泡沫轻质土在高速公路改扩建中的应用研究

谢泽华 肖侃 夏旖琪

摘要：泡沫轻质土具有优良的工程特性。文章分析泡沫轻质土在高速公路改扩建中的应用，以拼宽路堤为例，研究其稳定性和经济性。研究结果表明，泡沫轻质土拼宽路堤与传统方案相比具有明显的优势以及良好的工程效果。

关键词：泡沫轻质土;高速改扩建;路基拼宽

0 引言

泡沫轻质土，英文名称为foamed mixture lightweight soil（FML），是由水泥、水、制备的气泡群以及其他添加材料按一定配合比例混合制成的微孔类材料，具有整体性强、抗压强度高、质量轻、凝结自立性以及保温隔热等特点[1]，可用于道路加宽、陡坡路堤、软土路基降荷、地下结构物减荷、桥梁减跨、桥台台背回填、隧道空洞注浆和冻土路基保温隔热等工程[2-5]。

1 泡沫轻质土工程特性

泡沫轻质土是一种新型的工程材料，具有施工工艺简单，工期较短，自身稳定性强等优点，在高速公路改扩建中主要运用在征拆困难路段、对施工振动敏感区、桥台台背填筑以及软土较厚路段。详见图1。

1.1 征拆困难路段

泡沫轻质土填筑路基占地面积小。当高速公路改扩建路基填土高度较高时，原路堤下边坡伸展范围较大，采用泡沫轻质土填筑路基则不需新增征地，在对旧路路堤边坡进行处理后即可在其上部垂直填筑，能够有效解决征拆难的问题。

1.2 对施工振动敏感区

泡沫轻质土具有优良的流动特性，施工过程中不需要碾压和振捣，施工工期短，对周围环境影响小。当改扩建高速公路两侧有重要结构物、村民聚居区以及其他对施工振动敏感区时，采用泡沫轻质土能够有效避免路基施工过程中重型机械振动碾压对周围环境造成的不良影响，加快施工进度。

1.3 桥台台背填筑

桥头（尾）填高较高时，采用泡沫轻质土垂直填筑桥台台背可避免锥坡放坡占用桥下机耕道，方便设置通道，并避免侵占过多地方水利沟渠。同时，泡沫轻质土可彻底消除填料自身工后沉降，解决桥台与路基之间的材料刚柔突变问题。采用泡沫轻质土构筑合理的过渡段，能够有效降低结合部附近的沉降差，使沉降曲线梯度差变小，满足桥头沉降连续、均匀的要求，有效减缓桥头跳车现象[6-7]。

1.4 软土较厚路段

软土厚度>3 m时，常规多采用碎石桩、CFG桩、水泥搅拌桩等处理措施，形成复合地基，治理工程量大。而采用泡沫轻质土填筑路基，可大规模降低填土荷载，使软基的附加应力得到有效降低，沉降和侧移也得到有效抑制。同时，垂直修筑征地面积小，填料数量减少，其工后沉降也会较小，新旧路面间不易出现纵向裂缝。

2 应用实例

2.1 工程概况

某高速公路改扩建项目在桩号K2196+460～K2196+620左侧需对路基进行拼宽。该处地质条件稳定，路基填高为4.5 m（含路面结构层高度），路基加宽宽度为7 m。采取两种方案进行对比：方案一，在左侧设置重力式挡墙，挡墙平均高度为6.5 m，长160 m，典型断面如图2所示;方案二，在左侧拼宽处采用泡沫轻质土，平均高度为5.9 m，长160 m，典型断面如图3所示。

2.2 数值分析

采用数值模拟软件对泡沫轻质土拼宽路堤方案中典型断面进行数值分析，将典型断面进行简化，如图4所示。整个简化模型分为三大部分，分别为1-泡沫轻质土、2-老路基和3-路基基床。三类土体的参数见表1。

采用极限平衡法对泡沫轻质土拼宽路堤进行稳定性分析，分析结果如图5所示。边坡最小安全系数达到2.678，远大于规范中的安全系数要求，说明泡沫轻质土拼宽路堤稳定性符合设计规范要求。

2.3 经济性比较

根据设计图对K2196+460～K2196+620左侧路基拼宽进行造价计算，重力式挡墙与泡沫轻质土路堤的造价分别见表1、表2。

泡沫轻质土拼宽路堤方案的造价为172.517 2万元，仅为重力式路肩墙方案的78.43%，在减少近1/4的造价的基础上，泡沫轻质土拼宽路基施工周期更短，路基稳定性更佳，运营期路面平整度更好，是一种十分优秀且能替代传统施工工艺的新方法。

3 结语

本文以泡沫轻质土拼宽路堤作为泡沫轻质土在高速公路改扩建中的应用典型代表，从其稳定性、经济性进行分析研究，主要结论如下：

（1）泡沫轻质土运用在高速公路改扩建拼宽路堤中具有较高的稳定性和安全性，能够有效缩短施工工期，減少占地，降低征地拆迁费用。

（2）泡沫轻质土代替混凝土挡墙运用在高速公路改扩建拼宽路堤中能够降低1/4的造价，后期运营养护费用更低，具有良好经济实用性。

（3）将泡沫轻质土运用于高速公路改扩建中，能有效地解决部分施工难题，明显降低高速公路改扩建的造价，比传统工艺方案具有明显的优势以及良好的工程效果。

参考文献：

[1]杨 琪.气泡轻质土在山区公路拓宽应用中的力学特性研究[D].绵阳：西南科技大学，2017.

[2]丁新红.泡沫水泥轻质土路堤的设计与计算研究[J].路基工程，2017（6）：146-151.

[3]邹长富.气泡轻质土在优化高速公路桥梁设计中的应用[J].低碳世界，2017（11）：228-229.

[4]康明铨，曾兴华，奉 杰.泡沫轻质土在江西省某公路道路拓宽工程中的应用研究[J].公路交通科技（应用技术版），2017，13（12）：283-285，318.

[5]高 煜，刘 勇，石苏意.泡沫轻质土路堤稳定性分析及材料参数控制标准[J].长沙理工大学学报（自然科学版），2017（14）：30.

[6]肖 侃，郑艳红，夏旖琪.石笼挡墙在山区公路的运用与数值模拟分析[J].西部交通科技，2019（9）：40-43.

[7]苏 强.路基扩建工程中泡沫轻质土施工质量控制[J].公路，2013（9）：45-48.

作者简介：谢泽华（1977—），高级工程师，硕士研究生，主要从事公路路基路面设计与研究工作;

肖 侃（1989—），工程师，硕士研究生，主要从事公路水运工程建设管理与养护工作;

夏旖琪（1992—），硕士研究生，主要从事公路路基设计工作。