泡沫轻质混凝土在陡坡路基工程中的应用

李粒生，谷　波

（1.东山县交通运输局，福建 漳州 363400；2.江苏兆通工程技术有限公司，江苏 南京 210000）



泡沫轻质混凝土在陡坡路基工程中的应用

李粒生1，谷波2

（1.东山县交通运输局，福建 漳州 363400；2.江苏兆通工程技术有限公司，江苏 南京 210000）

摘要：文章结合工程实际，对泡沫轻质混凝土在陡坡路基工程中的应用进行介绍。研究表明，与普通公路填料相比，泡沫轻质混凝土在强度与压实度方面有明显的优势，监测结果表明，换填泡沫轻质混凝土后，路基位移量和影响深度均满足稳定性要求。

关键词：路基工程；泡沫轻质混凝土；稳定性；填筑方案

泡沫轻质混凝土是用机械方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，再将泡沫加入到含硅质材料（砂、粉煤灰等) 、钙质材料（石灰、水泥等)、水及各种外加剂等组成的料浆中，经混合搅拌、浇筑成型、养护而成的一种内部含有大量封闭气孔的混凝土，这种混凝土由于轻质多孔，具有良好的物理力学性能［1-4］。

1　工程概况

1.1工程地质

国省干线公路联十五线东山生态环岛公路S1标段苏峰山联络线陡坡路基段场区为低山斜坡夹山间凹地地貌，地形坡度15~30°，地表植被发育，部分基岩裸露。K4+900~K5+000路段以半填半挖、填方路基通过，最大填高9.5 m，地面横坡最陡处约26°，折合比例坡度约为1∶2，属典型的陡斜坡填方工程。

本路段起点K4+900处与挖方路基相接，挖方路基长度约100 m，K4+840 处为苏峰山2号大桥桥头；由于本路段地形陡峻，难以另外开辟抵达苏峰山2号大桥的便道，故本段路基能否及时竣工，直接制约着苏峰山2号大桥的施工进度，同时制约着整个工程项目的施工进度。

据工程地质调绘及钻探成果，上覆坡积含碎石粉质黏土（Qdl），下伏基岩为上三叠统-侏罗系（T3-J)变粒岩。场址区岩土层及其工程地质特征如下：表层为含碎石粉质黏土：（Qdl），黄褐色，硬塑，以黏粉粒为主，碎石占 30%~40%，成分为强风化云母片岩，地表见大量粒径 50~150 cm 的块石，本次探坑揭露厚度1.80 m，土石工程分级为Ⅱ级普通土。下层为碎块状强风化云母片岩（T3-J），灰-灰黄色，变晶结构，片状构造，碎裂状，裂隙 发育，见褐铁浸染，岩体破碎，为较软岩，岩芯呈碎块状，少量柱状，本次探坑揭露厚度2.80 m，土石工程分级为Ⅳ级软石。

场地地震基本烈度为7度，地震动峰值加速度为0.15g，构造剥蚀低山丘陵地貌区基本为Ⅱ类场地，其地震动反应谱特征周期值为 0.35 s，抗震设计分组为第一组［5］。

1.2路基稳定性验算

本路段修筑的泡沫轻质混凝土路堤位于陡斜坡上，地面横坡15~30°不等，折合比例坡度1∶3~1∶2，为陡坡路堤，故按陡坡路堤进行稳定性分析。分别选择填方最高、地面横坡最陡的断面作为控制性验算断面，对路堤与斜坡的整体稳定性、路堤沿斜坡下滑的稳定性进行计算，计算参数见表1。

人行道人群荷载按3.0 kN/m2计算，行车道荷载按公路-Ⅰ级；路面结构层按重度折算为等代土层厚度，计算厚度取2.0 m，路堤计算填高=路堤填高（持力层算起）+路面结构层折算土柱厚度。稳定性计算结果见表2。原设计采用路堤挡土墙处理是合理可靠的。

表1　路堤稳定性计算参数取值

表2　路堤稳定性计算结果

1.3原设计主要工程量

原设计采用普通路基填方的形式通过，主要工程量有：（1)在路基右侧设置了路堤挡土墙，墙高约5~11 m，总圬工数量约为 5 320 m3；（2)K4+965处设置一道2.0 m×2.0 m盖板涵，涵长 22 m；（3)路基填方总量约为10 300 m3。

2　路基填筑方案比选

方案1：换填泡沫轻质混凝土，路面底面以下0~0.8 m强度等级为CF0.8，容重等级为W6；路面底面以下强度等级为CF0.6，容重等级为W5。流动度为160~200 mm，镀锌钢丝网规格为Φ1.5 mm@2.5 cm× 2.5 cm。

方案2：两侧路肩墙（左侧)和路堤挡土墙（右侧）中间填土，以衡重式为主，墙高＜15 m，采用C15片石混凝土浇注；墙高＞15 m，采用C20片石混凝土浇注。路堤挡土墙：以重力式为主，墙高＜10 m，采用C15片石混凝土浇注；墙高＞10 m，采用C20片石混凝土浇注。

方案3：右侧路堤挡土墙改为路肩墙，以衡重式为主，墙高＜15 m，采用C15片石混凝土浇注；墙高＞15 m，采用C20片石混凝土浇注。

3个方案的对比分析见表3。

表3　路基处理方案比选

3　泡沫轻质混凝土路基研究

由于 K4+900~K5+000 路段位于陡斜坡上，且项目区域内降雨丰沛，故设计充分考虑采用泡沫轻质混凝土填筑路堤的稳定性、耐久性，结合完善的地表、地下排水系统，确保陡斜坡上泡沫轻质混凝土路堤的安全运营。

3.1路基强度研究

泡沫轻质混凝土自身具有较高的强度和较低的密度，与普通公路填料相比具有明显的优势，见表4。

表4　路基填料强度分析比较表

通过表中的数据比较可以看出，泡沫轻质混凝土的强度远远大于普通填料，同时，在压实度方面也具有明显的优势。进一步试验表明，道路用轻质泡沫混凝土材料最小强度为0.3 MPa，而97%压实度的土的强度只有0.05 MPa左右，轻质泡沫混凝土强度比普通压实土强度要高很多。

3.2耐久性研究

泡沫轻质混凝土路堤必须具有足够的耐久性，在车辆荷载、干湿循环等作用的长期、反复作用下，性能指标不出现明显衰减。交通运输部公路科学研究院进行了包括疲劳、干湿循环、冻融循环等内容的耐久性研究，结果表明：路面厚度＞25 cm 时，行车荷载在轻质泡沫土路堤中引起的附加应力约为总应力的 1/5，应力比约 0.2；根据回归方程，当应力比=0.2时，95%保证率的疲劳寿命为 N≈1×1029次，完全满足公路使用年限要求［6］。

根据国内一些单位不同条件下的长期养护（4~6年）试验结果，室外暴露养护强度降低幅度达50%，浸水养护降幅与室外暴露养护降幅相当，故泡沫轻质土填筑体不得暴露在空气中，须采取完善的防护及防、排水措施。

3.3底部抗滑稳定计算

现浇泡沫轻质混凝土路堤处于平面与斜坡面交界处时，可将其分成斜坡前和斜坡上两部分计算滑动力和滑动抵抗力，计算示意图见图1。抗滑安全系数按式（1）进行计算。

图1　底面抗滑稳定安全系数计算

式中：M1为沿水平面的抗滑力；M2为沿斜坡面的抗滑力；N1为沿斜坡面的下滑力；W1为斜坡前现浇泡沫轻质混凝土的自重及路面荷重；W2为斜坡上现浇泡沫轻质混凝土的自重及路面荷重；θ为斜坡面与水平面交角；f为现浇泡沫轻质混凝土与地基土的摩擦因数，无实测资料时可取0.5；当现浇泡沫轻质混凝土与地基之间铺设防水土工布时，应通过试验确定。

经验算底面抗滑稳定安全系数满足稳定性要求。

3.4泡沫轻质混凝土路堤监测设计

本路段位于陡斜坡上，最大填方高度约9.5 m，应按陡坡高路堤进行监测；根据地质状况，填方工区未见软土等不良地质，故本路段监测项目以位移为主，通过位移桩、测斜孔对泡沫轻质混凝土路堤的浅、深层位移进行长期观测。

根据路段内地形、路基横断面设计情况，共布置2处浅层位移观测点，1处深层位移观测点，测点布置见表5，实测位移见表6。

表5　位移观测点布置一览

表6　观测点位移实测数据表 mm

由上述实测位移数据可以看出，施工后数月最大位移量小于10 mm，影响深度小于5 m，满足稳定性要求。

4　结语

泡沫轻质混凝土是一种新型轻质环保节能材料，具有质轻、流动性高、耐久性好、强度可调节以及施工简单等特点，可广泛应用于软土地基路段、台背填筑、道路扩建、山区陡峭路段的填筑、

老路桥头路基换填等公路工程领域，以提高路堤稳定性。

参考文献

［1］高倩，王兆利，赵铁军．泡沫混凝土［J］．青岛建筑工程学院学报，2002，22（3）：113-115.

［2］王永滋．粉煤灰泡沫混凝土的生产与应用［J］．福建建设科技，2001（2）：35-36.

［3］奎永才，卢章天．泡沫沥青发泡特性及其冷再生混合料性能研究［J］．公路交通技术，2015（4）：53-57.

［4］汪迎红．泡沫混凝土的强度特性及在路堤填筑中沉降分析［J］．公路工程，2015（5）：245-249.

［5］高波，王群力，周孝德．混凝土发泡剂及泡沫稳定性的研究［J］．粉煤灰综合利用，2004（1）：13-16.

［6］中国公路工程咨询集团有限公司．国省干线公路联十五线东山生态环岛公路S1标段苏峰山联络线［R］.2015.

Application of Foamed Lightweight Cement in Subgrade Engineering with Steep Slope

Li Lisheng1， Gu Bo2
（1. Dongshan County Bureau of Transportation， Zhangzhou 363400， China；2. Jiangsu Zhaotong Engineering & Technology Ltd.， Nanjing 210000， China）

Abstract:Coming with engineering practice， the application of foamed lightweight cement in subgrade engineering with steep slope is analyzed. Researches show that foamed lightweight cement has obvious advantages in terms of strength and stability compared with ordinary highway filling. Monitoring results show that displacement and impact depth meet stability requirment by filling foamed lightweight cement.

Key words:subgrade engineering； foamed lightweight cement； stability； filling scheme

中图分类号：U416.1

文献标识码：B

文章编号：1672–9889（2016）03–0021–03

收稿日期：（2016-03-15）

作者简介：李粒生（1963-），男，福建漳州人，工程师，主要从事道路工程管理工作。