,搭接寬度≥100 mm。

(5)鋪設完土工膜之后,應立即上灰土調坡,避免土工膜被工程機械與人工破壞。

3.5 施工過程質量控制

(1)濕密度對減輕土的側壓力和降低土的附加應力至關重要,可以進行配合比調節。現場實際施工濕密度為:距路床底≤1.2 m時為570 kg/m3,距路床底>1.2 m時為530 kg/m3。

(2)流動度是衡量泡沫輕質土流動性的重要指標,施工配合比設計的流動度為160～180 mm,這種情況下不易離析,輸送距離較遠,操作性較好。

(3)泡沫密度是保證濕密度穩定性的重要參數,設計泡沫密度為50 kg/m3。

過程控制指標詳見表5。

表5 過程控制指標表

3.6 檢驗與沉降觀測

抗壓強度為公路路基填筑后的重要指標之一。分層填筑時,每個區段的每一澆筑層做1組試件,檢測其28 d抗壓強度。當泡沫輕質土填筑至最頂層時,每個區段的每一澆筑層做3組試件,分別作7 d和28 d抗壓強度試驗。試驗檢測方法與標準參考普通混凝土,且強度不做尺寸折減。

在泡沫輕質土路基底部放置一塊材質為Q235,長度為500 mm×寬度500 mm的沉降板,中間采用鍍鋅管連接,沉降外套φ70 mm保護鋼管,通過觀測,當實際的沉降速率小于規定沉降速率時即可修筑路面。

4 應用效果分析

在匝道的泡沫輕質土路基填筑結束后,利用密度測量儀探測現場輕質土的密度,并將施工的輕質土裝入模具進行恒溫恒濕養護,相關檢測結果見表6。根據檢測結果可知,該泡沫輕質土的濕密度和抗壓強度均能夠滿足項目施工要求。

表6 泡沫輕質土現場檢測結果表

在互通匝道AK0+100.00斷面(泡沫輕質土填筑)與AK0+080.00斷面(石灰土填筑)開展交工質量核驗路面沉降觀測(2019年11月)和竣工質量復測路面沉降觀測(2022年2月),觀測數據見表7。由表7可知,將泡沫輕質土應用到既有互通匝道路基填筑中,能夠在一定程度上降低荷載引起的沉降變形,保障橋梁路基過渡段的平整。

表7 路面沉降觀測結果表

5 結語

相比于石灰土,泡沫輕質土單位體積造價是其數倍。但是,在互通匝道橋梁與路基過渡段采用泡沫輕質土填筑,不僅能夠降低土的自重應力和對擋墻的側向壓力,而且能有效緩解橋臺與路基的剛性突變,減小橋頭跳車效果,增加行車舒適性和安全性,同時也提升施工速度與工程質量,其工程效益是可觀的。但是,泡沫輕質土具有吸水率較高、易干燥收縮等缺點,是今后要重點解決的問題,以期為泡沫輕質土的進一步推廣和普及奠定更堅實的基礎,實現更為廣泛的應用。