现浇式泡沫轻质土在南平水东大桥改造工程路基拼宽中的应用

■李一帆

(福建省交通规划设计院，福州　350004)



现浇式泡沫轻质土在南平水东大桥改造工程路基拼宽中的应用

■李一帆

(福建省交通规划设计院，福州350004)

摘要介绍现浇式泡沫轻质土的基本工艺及特点，详述现浇式泡沫轻质土在南平水东大桥改造工程中作为路基拼宽填料的设计方案及设计思路，并结合工程应用进行经验总结。

关键词泡沫轻质土路基拼宽应用

1　引言

随着我国道路交通量快速增长，现有道路的服务水平和通行能力已远远不能满足使用需求，道路进行改造拼宽成为了纾解道路压力的必然选择。道路拼宽改造工程通常存在用地范围狭小，人、车流量大，地质条件人为改造较大等特点，施工难度较大。

泡沫轻质土是“用物理方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，与必须组分水泥基胶凝材料、水及可选组分集料、掺和料、外加剂按照一定的比例混合搅拌，并经物理化学作用硬化形成的一种轻质材料”。该材料具有轻质、密度与强度可调、良好的施工性和环保性等特点，其性能可替代常规填土，加快施工工期，增强工程安全性。

本文介绍了福建省南平市水东大桥改造工程中采用现浇式泡沫轻质土填筑拼宽路基的工程应用，可为今后的类似工程提供可靠的设计参考。

2　工程概况

工程场址位于南平市区内建溪上，根据设计要求，新水东大桥将通过新建B匝道与江滨北路连接，因此需挖除江滨北路原人行道后进行拼宽改造，改造后江滨北路外侧为B匝道路基，B匝道路基外侧为人行道路基，人行道路基外侧即为建溪南侧护岸挡墙(如图1及图2所示)。原江滨北路人行道挖除后，首先在外侧填筑最宽约10m、最高约9m的人行道路基体，人行道路基上侧约200m长度范围内再次填筑高约0～3.8m的B匝道路基体。

根据工程勘察钻孔揭示，工程场区上覆原江滨北路修筑用素填土，其下为碎块状强风化石英细砂岩。表层素填土厚度最高达8m以上，地基承载力容许值为95kPa，若采用一般路肩挡墙支挡，地基承载力无法满足要求(如表1所示)。

工程场址紧临建溪，受建溪水位影响较大，根据当地水文资料显示，建溪的常蓄水水位标高为62m，一般洪水水位为65m，50年一遇洪水水位75.6m，水位涨落变化较大，50年一遇洪水水位基本可淹没整个拟建人行道路基。

综上所述，该工程的工程难度较大，主要存在以下难点：

(1)施工场地狭小，人行道路基作业场地宽度仅为10～15m左右，一般大型机械作业较为困难，且建溪洪水期局部将淹没作业场地，机械进出场地措施费极高。

(2)新人行道路基体全部坐落于滨江北路外侧与建溪护岸挡墙之间的倾斜平台上，地基以滨江北路建设时期的素填土为主，土质较为松散，地基承载力较差，而新建人行道路基高度较大，若采用普通填土路基，则重度较大，路基稳定性很难满足要求。

(3)建溪水位升降对路基体影响较大，逢较大洪水时水位必将淹没部分路基体，对路基稳定性将造成较大威胁。

(4)新人行道路基上部部分段落还将继续填筑B匝道路基，则更加剧了工程安全性的降低。

(5)工程总经费有限，普通填土外侧需采用桩基挡墙或桩板墙进行支挡，造价极高。

(6)考虑到使用需求，工程工期要求较紧。因此，需要在工程安全的前提下加快施工。

表1　岩土物理力学性质推荐指标

3　设计方案及要点

3.1设计方案

根据上述情况，设计单位应业主要求进行了详尽的设计论证，对普通填土+外侧支挡(桩板式挡土墙或桩基挡墙)方案及泡沫轻质土路基方案进行比选，经过比较发现，采用泡沫轻质土路基方案安全性能够满足要求，其施工工序简单，能够缩短约近一半的工期，同时节省造价近50％以上，且施工难度大大降低，现详述如下(如图3、图4所示)：

(1)新人行道路基工程设计采用现浇式泡沫轻质土浇筑路基，高约7.5～9m；选用泡沫轻质土重度6kN/m3，立方体抗压强度0.8MPa；泡沫轻质土体迎水侧及基底分别浇筑20cm厚C20混凝土板作为侧壁及底板。

(2)保证斜坡填堤的稳定性，以及洪水期间路基的抗浮，故在泡沫轻质土底部及上部平台打设竖向及斜向钢管桩，钢管桩钻孔孔径φ150mm,采用外径φ108mm、内径φ96mm钢管，管内灌注C30水泥浆。注浆采用孔底返浆法，注浆压力0.5MPa。其中泡沫轻质土底部设置四排垂直打设钢管桩，横向间距1.0m，线路纵向间距2.0m，要求钢管桩进入碎块状强风化岩3～5m(有卵石层的要求进入卵石层以下5～7m)；钢管桩桩身施工至底部以上50cm后桩身焊接4根钢筋伸入至泡沫轻质土顶面，并与泡沫轻质土体中设置的钢筋网连接，以将泡沫轻质土与稳定地层连为整体，并提供抗浮力与支承力，同时保证道路的稳定性。泡沫轻质土体外侧(路基坡脚处)设置1排钢管桩，桩身不伸入泡沫轻质土体内部，横向间距1.0m，线路纵向间距2.0m。泡沫轻质土上部平台设置一排70°斜打钢管桩，横向间距1.0m，线路纵向间距2.0m，桩身伸入至泡沫轻质土体顶部。

(3)为增强泡沫轻质土路基强度以及便于钢管桩连接，泡沫轻质土体内设置水平向及垂直向钢筋网，其中20cm厚侧壁混凝土板内设置一道垂直向φ8＠10cm× 10cm钢筋网，顶面、顶面以下1m处及土体中部放坡台阶顶部内各设置一道水平向φ8＠10cmx10cm钢筋网，开挖坡面、底面及底面以上2m处各设置一道φ8＠20cmx20cm钢筋网。钢筋网通过帮焊钢筋与钢管桩相连接。

(4)泡沫轻质土体与原江滨路既有挡墙采用φ20弯头钢筋连接，钢筋间距1.0m×1.0m，钢筋长度2m，弯头段长度15cm，要求进入原挡墙1m；钢筋均采用梅花形布置。

(5)由于施工平台较小及泡沫轻质土嵌入原地层需要一定深度，施工平台开挖后将会在原滨江北路外侧挡墙坡脚形成较陡坡率的临时开挖面，故坡面临时防护采用小导管注浆+素喷C20混凝土10cm，小导管间距0.75×0.75m,小导管交叉伸入泡沫轻质土体内1m。泡沫轻质土体与原建溪护岸挡墙之间采用小导管注浆+素喷10cm C20混凝土进行硬化处理，小导管间距1.0x1.0m；梅花形布置。

(6)B匝道路基填土高度较高且部分设置于外侧人行道泡沫轻质土路基上，为防止上部荷载对泡沫轻质土路基稳定产生不利影响，该段B匝道路基同样采用泡沫轻质土填筑，路基体两侧及底部设置C25钢筋混凝土U形槽。

(7)为保证泡沫轻质土长期使用质量，须对其进行防、隔水处理，并对周边地下水进行疏排。故在泡沫轻质土混凝土底板下及开挖侧坡坡面下设置30cm厚无砂大孔混凝土作为排水层，并在无砂大孔混凝土顶端连接钻孔打设的PVC排水管，在混凝土底板下无砂大孔混凝土中对应埋设PVC排水管，PVC排水管间距5m。同时对泡沫轻质土顶、内侧(滨江北路一侧)两面采用防水土工膜进行包裹，防止地下水及地表水渗入(如图5所示)。

3.2设计要点

(1)泡沫轻质土能够有效减轻上部荷载或土压，同时其自身稳定性及强度又大大高于普通路基填土，从而达到提高工程安全性的目标，故设计中对于其容重及抗压强度的确定至关重要。根据现有的泡沫轻质土技术，其抗压强度一般在0.4～7.5MPa之间，对于其充当路基填土完全可以满足要求；表观密度一般在250～1650kg/m3间，则可根据具体地质情况及周边环境影响进行选择，如不能满足要求时，须配合以其它工程手段进行重点补充加固。针对本文中所举工程案例，由于人行道路基外侧为建溪，须考虑洪水期泡沫轻质土浸泡于水中时浮力对路基的影响，对于材料表观密度的选择不宜过低，故选取表观密度指标600 kg/m3，即重度6kN/m3。由于后期上部要继续施工B匝道路基，考虑到上部荷载会进一步加大，因此利用钢管桩对地基承载力进行增强，并利用钢管桩伸入泡沫轻质土体内与钢筋网片进行连接，在内侧利用植入钢筋、小导管与原滨江北路挡墙及开挖坡面处土体进行连接，使上部泡沫轻质土路基体、原滨江北路路基及地基形成整体，以加强路基整体稳定性。

(2)泡沫轻质土的制备原理导致其内部会形成一定大小的孔隙空洞，容易导致泡沫轻质土进水后增加整体重度且改变其物理力学性质。因此，泡沫轻质土在作为路基体使用时防水措施尤为重要。在本文中，泡沫轻质土路基体临水侧及底部全部采用混凝土板进行封闭，内侧及顶面全部采用防水土工膜进行包裹，同时采用PVC排水管配合底部无砂大孔混凝土对地下水进行疏排，严防地表水及地下水渗入。当施工时遇大雨或暴雨或持续时间较长的小雨天气，未固化的泡沫轻质土表面应采取遮雨措施，防止雨水消泡。

(3)在斜坡上进行泡沫轻质土加宽填筑时，应对基底开挖一定深度，使泡沫轻质土体嵌入地基体一定深度(本文工程案例中控制为2m以上)，斜坡开挖最好挖台阶施工或采用一定数量的抗滑锚固件进行固定(本文工程案例中采取钢筋、小导管、钢管桩及钢筋网片进行整体连接固定)，以确保整体稳定性。

(4)泡沫轻质土具有制备简便、浇筑时间短的优点，但其内部水化热较大，浇筑完毕后内部温度较普通混凝土高，故应对其施工工艺及工序进行严格控制。泡沫轻质土单层浇筑厚度应控制在0.3～0.8m范围；施工时间应控制在水泥(砂浆)初凝时间内，当浇筑层终凝后方能进行上层的浇筑施工。

(5)路基体为线状工程，故泡沫轻质土路基应沿线路方向设置沉降缝，本文中工程沉降缝间距为10m，沉降缝填缝材料采用聚苯乙烯板或10mm～20mm厚夹板，并应采用止水带进行止水，防止水渗入。

4　工程总结及建议

南平水东大桥工程现已完工并投入使用，目前使用情况良好，根据现场后续监测资料，路基体处于稳定状态(见图6)。本工程中泡沫轻质土的应用经验可供今后类似工程设计提供参考：

(1)现浇式泡沫轻质土作为路基拼宽填料时具有轻质性、密度和强度的可调节性及良好的施工性、自稳性、耐久性等特点，尤其是在施工作业面小、施工工期短、施工环境条件差的工程中，路基加固防护支出较高，则泡沫混凝土的优势更为突出。

(2)现浇式泡沫轻质土性能受环境水影响较大，地表水及地下水的渗入可能导致其性能的下降，威胁到结构的整体稳定性，设计中应着重对泡沫轻质土自身的防、隔水及周边环境的疏排水措施进行设计。

(3)现浇式泡沫轻质土的自身稳定性较好，但在特殊复杂环境中采用泡沫轻质土作为路基拼宽填料时须配合相应的辅助加固措施作为确保工程安全性的有效补充，尤其是在斜坡或软基路段，抗滑移、抗倾覆设计应成为设计中的重中之重。

(4)因现浇式泡沫轻质土受施工过程中技术控制影响较大，应合理安排施工工序，加强施工过程前后的质量控制，严格按照设计说明中的工序步骤进行施工并按照相关技术规程做好质量检验。

(5)现浇式泡沫轻质土作为一种新型工程材料，其材料性能、应用机理还需进一步深入研究。

参考文献

[1]JTG D30-2015，公路路基设计规范[S].

[2]GB5008-2001，锚杆喷射混凝土支护技术规范[S].

[3]CECS249-2008,现浇泡沫轻质土技术规程[S].

[4]CJJ/T 177-2012，气泡混合轻质土填筑工程技术规程[S].

[5]姚进.泡沫轻质土在道路工程中的应用[C].城市道桥与防洪第七届全国技术高峰论坛，2012.