泡沫轻质填土路基变形特点及施工技术分析

张 星 全

(山西省晋中路桥建设集团有限公司,山西 晋中 030600)

1 概述

随着省内高速公路建设进度的不断推进，省内纵线高速网络体系建设不断加速，在已开工建设的众多高速公路项目中，部分标段施工范围内分布有广泛的淤泥及淤泥质土层，由于淤泥质土层的承载能力较差、路基渗透系数小、在相同荷载条件下的压缩性指标较高，严重影响了高速公路的正常施工进程及后续的承载能力和抗变形刚度指标。随着路基综合处治技术的不断发展和提升，泡沫轻质土路基换填处治技术被纳入最新的JTG/T D31—2013公路软土地基路堤设计与施工技术细则中，目前，泡沫轻质土路基综合处治技术已经被大规模使用在省内新建高速公路项目中，且工程实践应用效果良好。

泡沫轻质土的最大特性是密度小，同样体积的轻质土的自重较其他路基填筑料的自重至少轻25%，极大地控制了高速公路路基结构的整体自重水平；此外，轻质土还具备较高的直立特点，其直接作用在工程构筑物上的侧向荷载较低，有助于实现工程建筑物的稳定性，外加泡沫轻质土路基结构为整体性结构，地基在上部荷载作用下的总沉降值较小，因此，其对改善和适应地基土层的荷载不均匀沉降特性效果明显。

2 泡沫轻质土路基结构变形相关特性分析

2.1 泡沫轻质土材料容重特性

由于泡沫轻质土材料的密度值较低，在相同体积份数下，泡沫轻质土的自重仅为一般路基填筑材料的3/4，且泡沫轻质土的容重值满足动态调整要求，可以结合工程特性确定具体的容重值，以省内高速公路施工项目为例，泡沫轻质土的容重值介于6 000 N/m3～10 000 N/m3范围内。表1为不同路基填筑材料的容重值。

表1 不同路基填筑材料容重值

分析表1可知，泡沫轻质土填筑料的容重值相较粉煤灰填筑料明显下降，EPS填筑料在容重方面表现出更佳的优势，考虑到EPS材料的合成难度较大，综合成本较高，无法大规模应用在高速公路路基填筑施工中，综上，泡沫轻质土在路基填筑中显示出较高的性价比和综合性能。一般情况下，硬化以后的泡沫轻质土的表观密度值与含水率存在正相关关系，在配合比相同的情况下，泡沫轻质土的干密度明显低于湿密度。如果在施工过程中，泡沫轻质土的干密度值大于湿密度，表明泡沫轻质土在凝结硬化过程中的水分蒸发严重，此种泡沫轻质土则无法应用在工程施工中。

2.2 泡沫轻质土材料无侧限抗压强度指标

泡沫轻质土同样在无侧限抗压强度方面表现出良好的可调节性，基于泡沫轻质土用量、类型及气泡比例等因素影响，泡沫轻质土的无侧限抗压强度值位于0.2 MPa～4.5 MPa范围内，在高速公路路基施工过程中，该值进一步限定在1.0 MPa～1.5 MPa范围内。气泡占比对泡沫轻质土的无侧限抗压强度影响最明显，若气泡占比较低，水泥土体颗粒能够与水分充分反应，提升泡沫轻质土的固结强度指标，且随气泡比例的增加，水泥颗粒和水分之间的化学反应速率逐步下降，无侧限抗压强度相应下降。除此以外，由于泡沫普遍存在于轻质土中，容易导致材料内部诱导出现大量的毛细裂缝，在外部荷载的作用下，毛细裂缝容易进一步发展成为表观裂缝，所以，为了保证泡沫轻质土能够在高速公路中正常使用，必须满足高速公路的设计强度标准，规范给定了高速公路路基使用泡沫轻质土的气泡占比不能大于65%，且轻质土中气泡含量增长虽然影响了轻质土的侧限抗压强度，但由于气泡自身的粘性特点，能够明显增加泡沫轻质土的延展性和抗拉性，降低了泡沫轻质土的脆性破坏风险。

3 泡沫轻质土路基施工技术分析

3.1 高速公路泡沫轻质土路基垫层施工

为了保证高速公路路基层的综合承载能力，应在路基层下层加设垫层结构，在相同水平层路基垫层位置全断面应使用相同的垫层铺设材料，并根据各层的填筑料类型分步骤压实，且不同层路基不能混合填筑。在具体施工阶段，不同路基填筑料的松铺厚度值必须结合项目现场试验确定，不同路基填筑层的压实厚度不能超过60 cm，在浇筑至最后一层时，单层压实厚度不能低于15 cm。如果施工现场相较于原地面纵坡率值大于1∶5时，为了保证路基层之间的相互咬合能力，应加设路基层台阶，提高路基层的结合能力；设定的坡度值不能低于3%，且在纵向坡内的宽度值不能低于2.5 m。路基层铺设完毕后，应立即安排压实施工，路基压实过程中，应配合初压、复压及终压三部分，且初压实应以低速压实推进，压实速率控制在2.5 km/h～4 km/h，随着压实进程的推进，压实速率逐步增加，相邻每次的压实轮肌重合宽度不能小于压实滚轮的1/3。

3.2 高速公路泡沫轻质土路基分层分块浇筑技术

为了控制泡沫轻质土浇筑阶段引起的底部容重值增加，并妥善预防泡沫轻质土在浇筑过程中出现的干缩裂缝问题，浇筑施工过程中应采用分块分层浇筑施工技术，且应合理把控不同层的浇筑时间和周期，在下层泡沫轻质土凝固后，才能继续开展上层浇筑施工，不能以压缩施工周期而随意合并浇筑流程及工序。泡沫轻质土在凝固之前由于自重因素影响，泡沫轻质土内部气泡材料具有较强的可压缩性，在凝固过程中会出现明显的“消泡效应”。底层泡沫轻质土的密度值和底部的泡沫轻质土容重增长幅度之间表现出明显的负相关关系，所以，在高速公路路基施工中使用泡沫轻质土作为填筑材料，必须合理把控泡沫轻质土的单层浇筑厚度，单层厚度应控制在0.5 m～0.8 m范围内，为了合理处理施工阶段引发的尺寸断面效应，单层浇筑厚度值一般不大于0.6 m。由于泡沫轻质土属于典型的水泥混合材料，在浇筑过程中容易引发温度开裂和干缩开裂，为了控制泡沫轻质土凝固后的开裂病害，在施工过程中应坚持分块浇筑原则，并将塑料模板衬砌在模板和泡沫轻质土之间，确保泡沫轻质土在水泥材料完成初凝之前全部浇筑完成。分块浇筑对应的浇筑标段不能大于400 m2，且单体浇筑长度应控制在15 m～20 m范围内。图1为泡沫轻质土分层分块浇筑施工现场情况。

4 结语

随着路基综合处治技术的不断发展和提升，泡沫轻质土路基换填处治技术被纳入最新的JTG/T D31—2013公路软土地基路堤设计与施工技术细则中，目前，泡沫轻质土路基综合处治技术已经被大规模使用在省内新建高速公路项目中。本文通过分析泡沫轻质土路基填筑材料的变形特性，对比分析了不同路基填筑材料的性能特点，论证了泡沫轻质土路基填筑材料的性能优势；针对泡沫轻质土的变形特点，分析了其施工技术和关键点，拟进一步提升和优化省内高速公路路基填筑及处治施工能力和施工质量。