气泡轻质土对于道路挡墙变形的加固处理

吕全纲、雷鹏

（中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430052）

0 引言

20 世纪90年代至今，我国交通建设行业蓬勃发展，一些传统材料、工艺逐渐难以满足工程建设的发展，对于新材料、新工艺的需求越来越迫切。气泡轻质土相较于一般路基填料，具有密度小、质量轻、强度大、自立性好、耐久性强、良好流动性、施工速度快及节能环保等特点，广泛应用于道路改扩建、高填方、软基处理及挡墙填筑等工程建设领域。本文借助厦漳同城大道一期工程扶壁式路肩墙变形加固处理，论述气泡轻质土的施工工艺及质量检测。

1 工程概况

1.1 挡墙变形路段的设计概况

厦漳同城大道一期工程为城市快速路，设计时速80km/h，路线全长为4.6km，起讫桩号为K7+400—K12+000，采用主路、辅路分离方式建设。辅路FK0+035.113—FK0+053.46 左侧和主路K9+194.238—K9+377.780 右侧紧贴改路1，改路1 道路顶面宽度6m，且标高与现状鱼塘的塘埂保持同高；而辅路FK0+035.113—FK0+053.46 左侧和主路K9+194.238—K9+377.780 高出改路1 的高度约5.5～7.2m。受到道路红线限制无法放坡施工，故需设置扶壁式路肩墙，墙高为6.5～8.5m 之间。

1.2 地质概况

路线走廊带经过冲海积平原地貌区，主要分布于九龙江两岸或附近，地形起伏较小，凸岸以堆积作用为主，凹岸以侵蚀作用为主。场地区域范围内高程一般在0～6m 之间（黄海高程），道路沿线有大量的鱼塘、虾塘和藕塘等，沿线软土等不良地质非常发育。地层依次为：人工杂填土、素填土（大部分为粉质黏土，局部有瓦砾等建筑垃圾）、淤泥（主要分布在淤泥滩和溪沟、鱼塘表层）或淤泥质土、粉细砂、粉质黏土、中细砂。

FK0+035.113—FK0+053.46 左侧和K9+194.238—K9+377.780 路段表层为0～4.0m 厚素填土；其下为1～7.6m 厚淤泥，呈流塑状态，腐殖质多且有腥臭味，含水量高，天然地基承载力特征值约为45kPa，为高压缩层；其下为粉质黏土，呈可塑状态，天然地基承载力特征值为260kPa，可用作路基的持力层；再下为中砂，中密～密实状态。

1.3 原施工图地基处理设计

原K9+194.238—K9+377.780 路段扶壁式路肩墙地基使用CFG 桩处理，采用正方形布桩形式，桩身直径40cm，CFG 桩长度及间距分别为15.0m、1.5m；而非扶壁式路肩墙部分则采用水泥搅拌桩处理，采用正三角形布桩形式，桩身直径50cm，CFG 桩长度及间距分别为10.5m、0.5m。

1.4 地基处理变更设计

在K9+194.238—K9+377.780 路段，检测单位对现场已施工水泥搅拌桩28d 龄期取芯检测，发现在淤泥中的取芯率较低，芯样松散，桩身强度最小值仅为0.3MPa，不合格率为80.4%，难以满足设计和规范要求。鉴于此，在挡墙底部内侧增加两排CFG 桩，在坡脚外侧增设一排CFG 桩进行加强。经计算，运营期考虑地震荷载作用路基稳定性系数达到了1.205，满足规范要求，如图1 所示。

图1 地震荷载作用路基稳定性系数1.205

2 挡墙变形的原因分析

2.1 目前挡墙变形情况说明

观察现场发现，部分挡墙节段墙顶已经向外倾斜，顶部出现明显的错缝，个别节段墙体整体向外偏移（见图2）。故在发生变形的挡墙路段，设置了多个观测点和观测断面，实时对挡墙进行变形沉降观测。经观测发现，路基几乎没有沉降量，而挡墙顶部的最大水平位移量为2.5mm/d，挡墙底部几乎不产生任何变形。

图2 挡墙变形情况

2.2 挡墙变形原因分析

观察现场发现，挡墙台背填土处于松散—稍密状态，压实度达不到设计要求，引起墙后被动土压力急剧增加，导致挡墙发生位移变形。而依据《工程地质手册》经验参数，挡墙台背填土内摩擦角处于25～30之间，挡墙墙趾处基底压力超过了CFG 桩所能提供的复合地基承载力。

3 变更设计方案论证

3.1 处理方案的提出

3.1.1 气泡轻质土加固

将挡墙路段路床顶面以下3m 内路基填料由填土调整为气泡轻质土，气泡轻质土湿容重≥6.0kN/m，强度≥0.8MPa。调整后，挡墙台背土压力、墙趾处基底压力均相应减小，同时路基整体潜在滑移面向远离挡墙方向偏移，复合地基稳定范围扩大，能够有效增大路基的整体稳定性。

3.1.2 注浆加固

将松散的填土注浆加固后，填土的重度整体上会增加，空隙率降低，填土的压实度得到极大提升，内摩擦角随之增加，土压力减少，墙趾处基底压力降至合理的范围。

3.2 方案比选论证

台背填土调整为气泡轻质土后，墙背土压力显著下降，路基的整体稳定性也相应增加。且气泡轻质土具有施工工艺简单、快捷，质量好的特点，应用广泛。而注浆加固挡墙基底淤泥，施工难度大，可靠性无法得到保障，同时造价高，检测难度也大。综合技术、经济比较，推荐采用气泡轻质土加固方案。

4 气泡轻质土的施工工艺

4.1 主要技术指标

气泡轻质土相关指标包括：湿容重5.0kN/m≤γ≤6.0kN/m，设计水位以下γ≥8.0kN/m；设计强度为路槽下80cm 范围内≥0.8MPa，其余区域≥0.6MPa；流动度控制在160～200mm。

4.2 施工工艺

其一，气泡轻质土一般采用泵送。轻质土质量良好的情况下，一级泵送的距离最大可达500m。一次的最大施工厚度不超过1m；最小施工厚度不小于0.25m。其二，为保障轻质土中气泡产生连续且均匀，应将材料的离析调整至最小，同时应尽可能减小施工中产生的振动，避免气泡被消散。浇筑时，应从软管前端浇筑，出料口需深深埋置在气泡轻质土内，出料口不得露出气泡轻质土表面，保持浇筑的均匀性。应采取分层浇筑，每层浇筑的时间间隔不得超过1d。其三，由于气泡轻质土存在一定的流动性，浇筑时达不到路面纵向和横向坡度的要求，需要在达到设计要求的强度后，采用路面结构的最底层材料进行坡度调整。其四，气泡轻质土浇筑完成后，需要盖麻袋进行养护，避免由于气泡轻质土迅速干燥产生裂纹。施工时，如遇雨天，也应遮盖避免雨淋。尤其是浇筑大体量气泡轻质土时，更需注重养护。其五，气泡轻质土浇筑完成后，应及时铺设一层防渗土工膜于气泡轻质土顶部，尽量减少防渗土工膜的搭接。如存在搭接，应采用热沥青密封处理。防渗土工膜的其余部分也要同样采用热沥青密封处理。其六，气泡轻质土也具有一般混凝土的热胀冷缩特性，因此需每隔一段距离设置1cm 的沉降缝，采用沥青麻絮填充，来保证气泡轻质土不因热胀冷缩产生裂缝。

4.3 质量控制

4.3.1 中粗砂垫层的压实度必须大于93%，挡土墙前的回填土必须大于90%。

4.3.2 施工质量管理

（1）原材料的质量控制

原材料的好坏是决定气泡轻质土质量的关键，因此在施工过程中必须严格把控原材料，如砂质土、固化剂、水、发泡剂等材料的好坏。

（a）砂质土的质量管理

影响砂质土质量的因素主要包括砂质土的含水率及粒径，其质量管理见表1。

表1 砂质土的质量管理

砂质土的粒径大小不能超过5mm，当不满足要求时，要进行深度处理以满足粒径要求。若没有良好的砂质土而采用海砂时，其含盐量不得超过0.04%。

(b)固化剂

固化剂主要包括水泥和其他的添加剂部分。根据经验，矿渣水泥作为固化剂的使用效果最显著，具体还需要根据当地实际情况选定合适的水泥。水泥在进场前，须严把质量关，水泥的标高等级应满足要求，同时不过期、不受潮、不固结。

(c)水

水质只需满足工程用水标准即可，水中不能含有垃圾、油污等影响气泡轻质土质量的杂质。

(d)发泡剂

发泡剂是影响气泡轻质土质量最为关键的因素，泡沫需在气泡轻质土中保持均匀性、稳定性，确保气泡轻质土的轻质性和流动性。发泡剂的性能要求见表2。

表2 可用于气泡轻质土的发泡剂的性能要求

(2)搅拌过程的质量管理

气泡轻质土对搅拌过程的质量要求极高。因此在搅拌过程中要精确放料，务必确保其流动性、轻质性，且应按照标准操作流程进行。

(a)材料的计量

原材料的多少对气泡轻质土的强度、质量、和易性及流动性产生直接的影响，因此在材料计量时必须准确无误，不多计、也不少计。

(b)湿密度

湿密度对气泡轻质土的质量也是非常重要的。气泡轻质土由原材料，如土、水、发泡剂等按照一定的配合比混合在一起的，进行适当搅拌后得到，施工过程中须定期检测其湿密度。

(c)空气量

空气量也是气泡轻质土维持轻质的重要环节，而且会对其流动性产生较大的影响。由于空气气泡在气泡轻质土的混合搅拌过程中容易消散，因此必须通过试拌后才能确定消泡比率。消泡比率的不同，对气泡轻质土的轻质性、流动性及湿密度均有影响，因此也需要定期检测。

(d)流动度

流动度是检验流动性的重要参数，暂定配合比流动度一般为180mm。流动度的选择务必保证气泡轻质土不会产生离析现象，且泵送距离超过500m，浇筑时操作性强。施工时需上、下午各检测一次流动度。

4.4 气泡轻质土辅助设计

为确保气泡轻质土填筑后质量可靠、耐久性好及安全性好，需要额外增设一些辅助设计工作，主要包含以下内容。

4.4.1 内部防排水设计：一般路段需要将一层防渗土工膜铺设于气泡轻质土顶部，通过增设碎石盲沟收集路面渗水，再通过纵向透水软管和横向HDPE 管排向道路两侧，保障气泡轻质土内部无积水。盲沟断面尺寸为30cm×30cm，用透水土工布包裹。

4.4.2 补强设计：在浇筑过程中，保持气泡轻质土的稳定性极其重要。在气泡轻质土的顶部、底部等应力集中的部位补强加设多层Φ4.0mm 钢筋网片，以稳定气泡轻质土的流动性。

4.4.3 气泡轻质土浇筑养护完成后，自立性无法保障，需要采用预制水泥面板进行防护，同时采用角钢加强固定。气泡轻质土与桥台之间的填土衔接部分还需要加设横向板，然后设置一层聚乙烯泡沫在面板与桥台的中间。

4.4.4 气泡轻质土区段之间在纵向上需设置沉降缝，约宽1cm。沉降缝需用沥青木板或夹板填塞充实。

5 气泡轻质土质量检测

气泡轻质土相关的技术检测要求见表3。

表3 气泡轻质土的技术检测要求

6 实施建议

一是施工期间应按照设计要求，加强沉降和稳定观测工作，及时绘制沉降和稳定观测曲线。据此计算工后沉降，用以指导施工，合理安排进度、工期。

二是建议在软土路段路基填筑和预压过程中加强观测，一旦出现变形过大，应立即停止施工，并及时通知业主、监理及设计代表。

7 结语

通过气泡轻质土在该项目的应用，可以发现气泡轻质土在挡墙加固、道路改扩建等领域有着巨大的市场应用价值，尤其是在软基处理、征拆协调困难路段运用尤其显著。在未来交通领域，气泡轻质土的应用会愈发广泛，市场前景会更加广阔。