高速公路改扩建工程泡沫轻质土路基施工技术

2023-09-03张海华

交通科技与管理 2023年16期

张海华

摘要高速公路项目改扩建形式主要包括单侧拓宽、两侧拓宽、纵坡抬升等，方案设计时应综合考虑实施方便、少占土地、不影响交通等各方面因素。若在局部高填方区域、放坡困难地段及软弱路基段，采用泡沫轻质土进行路基填筑，能有效减轻结构自重，防止产生工后沉降。鉴于此，文章依托某高速公路改扩建项目施工实践，针对泡沫轻质土路基施工技术展开综合探究，阐述了泡沫轻质土填筑路基技术原理、工艺流程、材料要求，分析总结了泡沫輕质土路基施工技术要点，主要内容包括方案设计、施工准备、水泥浆制备、泡沫轻质土制备、浇筑、养护等。通过实际工程应用，充分验证了该技术的经济性、合理性、可行性，具有重要的推广价值。

关键词公路改扩建；路基拼宽；纵坡抬高；工后沉降

中图分类号 U418.8文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）16-0084-03

0 引言

近年来，随着经济的高速发展，公路交通压力越来越大，部分现役高速公路难以满足当前繁重的交通运输需求，交通拥堵现象日益加剧，严重影响人们的正常生产生活秩序，急需实施改扩建处理。但由于道路改扩建工程对道路线形、地形、交通、技术等各方面要求较高，显著增大工程建设难度。为有效降低工程建设风险，保证道路建设质量、安全和进度，应科学选择路基填筑材料。泡沫轻质土作为一种新型材料，具有重量轻、自立性强、承载性能优良、施工简便等优点，能有效取代普通路基填料，实现拓宽及抬升路基、增强边坡稳定、控制工后沉降的目标。为此，该文结合实际工程案例，系统分析了泡沫轻质土路基施工技术，以期能有效提升施工技术水平，保证工程建设质量。

1 工程概况

某高速公路项目采用双向四车道标准设计，随着交通压力的不断增大，交通拥堵现象日益严重，现拓宽至双向八车道。标段道路总里程18.8 km，路基填筑施工共计18处采用泡沫轻质土，左右两幅填筑总长度约2.1 km，泡沫轻质土填筑方量约245 000 m3。

2 泡沫轻质土填筑路基技术原理

（1）泡沫轻质土由拌和站统一生产，采用间歇式拌和机，按照预先确定水灰比先制备水泥浆，然后利用输浆泵将浆液输送至储浆罐备用。

（2）先对发泡剂进行稀释处理，并通入压缩气体形成泡沫群，然后利用轻质土拌制设备将泡沫群按照特定比例通入储浆罐，与罐中水泥浆充分混合均匀形成泡沫轻质土材料[1]。

（3）利用储浆罐、输浆泵将轻质土材料泵送至浇筑区域，严格按照分段、分层浇筑的方式自流浇筑成型，固化后形成疏松多孔、重量较强的填筑材料，代替普通路基填料。

（4）泡沫轻质土具有重量轻、自立性强、流动性好、强度高、节能环保等优点，能有效减轻填土自重，增强路基边坡稳定性和可靠性，缓解工后差异性沉降，科学避免台背填土压实困难的难题[2]。

3 施工工艺流程

泡沫轻质土施工工艺流程如图1所示。

4 施工材料要求

施工所需材料如表1所示。

泡沫轻质土配合比设计如表2所示。

泡沫轻质土主要技术指标如表3所示。

5 施工技术要点分析

5.1 设计要点

在路床底部填筑泡沫轻质土，顶部铺设HDPE防渗土工膜，顶面下方1.0 m区域内铺设两层镀锌钢丝网，其规格为φ1.5 mm2.5 cm*2.5 cm。

（1）当填筑高度超过8.0 m时，在中间位置增加一层钢丝网，规格为φ3.2 mm10 cm*10 cm。

（2）当路基填筑高度较大时，防护面板立于边坡表面，合理调节基础埋置深度，使其上方面板数量为整数，确保基础外缘襟边宽度不得低于2 m，外部采用强度为C20混凝土浇筑。

（3）当路基较低时，轻质土基础处于地表位置，外部修建宽度为1.0 m护道及排水沟，护道采用强度为C20的混凝土浇筑[3]。

5.2 浇筑区准备

（1）边坡开挖。该工程采用拓宽拼接改造方案，拼接前应对原始路基边坡实施削坡处理，并设置成阶梯形，台阶高度、宽度均为1.0 m，阶面按照2%坡度向道路内侧放坡，确保轻质土呈倒梯形浇筑；边坡开挖以机械为主、人工辅助修坡，严禁超挖，保证土体密实，无浮土[4-5]。

（2）基底处理。当路基填筑高度较大时，防护面板立于边坡表面，实际施工时科学调节基础埋置深度，使其上方面板数量为整数，确保基础底部及外缘襟边宽度分别不低于3.0 m和2.0 m，并严格按照规范要求整平和压实。HDPE防渗土工膜铺设前，应对基底进行检查，清除表面尖锐异物，防止破坏土工膜[6]。

（3）面板施工。面板基础采用强度为C25的水泥混凝土浇筑，严格按照随浇随砌的方式进行砌筑，严格控制砌筑高度，确保高于轻质土分层厚度的20～30 cm。

（4）浇筑区划分。根据拌和站生产能力，科学划分浇筑区，保证在水泥初凝前完成各区混凝土浇筑，防止后续浇筑轻质土对前期轻质土强度造成破坏。

5.3 水泥浆及泡沫制备

水泥浆由拌和站统一制备，各种材料利用电子计量设备进行称量，并自动完成投料和拌和。计量设备使用前，应进行标定，搬移后应再次实施标定。水泥浆制备时，拌和水计量应选用流量计量，以有效提升水泥浆制备速率[7]。

泡沫主要是通过对发泡剂实施稀释处理，并通入压缩气体，经发泡枪处理后形成。发泡剂性能对泡沫稳定性具有重要影响。制备泡沫轻质土的发泡剂其主要性能如下：①降低对环境的影响，宜选用界面活性发泡剂；②温度超过0 ℃时，发泡剂不得产生离析；③稀释倍率应为40～60；④标准密度为30～50 kg/m3。

5.4 泡沫轻质土制备

泡沫轻质土由拌和站统一制备。先采用物理方式对发泡剂进行稀释处理，并通入压缩气体，形成泡沫群，然后利用轻质土拌制设备将泡沫群按照特定比例通入储浆罐，与罐中水泥浆充分混合均匀形成泡沫轻质土材料，实际制备时应根据实际施工要求对相关指标实施调整，确保其湿密度、重度等指标性能满足要求[8]。

（1）严格预先确定的配合比，科学设置轻质土泡沫含量，并保证泡沫立即与储浆罐内水泥浆材料充分混合。该工程通过试验段得到的配合比如表4所示。

（2）轻质土生产设备需具备自动计量功能，轻质土制备时，可自动调节水泥浆及泡沫含量；特定配比的水泥浆及泡沫材料通过储浆罐内部搅拌装置充分拌和，形成满足设计要求的轻质土；水泥浆、轻质土制备完成后，在卸料装置内储存时间不得大于2 h。

5.5 泡沫輕质土浇筑

泡沫轻质土浇筑前，应对基底实施全面清理，确保表面无杂物、无积水，保证轻质土浇筑质量。同时，应根据拌和站拌和能力、工期要求，合理划分施工段、浇筑层，并严格控制以下几个方面：

（1）镀锌钢丝网铺设。HDPE防渗土工膜及镀锌钢丝网应横向设置，铺设钢丝网时，利用U型钉实施固定，接头部位采用扎丝扎牢并用U型钉固定。

（2）泡沫轻质土浇筑时顶面为自流平，难以满足道路横坡要求，因此该工程轻质土仅用于路床底部填筑，横坡采用路床材料实施填筑。同时，浇筑前应对基底实施压实处理，确保压实度满足要求。

（3）轻质土采用泵送方式进行浇筑，浇筑前应对泵管进行全面检查，确保泵管及接头完整、严密。浇筑时，严密监视泵管及接头工作状态，发现异常应立即停止浇筑，并查找原因，恢复正常后方可进行继续浇筑。对于地形条件较为复杂的部位，应结合现场实际情况科学配置施工机械，并借助中继站完成远距离浇筑[9]。

（4）泡沫轻质土浇筑采用分层分段浇筑，分层厚度控制在50 cm范围内。相同施工段内上、下层轻质土浇筑，当温度超过150 ℃时，时间间隔以8～12 h为宜；否则，时间间隔应大于2 d。

（5）实际浇筑时，应沿长边方向由一端向另一端逐步推进，当采用多条泵管浇筑时，可沿一端同步浇筑，也可采用对角方式进行浇筑。泡沫轻质土浇筑时，应使泵管与浇筑面保持一定角度，并保证泵管口埋入液面深度至少为200 mm，最大限度地降低泡沫消泡量。轻质土浇筑方式如图2所示。

（a）错误的浇筑方式

（b）正确的浇筑方式

（6）轻质土浇筑时，应尽量降低对已浇筑轻质土的扰动，并严密监视质量变化情况，当需移动泵管时，应前后缓慢移动，严禁左右移动；当必须左右移动时，应将泵管提出浇筑面后再进行移动，并尽可能避免在浇筑完成且未完全凝固的轻质土中移动。

5.6 养护

泡沫轻质土采用分层浇筑，各层浇筑完成后，应及时进行洒水养护，保持表面始终处于湿润状态，通常养护时间不少于72 h，最大限度地保证轻质土强度满足要求。轻质土浇筑完成后，当强度未达到设计值时，严禁在其表面加载，以免影响轻质土成型效果。分层浇筑时，待下层轻质土强度达到设计标准后，方能进行上层轻质土浇筑，以有效降低对已浇筑轻质土的干扰，保证浇筑质量。

养护过程中，禁止人员在其表面通行，并严禁堆放任何材料，防止对轻质土内部气泡造成破坏，影响成型效果。夏季气温较高时，由于水泥固结速率较快，应严格控制水泥浆拌制时间，并在规定时间内用完，避免等待时间过长对浆液性能造成影响。同时，由于夏季气温较高，轻质土结构内部水化热较大，且水分散失速率较快，极易引发温度干缩裂缝，严重降低结构强度，影响承载性能。因此，为有效防止水分蒸发过快，各层轻质土浇筑完成后应覆盖塑料薄膜实施保湿养护。

6 结论

综上所述，泡沫轻质土作为一种新型材料，具有优良的工程特性，用于路基填筑时，应严格按照路基填筑施工工艺流程开展施工作业，并合理选用施工材料，科学做好轻质土制备、浇筑、养护工作，严格控制各环节施工质量，显著提升路基整体填筑质量。通过实际工程应用，充分验证了泡沫轻质土路基施工技术的可行性，取得了显著成效。该技术具有如下优势：

（1）相较于普通路基填料，轻质土容重较小，可根据实际需要科学控制轻质土容重，以5～12 kN/m3为宜。

（2）轻质土生产过程由电脑控制，可实现自动化生产，采用水泥作固化材料，浇筑完成后4～8 h可固结成型，具有较强的自立性，显著降低对路基结构侧向压力。

（3）轻质土对地基要求较低，能有效减轻结构自重，防止产生工后沉降。

总之，普通复合地基施工具有较强的隐蔽性，施工质量控制难度较大，而泡沫轻质土施工较为简便，施工过程易于把控，能有效保证路基填筑质量。

参考文献

[1]郭秀慧. 高速公路特殊工况下泡沫轻质土路基加宽的应用研究[J]. 交通世界， 2023（10）： 71-73.

[2]赵军，林军志，龚华凤，等. 海绵城市中生物滞留沟对路基水分场分布的影响[J]. 科学技术与工程， 2018（7）： 239-245.

[3]杨波. 泡沫轻质土在江广高速公路改扩建工程中的应用[C]//江苏省公路学会，《现代交通技术》编辑部. 江苏省公路学会学术论文集（2017年）， 2018： 146-150.

[4]张大伟，李国春，赵庆远，等. 保通条件下的高速公路改扩建岩质边坡开挖技术研究[J]. 中外公路， 2018（4）： 14-18.

[5]高强，高永明，贺攀，等. 基于灰色关联度的高速公路改扩建工程造价影响因素分析[J]. 佳木斯大学学报（自然科学版）， 2016（6）： 887-891.

[6]秦攀. 基于高速公路改扩建的桥梁检测技术的研究[J]. 建筑安全， 2017（2）： 62-64.

[7]董锐. 高速公路改扩建方式与交通组织原则[J]. 中国新技术新产品， 2017（7）： 82-83.