气泡混合轻质土在地铁上方新建市政道路的设计示例

高惟炜

（江苏森尚工程设计研究院有限公司，江苏 南京 211100）

0 前言

气泡混合轻质土是一种新型轻质材料，它将制备的气泡群按一定比例加入由水泥、水及可选添加材料制成的浆料中，经混合搅拌、现浇成型的一种微孔类轻质材料。自气泡混合轻质土出现以来，由于其具有优越的性能，其广泛应用于房建工程、道路建设以及地基处理等领域，例如软基路段覆土等载换填处理、公路桥台背路基换填、桥梁锥坡放坡减跨、地下大跨度结构工程的覆土减荷、道路扩建中的加宽路基填筑、山区陡峭路段的路基填筑、空洞及狭小空间充填、建筑基坑填筑以及地下管线周边空隙等。该文就是作为其中地下大跨度结构工程的覆土减荷的一种应用实例。

1 工程概况

某市新建市政道路，其道路等级为城市主干路，全线位于已经开通运营的地铁线路结构上方，其相对位置关系如图1所示。

图1 新建道路与地铁相对位置关系图

地铁隧洞段现状埋深6.6m～24m，该道路建成后地铁隧洞埋深10m～19m，地铁区间隧洞上方填方段最大填方高度、对应地铁隧洞结构洞顶埋深分别为约9m、6.8m～18m；另外，道路沿线现状河塘数量约20处。

该项目全线位于既有地铁结构上方，应地铁公司要求，由建设单位委托第三方对道路设计方案对地铁安全性影响进行审查和评估。因新建道路沿线填方高度较大，河塘回填数量较多，为保障地铁结构安全，根据第三方安全评估报告要求，须控制路基新增荷载控制标准（不大于60kPa）。

2 路基填筑方案比选

目前，常规的路基填筑材料有石灰稳定土、水泥石灰土等，常见的轻质路基材料有土工泡沫塑料（EPS块）、粉煤灰以及气泡混合轻质土等，本次分别选择了其中的石灰稳定土路基、粉煤灰路基和气泡混合轻质土路基进行比较。

方案一：石灰土稳定路基。石灰稳定土是将消石灰粉或生石灰粉掺入各种粉碎或原来松散的土中，经拌合、压实及养护后得到的混合料，是当地常用的路基填筑材料，施工工艺十分成熟，施工难度小，工程费用低，但其自重大，高填方路段所增加的荷载无法满足地铁安全要求。

方案二：粉煤灰路基。粉煤灰路基是利用电厂的废料粉煤灰填筑路基，该方案作为轻质路基材料应用广泛，施工工艺成熟，施工难度小，自重轻，可以满足地铁安全要求，工程费用较低，但随着国家环保要求越来越高，废料粉煤灰中含硫量很高，难以达到作为路基填筑的指标要求，进而影响道路路基自身的安全性。

方案三：气泡混合轻质土路基。气泡混合轻质土作为路基填筑材料，其自重小，能满足地铁安全要求，但施工工艺较为复杂，工程费用高。

该项目结合当地施工经验和实际情况，经过多方案比选后，为同时满足地铁安全性要求、道路安全性要求以及经济性要求，路基填筑方案在新增荷载控制标准要求下进行上述填筑材料的组合，最终采用石灰土和气泡混合轻质土进行组合设计。

3 路基填筑设计方案

经核查现状测量标高和道路设计高程，拟对3种工况采用不同的路基填筑组合方案。

工况1：一般路基高填方段（填方高度大于3m）及河塘回填高度较大段（填方高度大于5m）。对一般路段填方高度大于3m，路基材料全部采用气泡混合轻质土进行填筑，其上实施道路路面结构。河塘回填处理段，其中回填高度较大处，河塘底部淤泥清除后，路基全部采用气泡混合轻质土进行填筑。具体路基设计如图2所示。

图2 一般路基高填方段及河塘回填高度较大段路基设计图

对上述工况路基荷载进行验算，荷载最不利处位于河塘10#，最大填高8.54m（扣除路面结构厚度后）；本次计算取值为泡沫混凝土容重取6.5kN/m（路面结构底以下0cm～80cm）、6kN/m（路面结构底以下80cm以下），石灰土容重取18kN/m。回填附加荷载=0.8m×6.5kN/m+（8.54m-0.8m）×6kN/m=51.64kPa＜60kPa，满足要求。

工况2：河塘回填高度一般段（填方高度3.5m～5m）。河塘回填处理段，其中回填高度一般处，河塘底部淤泥清除后，先用石灰土填筑部分路基，其上采用气泡混合轻质土进行填筑，石灰土和气泡混合轻质土厚度根据荷载计算后确定。具体路基设计如图3所示。

图3 河塘回填高度一般段路基设计图

对上述工况路基荷载进行验算，荷载最不利处位于河塘13#，最大填高4.742m（扣除路面结构厚度后）；回填附加荷载=0.8m×6.5kN/m+（3m-0.8m）×6kN/m+（4.742m-3m）×18kN/m=49.76kPa＜60kPa，满足要求。

工况3：河塘回填高度较小段（填方高度小于3.5m）。河塘回填处理段，其中回填高度较小处，河塘底部淤泥清除后，路基全部采用石灰土进行填筑。具体路基设计如图4所示。

图4 河塘回填高度较小段路基设计图

荷载最不利处位于河塘4#，最大填高3.058m（扣除路面结构厚度后）；回填附加荷载=3.058m×18kN/m=55.04kPa＜60kPa，满足要求。

综上所述，3种工况下路基组合填筑方案的附加荷载均能满足地铁安全要求。

4 气泡混合轻质土技术要求

气泡混合轻质土技术要求有以下7点：1）路面底面以下0cm～80cm，湿容重为6.5kN/m，泡沫砼28d抗压强度≥0.8MPa；路面底面以下80cm以下，湿容重为6kN/m，泡沫砼28d抗压强度≥0.6MPa；流动度为（180±20）mm。2）当泡沫混凝土浇筑体单向长度超过15m，应每隔10m间距设置变形缝，在断面突变处应加设变形缝，变形缝材料可采用20mm～30mm厚聚苯乙烯板或10mm～20mm厚木板。3）在浇筑气泡砼之前应做好基底防、排水工作，坑槽开挖好后应在最低处开挖宽度不超过1m的泄水口，防止坑槽内积水。坑槽开挖好后，应将基底碾压密实后才能浇筑；遇到大雨应停止轻质土的浇筑，并对未终凝的气泡砼采取遮雨措施，夏季施工应避免在中午高温时段施工；气泡砼顶层浇筑好后7d内不允许任何机械直接在上面行走，路面施工必须在顶层气泡混合轻质土养护7d以后进行，且底基层施工时不得采用重型机械如摊铺机等。4）顶（底）面以下（上）50cm和1m处位置各设置一层6@10cm×10cm钢丝网，泡沫混凝土厚度小于1.5m时仅在中间设置一层。钢丝网片纵横向搭接长度10cm。抗拉强度≥1300MPa，焊点抗剪力≥2.11kN，断裂伸长率≥2.5%。5）与前后一般路堤之间应设置过渡层，过渡层采用台阶式衔接，台阶高度0.5m～1.0m，坡比采用1∶1。6）现场浇筑时采用分层分块的方式进行，每层浇筑时须设置挡板，上一层浇筑作业应在下一层浇筑终凝后进行。7）施工时应注意避让中分带、侧分带及人行道树池部分，以保证绿化植栽的成活。

5 地下市政管线的处理

该项目道路路面下面规划有大量市政管线，中压燃气管道、雨水管道、污水管道、电力管道以及弱电管道等，气泡混合轻质土对管线进行包裹后，如果需要对内在管线进行维修和更换，须破坏轻质土块体，施工难度大而且可能会对路基的整体稳定性产生影响，因此设计阶段应与各管线设计单位进行充分沟通和协调，确保不对管线的埋设以及后续的维修产生困难和影响。

雨水、污水管道建议采用钢筋混凝土管材质，其具有强度高、稳定性好、使用年限长的特点，可以尽量避免使用时对其进行维修更换，同时，钢筋混凝土管在气泡混合轻质土中易于安装。考虑燃气管道属于压力管道，不能设置在气泡混合轻质土内，燃气管线设计时，通过调整管线竖向和平面位置，将其放置于一般土体内，保证其安全性的同时，也便于燃气管道使用过程中应急的维修等。

电力管道和弱电管道埋设时本身需要采用混凝土进行保护，所以可以直接将其放置于气泡混合轻质土内。

6 地铁监测情况

该项目实施期间，地铁监测单位定期对地铁进行监测，监测数据结果见表1和表2。

表1 道床垂直位移监测数据表

表2 竖向收敛监测数据表

根据对运营期间的监测数据梳理分析，道路实施期间地铁区间累计最大隆起1.1mm；累计最大收敛2.0mm，均小于城市轨道交通结构安全控制指标值（隧道竖向位移控制值＜20mm；隧道径向位移控制值＜20mm），该区间结构及线路处于安全状态，沉降和收敛变形基本稳定。采用上述路基填筑方案有效地保障地铁安全。

7 结语

气泡混合轻质土的施工工艺基本与水泥混凝土相似，都是通过在施工现场进行浇筑完成。因为气泡混合轻质土具有流动性高的特点，所以一般采用软管泵送的方式，这样就能使现场施工浇筑的地点与气泡混合轻质土的制作地点存在一定的距离，而且浇筑时所需要的工作界面较小，可在相对狭小空间内进行施工。另外，气泡混合轻质土作为路基填筑材料时，其浇筑施工无须进行振捣碾压，可以自流成型，与常规路基填筑材料相比，其施工更方便、更高效。气泡混合轻质土属水泥类材料，因此具有与水泥混凝土同等的耐久性。气泡混合轻质土因为土体内含有大量的气泡（气泡体积含有率为40%～70%），还具有良好的隔热、隔音及抗冻融性能。

气泡混合轻质土由于自身荷载低、强度高、自流平、自硬化和自密实等特点，无须机械摊铺、振捣和碾压等施工工序，可以大大减少路基填筑施工过程中外加荷载对地铁结构的影响，适合作为地铁上方新建道路路基填筑材料，但相对常用的路基填筑材料，其工程费用较高。因此，可以在满足地铁附加荷载控制标准要求的情况下，对气泡混合轻质土与常规路基填筑材料进行组合设计，以达到工程安全性和经济性的平衡。