泡沫轻质土在路基工程中的应用研究

蒋艳玲?蒋勋

摘 要：在社会经济高速发展的今天，我国交通运输事业也得到了极大的发展，大量已建运营多年的公路工程都面临着改扩建的问题，将新型泡沫轻质土用于公路拓宽施工，不仅能够节约用地，还能降低对沿线道路的影响。为此，本文在全面了解泡沫轻质土路用性能的基础上，通过规范施工工艺及工后沉降监测，表明泡沫轻质土的应用可有效控制路基差异沉降，降低施工难度，具有可行性。

关键词：泡沫轻质土;路基工程;工程概况

DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.26.302

伴随公路建设事业的高速发展，也带来了大量技术难题，如路基膨胀问题、软基上桥头跳车问题等。这些问题的产生，不仅会增加后期维修费用，还会影响行车舒适性、安全性。为有效处理路基差异沉降问题，提高工程质量，可选用一种轻质工程材料代替传统路基填筑材料，如泡沫轻质土。泡沫轻质土是一种新型的轻质填料，其特点为质轻、垂直浇筑、强度可控及保护环境。这种填料在公路工程施工中的应用，可大大减少施加于地基的荷载，消除或降低软弱地基段工后沉降的难题。

1 泡沫轻质土的性能分析

泡沫轻质土材料属于新兴材料，在多个领域应用较为广泛，如公路建设、建筑工程等，该材料的应用，可有效处理桥头跳车、新老路基差异沉降等问题。此类材料是通过气泡机发泡系统由发泡剂水溶液形成泡沫，随后按照一定比例均匀混合水泥浆、外加剂等材料，经物理、化学及自然养护所形成的材料。此类材料优点包括流动性强、施工便捷、环保、轻质性良好等。在道路施工中，此类材料可替代常规填土或常规填充工程材料。该材料的应用，可有效减少软基、路基荷载附加应力。为更好了解泡沫轻质土的应用效果，需对其性能进行分析。

1）抗压性能。泡沫轻质土抗压强度和水泥掺量之间为正比例关系，选28天龄期泡沫轻质土为研究对象，当水泥掺量每增加50kg，则泡沫轻质土抗压强度随之增加，将提升15%。此外，于泡沫轻质土抗压强度而言，养护龄期影响作用较大，在28天龄期时，将强度增加幅度变化为“快速-缓慢-稳定”。2）弯拉性能。泡沫轻质土弯拉强度特性和抗压性能基本一致，同样和水泥掺量之间呈正比例关系，同样在水泥掺量每增50kg，28天龄期时弯拉强度将随之增加，可提升13%。3）疲劳性能。对泡沫轻质土疲劳性能来讲，水泥掺量影响较大。在试验过程中，如以0.5为应力比，每增50kg水泥掺量，则泡沫轻质土承受的循环荷载次数将增加300%。

2 工程概况

某公路工程所处地形较为平坦，地势起伏小，位于亚热带季风气候区，降雨量充足，雨热同期。全长6.64km，路基宽8～16m，按照路面结构勘测结果显示，本路段软弱土层较为深厚，主要为淤泥质土等，仅做软基换填碎石，未进行深层处理。建成通车多年，交通量日益增长，局部路段逐步趋于饱和。为满足经济社会发展要求，进一步提高通行能力，决定对此路段进行改扩建施工。为有效控制路基差异沉降问题，可选用泡沫轻质土用于本工程施工。

3 泡沫轻质土施工技术要点

1）铺设土工膜、金属网。可在金属网上方铺设轻质土路基顶部防渗土工膜，可选用热焊法搭接处理，5cm为搭接宽度，需展平拉紧铺设，防止局部卷起，或做好锚固作业。在土工布铺筑前，需将一层碎石垫层铺设到基底，30cm为垫层厚度，且均匀分布。2）浇筑区、浇筑层与变形缝设置。按照施工具体情况，现浇泡沫轻质土施工，需合理控制单个浇筑区面积，一般顶面面积可控制在400㎡以内，长轴向长度最大不得超过20m。需在纵向上设置一道沉降缝，一般选取夹板、泡沫板作为沉降缝材料，且厚度控制在1.5cm以内。同时，需在1m内控制单层浇筑层厚度，待浇筑层划分好之后，需一次性完成每层浇筑工作。3）澆筑泡沫轻质土。（1）基底检查。每次浇筑前，必须检查好基底情况，保证基底没有任何杂物、积水，同时对基底高程进行测量，保证与设计要求相符。（2）浇筑施工要点。针对相同区段上下相邻浇筑层，需合理控制施工气温、浇筑间隔，通常温度控制在15℃以上，间隔时间控制在8～12小时。浇筑过程中，必须顺着浇筑区长轴方向的一端逐步浇筑至另一端，如浇筑时选用多条浇筑管，则需并排由一端逐步开始浇筑，或通过对角法进行施工。4）养护。浇筑至设计高程位置后，需在表面覆盖塑料薄膜，做好保湿养生工作。也可选取无纺布+洒水的方式进行养护，且在7天以上控制养护时间。在施工轻质土路基顶部路面时，严禁车辆通行。

4 泡沫轻质土施工监测效果分析

1）沉降观测效果。通车1年后，针对路面使用情况进行检测，经检测可知，泡沫轻质土路基的路面具有很小工后沉降情况，最大仅有4.5mm。且相同横断面路肩、路面中线部位，工后沉降几乎无差别，可认为本路面基本无沉降情况。由此可见，软土路基处理选择泡沫轻质土，可对路面工后沉降进行合理控制，且效果显著。2）地基分层沉降观测。经沉降观测可知，从监测起，本路段沉降呈直线下降趋势，工后60d沉降逐渐趋于稳定，经检测，通车2年之后，最终沉降在37cm以内。整体来看，本工程地基各土层沉降均较小，工后60d为最终沉降完成周期。当地基土体深度加深，则沉降量降低。在地表沉降最大，当深度18.5m时，通车2年后三个横断面累计沉降分别为K30+900为7.51m;K31+100为4.22m，K31+305为10.1m，当深度为28.3时，三个横断面基本无沉降现象。由此可见，在软土地基处理中，泡沫轻质土沉降影响深度具有相应范围。因泡沫轻质土具有质轻的特点，且减载成效良好。通过这种方法处理软弱地基，可有效控制工后沉降。3）水平位移观测成果及分析。（1）地基土体内部水平位移。上述三个断面，地基土体最大侧向位移发生深度各有不同，分别为K30+900位于4m处、K31+100位于8m处、K31+305位于11m，且最大侧向位移量也不尽相同，最大发生于K30+900处，该部位软土层深厚。由此可见，在地表下4～11m之间为最大侧向位移处。据相关研究表明，位移速率、荷载大小均会影响侧向位移量。当荷载持续加载，则位移量将随之增多，位移速率也会随之加快，填土结束后，则反之，位移量将随之降低，位移速率则会越来越小，甚至与零相近。侧向位移速率最大值状态时，填土为2.81～3.78m高，这与沉降速率变化规律具有统一性。也就是说，随着路基填土高度增加，地基土部分结构极易被损坏，将大大增加土体的塑性流动性，此时土体极易产生侧向挤出现象，从而导致侧向位移增大，为此，在整个过程中，必须做好土地位移监测工作，保证工程质量。（2）地表土体水平位移。本文采用观测边桩位移获取地表土体水平位移，经观测，上述三断面地表土体水平位移累计量范围为8～14mm，均产生于路堤坡脚相距10m左右部位，每天最大速率可达到1.2mm。

通过上述分析可知，填筑路基阶段，土体内部、地表土体均发生水平位移现象，而泡沫轻质土的应用，可有效控制土体水平位移速率。

5 结束语

综上所述，伴随社会经济的迅速发展，我国公路建设事业也取得了显著的成绩。在公路施工建设过程中，由于沿线较长，往往需要跨越很多复杂、多变的地层，甚至不得不修建于软土地基之上。因为软土自身的特殊性，使其多存于深厚土层以内，为此，在整个施工环节，应严格遵循施工要求，做好软土地基处理工作，如泡沫轻质土的应用，可有效避免产生路基不均匀沉降或路基失稳等问题，从而有效提升路基施工质量。

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