泡沫轻质土处理深厚软土地基效果分析

陈玉良

（南京市公共工程建设中心，江苏 南京 210000）

0 引言

随着高速改扩建项目日益增多，泡沫轻质土因其特殊条件下处理软土地基的明显优势，越来越多地用于路基填料。国内学者也积极研究其工程特性及软基处理效果，李思清[1]等对广佛高速公路扩建工程进行气泡混合轻质土路堤加宽试验段研究表明，其用于拼宽路基、在控制新老路基不均匀沉降方面效果明显；顾辉[2]借助某道路扩建工程软基处理方案，进行了拓宽部分浇筑泡沫轻质土对既有道路的影响及控制沉降效果研究。本文结合实际工程案例，通过计算深厚软土路段填土路基与泡沫轻质土路基沉降量、对比实测沉降量与计算数据来研究泡沫轻质土在处理深厚软土地基方面的效果。

1 泡沫轻质土处理软基工程实例

1.1 工程项目简介

宁合高速公路江苏段全长约18km，老路建设于20 世纪90 年代初，路基宽度23m。随着苏皖两省间经济文化交流日益紧密，项目路车流量剧增，2018年，宁合高速公路扩建项目启动。项目路自东向西地形地貌由低丘向苏皖省界滁河漫滩区过渡，省界段约2.2km 长度范围内，老路填高3～6m，受滁河百年一遇洪水位影响，新建道路纵断面相比老路抬高2.5～4.5m。地质勘察结果显示，道路地基下卧深厚的淤泥质粉质黏土层，该土层天然含水率高。天然孔隙比大、抗剪强度低、压缩性高。通过方案比选，该段落采用半路半桥方案，老路作为新建道路北半幅，同时结合现场踏勘发现老路填料为风化岩（见图1），水泥搅拌桩难以穿越老路硬壳层，设计拟采用泡沫轻质土填筑。

图1 老路路基填料现场照片

1.2 计算断面及地勘情况

分别选取K24+400和K24+930两个断面进行沉降计算，基础信息如下：

（1）K24+400 断面：老路填高6m，其中路基高4.8m，沥青路面厚度1.2m，新建路面比老路抬高3.5m，采用2.3m 高泡沫轻质土+0.4m 厚7%石灰土压顶+0.8m厚沥青路面结构2020～2021年填筑完成。

（2）K24+930 断面：老路填高4m，其中路基高2.8m，沥青路面厚度1.2m；新建路面比老路抬高3m，采用1.8m 高泡沫轻质土+0.4m 厚7%石灰土压顶+0.8m 厚沥青路面结构。老路施工期为1990～1991 年，新建道路施工期为2020～2021 年，路基施工期均为6 个月，路面施工期均为3 个月。表1、表2 为上述两断面对应的地基土层物理力学性质指标分层统计表。

表1 K24+400断面土层物理力学性质指标

表2 K24+930断面土层物理力学性质指标

2 泡沫轻质土处理软基方案及效果分析

2.1 设计方案及计算结果分析

本次对该段落软基采用填土方案（不处理）和填筑泡沫轻质土方案进行比较。填土处理即在老路上直接加铺石灰土至路面底。填筑泡沫轻质土处理即采用泡沫轻质土处理至路面以下40cm，上覆40cm 石灰土。本次计算采用分层总和法，首先，判定当附加应力与自重应力的比值等于0.15 时，该深度范围内的土层即为压缩层。在地基压缩层深度内，根据土的特性将地基分为若干层，分别计算每一分层的压缩量，然后将各分层的压缩量求和。

式中：Hi——第i分层的厚度；

Si——第i分层的压缩量。

S——地基总沉降量。

由表3可知，两计算断面若采用填土路基，施工期沉降及工后沉降均大于30cm，道路工后沉降量大于规范要求值。若采用泡沫轻质土填筑路基，施工期及工后沉降量均小于26cm，控制沉降效果较好，工后沉降量满足要求。因此本项目采用泡沫轻质土代替填土用于路基填筑以控制工后沉降，设计填筑断面如图2所示。

表3 计算断面施工期沉降及工后沉降结果（单位：cm）

图2 泡沫轻质土处理老路断面图

2.2 泡沫轻质土主要技术指标及施工注意事项

2.2.1 泡沫轻质土主要技术指标

泡沫轻质土容重小，约为普通路基填土容重的1/3，呈流塑状，便于施工操作，具有施工周期短，工作面小等优势。以下为泡沫轻质土主要技术指标：

（1）用于填筑路床，湿密度为560～600kg/m3，28d抗压强度≥1.0MPa；用于填筑路堤，湿密度为520～560kg/m3，28d 抗压强度≥0.6MPa；（2）流值170mm；（3）消泡试验湿密度增加率不超过3%；（4）标准沉降率低于2%。

2.2.2 施工注意事项

（1）轻质土浇筑施工前，应对浇筑区基底进行检查，确保基底无杂物、无积水，基底高程、平面尺寸应满足要求。

（2）浇筑区应根据施工现场情况进行划分，单层浇筑厚度应控制在0.3～1.0m 范围，单个浇筑区的面积应结合设备产能进行划分，应以浇筑区内单个浇筑层可在初凝时间内浇筑完毕，且单个浇筑层浇筑方量不超过200m3为控制标准，最大浇筑面积不应超过400m2。

（3）轻质土路基顶面浇筑至设计高程后，应采用塑料薄膜或无纺土工布进行保湿养护，养护时间不少于7d，养护期间禁止施工机械行走。

2.3 泡沫轻质土软基处理效果分析

对K24+930 断面路基施工期、运营期（2021 年12月～2022 年4 月）沉降计算结果与沉降观测数据进行对比分析，具体见图3、图4所示。

图3 施工期沉降计算结果与观测数据（单位：cm）

图4 路基运营期沉降计算结果与观测数据（单位：mm）

由图3和图4可以看出，实测施工期及运营期实测沉降均较计算结果小，主要原因是受老路硬壳层影响，本段落是在老路路面上直接新建路基路面，原路基路面填料密实板结，承载力高，新建路基路面荷载经老路硬壳层应力扩散后，作用于下卧软土层上的附加应力明显降低。本次计算采用的分层总和法沉降计算，没有考虑硬壳层的应力扩散效应，导致计算结果大于实测沉降值。

计算结果还显示，新建路基存在明显的“盆形沉降曲线”特征，即新建半幅路面的中心沉降量较大，边缘沉降量较小。但通过实测数据可知，实际道路沉降无明显的“盆形沉降曲线”特征。主要存在以下原因：

（1）老路实际施工及运维情况。计算过程仅将老路始建至本次新建路面完工整个过程的道路中心与道路边缘沉降差简单相加，忽略了老路施工沉降补偿及运营期的维修，导致沉降差结果偏大，“盆形沉降曲线”特征明显。

（2）泡沫轻质土性质。本段路基采用泡沫轻质土分层、分仓浇筑，整体性较填土路基高，且泡沫轻质土自身变形特性与土体有较大差异，因此横断面沉降特征与土体存在较大差异。

3 结束语

（1）通过计算表明，泡沫轻质土作为路基填料，在处理软土地基沉降上效果明显，尤其适用于本文所述深厚软土地基、上覆硬壳层等复杂情况。

（2）因路基填料性质的差异，泡沫轻质土路基的沉降未表现出明显的“盆形沉降曲线”特征。

（3）因老路硬壳层的存在，新建路基的施工期及运营期沉降较计算结果小。