泡沫轻质土在道路扩建工程中的应用

2022-09-06王鹏程

工程建设与设计 2022年16期

王鹏程

（山东高速基础设施建设有限公司，济南 250102）

1 引言

轻质泡沫土作为一种新型建筑材料，最早由日本研发，早期被广泛应用于建筑工程，被我国引入后逐渐应用于拓宽高速公路。关于轻质泡沫土的相关技术，世界各地的研究团队都做了大量的研究，涉及各个方面。

Otani 等[1]人研究了日本熊本机场轻量化泡沫土试样的气泡分布和力学特性。Watabe 等[2]通过工后沉降观测，分析了东京机场某辅道泡沫轻质土填筑技术及其施工效果，得出了沉降与施工工期的关系，还验证了轻质泡沫填土技术的优越性和良好的经济效益。Sat oh[3]等对熊本港采用泡沫轻质土和EPS 轻质土进行了科学比较。试验结果表明，泡沫轻质土作为一种全新的建筑材料具有较好的工程性质，更适合作为港口填料。李月峰[4]介绍了泡沫轻质土的生产和施工技术，以及轻质自承的特点，重点介绍了轻质泡沫土无污染、经济效益高的优点。它还解决了桥头跳车的问题，效果显著。陈行[5]介绍了使用泡沫轻质土解决路桥不均匀沉降和夯实困难的问题，并总结了泡沫轻质土施工的方便性和经济性。肖燕[6]介绍了泡沫轻质土材料的基本性能，并将泡沫轻质土的流动性和容重列为工程施工中必须重点控制和检测的项目。

泡沫轻质土具有质量轻、自稳定性好、强度和密度可调、几乎无污染等优点，还可以适应各种环境。与一般的填土加宽形式和加筋土加宽形式相比，泡沫轻质土路堤施工方便，无须夯实，是一种施工快、可减少工后沉降的施工材料。然而，目前有许多关于轻质泡沫土物理力学性质的研究，以及将其用于港口、机场跑道和路桥过渡段施工的研究。泡沫轻质土还可用于拓宽旧路路基，解决新老路基不均匀沉降问题。本文分别介绍了泡沫轻质土在道路加宽、软土地基、减载回填、地铁隧道卸荷和隧道衬砌中的应用，然后通过现场试验并结合检测数据，介绍了泡沫轻质土在道路扩建工程中的应用，为今后类似工程提供参考和实践经验。

2 泡沫轻质土在道路工程中的应用

2.1 在道路加宽中的应用

日本东明公路和京叶公路在改扩建的过程中遇到以下问题：原有道路附近有大量的居民建筑，使用传统的改扩建技术会导致加大征地范围，提高工程造价；现场道路狭窄，材料运输困难，大型机械无法入场，给道路改扩建施工带来了极大的难度。基于以上原因，只能在原有的建筑红线范围内进行改扩建，不能对周边土地进行征用。另外，要减小路基加宽引起的地基变形，减少对原有道路及附近建筑物的影响。

传统的改扩建技术是填方击实法，该方法需要将填土材料进行压缩击实，另外，由于土质材料自稳性差。所以，传统方法不仅占地多，而且还会产生噪声污染。泡沫轻质土由发泡剂与水泥组合而成，无须重型机械进场施工，且泡沫轻质土硬化后具有较好的轻质性和自立性，可减少占地面积，从而解决上诉问题，同时施工较为简单且能降低造价，因此，该项目采用泡沫轻质材料进行处理。

2.2 在软土地基的应用

广东省中山市至新龙港的中江公路位于珠江三角洲河网地区，地基含水量大，压缩性高，强度低，属于超软地基。中江公路港桥桥台的沉降量过大，很少达到沉降稳定标准，但采用泡沫轻质土作为桥台的回填土，可以大大减少软土地基的上部荷载，从而使软基沉降明显减少。并能有效解决桥台不均匀沉降引起的桥头跳车等问题。

2.3 在减载回填中的应用

北京城府路作为一条重要的城市快速道路，贯穿奥林匹克公园东西方向。城府路施工过程中的主要难点是工程跨度大、形式复杂。为了确保结构的安全，道路整体荷载不能超过80 kPa。由于传统回填材料往往具有较大的重度，因此，难以满足项目施工需求。轻质泡沫土由于其自身较低的密度且拥有较高的强度，可以很好地满足项目需求，施工团队选择泡沫轻质土作为回填材料。施工完成后，城府路长期地表沉降值符合道路规范要求。

2.4 在隧道衬砌中的应用

西宁莫兰台岭隧道2 号工程的盐渍土区位于隧道中部，距离隧道洞口较远，轻质泡沫土相较于传统的混凝土具有较好的流动性，初凝期较长且具有较大的硬度，能够较好地抵抗盐渍土吸水后的土体所产生的膨胀压力，所以，在隧道衬砌和第二层衬砌之间设置了一层泡沫轻质土，较好地解决了传统混凝土注浆法导致的空洞及空鼓问题，在降低工程造价的同时，较好地提高了隧道衬砌的强度。

3 工程背景

山东某高速公路改扩建工程，预将原来的四车道改为六车道。该地区属暖温带大陆性季风气候，年平均气温13.5 ℃，年平均降水量558.7 mm，降水主要集中在7 月和8 月，冻土深度56 cm。地层土主要为浅层粉土、粉质黏土，下部为中砂和粗砂。软土、软弱土呈透镜状零星分布，埋深较浅，分布于旧路侧沟渠两侧。工程地质条件较好。但沿线地势平坦，该区域村镇相对密集，因此，该段土地征用难度较大。为解决新老路基占地有限、沉降不均的问题，建议在路基拓宽中采用泡沫轻质土挡墙。由于存在墙体滑移和倾覆的风险，对路堤的侧向位移和沉降进行了监测。

4 结果分析

4.1 加宽路堤的沉降监测

加宽路堤填土越高，倾覆的风险就越大，越容易发生坍塌沉降。因此，为了最大限度地发挥路堤安全监测的作用，选取了填土高度最高的一段作为监测点，该监测点位于桥台路堤过渡段。

轻质泡沫土路堤墙填筑过程及沉降监测结果如图1 和图2 所示。

图1 路堤的填筑过程

图2 沉降监测结果

图1为路基施工时间，整个工期时间为250 d，在前150 d，由于工期要求，施工速度较快；150 d 后，为确保路基整体稳定性，减少施工对周边居民生活影响，施工进度整体放慢，最终路基填筑高度为5.2 m。

从图2 中可以看出，泡沫轻质土路堤在施工过程中的沉降很小，其沉降峰值为3.67 cm。在施工过程中，路堤的沉降随时间和高度的增加而逐渐增大，然后其上升速度逐渐减慢，直至路堤稳定。可以看出，靠近原路堤的位置出现了较小的沉降。同时，由于墙体质量较轻，地基土回弹，使基底沉降大于0，地面出现小幅度隆起。

根据监测数据可以看出，最大沉降值为3.67 cm，路堤整体沉降值较小，另外值得注意的是，第220 天最大沉降值为3.57 cm，240 d 最大沉降值为3.67 cm。沉降变化不大，故路堤已趋于稳定。因此，它是一种新型的路基加宽措施，对减少路基的不均匀沉降有显著的效果。

4.2 加宽路堤的侧向位移

泡沫轻质土路堤段长度约为220 m，为两桥之间的短路堤。由于路堤墙体存在较大的滑移风险，为了保证路堤的稳定性，对路堤断面进行侧向位移观测。墙上有12 个观察点。为了更好地观察沉降的变化，发现潜在滑移，在墙体上设置两排观测点，第一排距地面1 m，各点距40 m；第二行距地面3 m，每点距地面40 m。泡沫轻质土路堤墙体水平位移监测结果如图3 所示。

图3 侧向位移监测结果

从图3 中可以看出，轻质泡沫土路堤墙体在施工阶段发生水平移动。观测点在203 d 内最大水平侧向位移为37 mm。由图3 可知，在施工阶段，每个观测点的侧向位移一直在增加，但随着时间的推移增加的幅度逐渐下降，对应的增长率已经从每月9 mm 降到每月3 mm，表明墙体正在逐渐稳定。从各观测点同一时段的横向位移可以看出，桥台附近的路堤墙水平位移较大，其他位置的位移明显较小。工程完工后第252 天正式通车。从图中可以看出，第278 天的实测值保持稳定，说明路堤墙体的稳定性较好。以上现象说明泡沫轻质土路堤墙段侧向位移较小，路堤整体稳定性较好，工后侧向位移保持在控制范围内，泡沫轻质土作为一种全新的建筑材料能满足后续施工和未来公路运营的要求。