泡沫輕質(zhì)土抗浮技術在道路工程中的運用

萬尚武

（上海徐匯市政養(yǎng)護工程有限公司，上海市 200232）

1 工程概況

1.1 選用泡沫輕質(zhì)土背景

陽光路(規(guī)劃濱江大道—兆豐路)位于黃浦江南延伸段B單元南端，為“尚海灣豪庭”住宅開發(fā)項目的市政配套工程。該項目于2010年6月底開工建設前，上海軌道交通7號線“船廠路站—后灘站”下行區(qū)間隧道340環(huán)附近發(fā)生了較多的管片接縫滲漏水、漏泥漏砂和管片碎裂現(xiàn)象，300～360環(huán)范圍內(nèi)隧道結(jié)構橫向變形增加明顯。為確保軌道交通7號線的安全運營，需要對陽光路換填減載，并最終確定選用泡沫輕質(zhì)土換填。

1.2 泡沫輕質(zhì)土設計與施工各項指標

陽光路范圍西起兆豐路（K0+034.067），東至規(guī)劃濱江大道（K0+396.894），道路全長 362.827 m。設計路福寬度為16.0 m，屬城市支路I級。陽光路全線土路基采用泡沫輕質(zhì)土置換，原地面標高4.48～4.85 m，開挖寬度16.0 m，深度挖至2.3 m標高，然后填筑20 cm厚碎石墊層，再換填泡沫輕質(zhì)土至相應設計標高，換填厚度在2.3～4.183 m。

表1為泡沫輕質(zhì)土施工配合比。表2為泡沫輕質(zhì)土濕密度及抗壓強度指標。

表1 泡沫輕質(zhì)土施工配合比表

表2 泡沫輕質(zhì)土性能指標

泡沫輕質(zhì)土主要設計及施工參數(shù)見表3。

道路施工范圍內(nèi)縱向排設一根φ1200 mm玻璃纖維增強塑料夾砂管(FRPM管)，窨井采用同材質(zhì)的定型產(chǎn)品，管內(nèi)底標高3.45～2.56 m。

泡沫輕質(zhì)土施工日期為2012年6～9月，正值雨季及臺風暴雨期施工。

1.3 地質(zhì)資料

第①層：雜色雜填土，層厚3.7～4.0 m，層底標高0.95～0.62 m；表層1～2 m以混凝土地坪、雜填土為主，其下以雜色粘性填土為主。

第③層：灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，層厚4.5～4.80 m，層底標高-3.80～-3.88 m。飽和，流塑，無搖振反應，稍有光滑，干強度中等，韌性中等，屬高壓縮性土。

第④層：灰色淤泥質(zhì)粘土，孔深15.3 m，未揭穿。飽和，流塑，無搖振反應，光滑，干強度高，韌性高，屬高壓縮性土。

1.4 地下水位情況

年平均地下水高水位埋深0.5 m，低水位埋深1.50 m；地下水對混凝土無腐蝕性。地下水位變化主要受大氣降水、地表涇流及黃浦江水位變化而變化。

1.5 工程施工特點

（1）上海首次在市政道路土路基工程中采用現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土換填減載技術。

（2）泡沫輕質(zhì)土運用于正在運營的地鐵項目，如何保證施工質(zhì)量、保證軌道交通安全是本次實施的重點。

（3）泡沫輕質(zhì)土施工地鐵部門要求。

施工前與地鐵部門多次協(xié)調(diào)，在確保地鐵運行安全的前提條件下，按地鐵部門要求采用如下分段：12 m段，共分30段，每段澆筑泡沫輕質(zhì)土方量約622.0 m3。每段澆筑時間控制在22 h內(nèi)完成。每一段施工時間（見表4）報地鐵部門審批同意后，方可實施。

表3 泡沫輕質(zhì)土主要設計及施工參數(shù)

表4 一個施工段時間安排表(12 m長×16 m寬為1個施工段)

2 泡沫輕質(zhì)土施工遇臺風暴雨出現(xiàn)上浮問題處理

2.1 50a一遇“?？睆娕_風暴雨導致泡沫輕質(zhì)土上浮現(xiàn)狀

2012年7月17日至8月3日，陽光路泡沫輕質(zhì)土已施工229 m，樁號為K0+034～K0+263，第1次澆筑高度1.40～1.69 m。2012年8月8日，上海遭到50 a一遇強臺風暴雨“?？庇绊?，整個施工區(qū)域均浸泡在雨水中，導致該段泡沫輕質(zhì)土發(fā)生上浮現(xiàn)象，上浮高度在20 mm以內(nèi)。

2.2 應對突發(fā)事件采取的抗浮施工技術措施

（1）在基坑四周設置攔水堤埂，防止周邊路面雨水倒灌入。

（2）挖集水坑強制排水，降低地下水位。沿基坑周邊每隔20 m設置1個集水坑，挖至坑底，然后用潛水泵進行強排水，降低地下水位。

（3）在基坑四周設置排水明溝，強制降低地下水位。沿基坑四周設置排水明溝，使施工區(qū)域內(nèi)地下水貫通，然后利用集水坑潛水泵強排水，降低地下水位。

（4）泡沫輕質(zhì)土抗浮控制水位與警戒水位設定。

式（1）、（2）中：f浮——泡沫輕質(zhì)土所受浮力；

ρ水——水的密度；

h水——水位差，h混凝土=地下水位高程－輕質(zhì)土底面高程；

G混凝土——泡沫輕質(zhì)土自重；

ρ混凝土——泡沫輕質(zhì)土密度；

h混凝土——泡沫輕質(zhì)土填高，h混凝土=輕質(zhì)土頂面高程－輕質(zhì)土底面高程。

根據(jù)已澆筑泡沫輕質(zhì)土標高推算，泡沫輕質(zhì)土上浮控制地下水位標高為3.323 m，警戒水位設定為3.10 m。

（5）泡沫輕質(zhì)土沉降與基坑水位觀測。

沿道路每隔10 m設置1個觀測橫斷面，并設置5個觀測點，增置1個黃浦江水位觀測點（見表5）。

表5 基坑水位觀測點設置

在超警戒水位階段，水位及沉降觀測每1 h進行1次；水位降至警戒水位以下20 cm內(nèi)，水位及沉降觀測每2 h進行1次；水位降至警戒水位以下20 cm后，水位及沉降觀測每天進行1次。

經(jīng)過晝夜5 d時間的強排水措施，地下水位降至標高2.85 m左右，泡沫輕質(zhì)土累計沉降16 mm，基本恢復穩(wěn)定。

2.3 應對再次臺風暴雨采取的抗浮預防技術措施

由于受公用管線施工影響，泡沫輕質(zhì)土需分兩次施工，間隔2個月時間才能施工至設計標高。而8～10月為上海市臺風暴雨多發(fā)季節(jié)，為應對再次發(fā)生強臺風暴雨影響，避免泡沫輕質(zhì)土再次發(fā)生上浮現(xiàn)象，采取以下預防措施。

（1）推算泡沫輕質(zhì)土抗浮控制水位與警戒水位。該段泡沫輕質(zhì)土按加高50 cm處理后，重新推算泡沫輕質(zhì)土上浮控制地下水位標高為3.544 m，警戒水位設定為3.35 m。

（2）采用本文第2.2節(jié)抗浮技術措施：攔水堤埂、集水坑、排水明溝。

（3）增加砂包配重預防措施，根據(jù)不同水位及泡沫輕質(zhì)土澆筑高度，按浮力公式計算，分別設置不同施工段的配重。

（4）建立潛水泵抽水常效措施，堅持每天觀測水位。

（5）堅持每天收聽天氣預報，及時掌握未來一周天氣動態(tài)，以便采取相應的預防措施。

2.4 針對已發(fā)生上浮開裂泡沫輕質(zhì)土修復技術措施

（1）泡沫輕質(zhì)土沉降穩(wěn)定后，對已發(fā)生裂縫采用同材質(zhì)進行灌縫處理。

（2）泡沫輕質(zhì)土頂部滿鋪一層φ3～4 mm@5 cm×5 cm鍍鋅鐵絲，防止裂縫向上反射。

（3）泡沫輕質(zhì)土頂部澆筑一層50 cm輕質(zhì)土。

2.5 檢測效果

待輕質(zhì)土保養(yǎng)期到后，經(jīng)彎沉測試，均達到設計要求。

3 泡沫輕質(zhì)土正常施工抗浮技術預防措施及運用

（1）驗算地下水位與泡沫輕質(zhì)土高差，設置警戒水位（見表6）。

經(jīng)驗算，泡沫輕質(zhì)土上浮控制地下水位標高為3.31 m，警戒水位設定為3.10 m。

（2）設置集水坑進行排水。

基坑外側(cè)每隔20 m設置1個集水坑，根據(jù)水位標高，定期用潛水泵進行抽水。

（3）基坑外側(cè)排水明溝進行排水。

沿基坑四周設置一條排水明溝，與集水坑連通，使基坑內(nèi)地下水及時排至集水坑，利用集水坑內(nèi)潛水泵進行排水。

（4）基坑頂部設置阻水堤埂。

基坑頂部四周設置一道截面為50 cm（高）×80 cm（寬）阻水堤埂，阻止雨水期地表水倒灌入施工區(qū)域。

（5）堅持每天定時觀測水位與泡沫輕質(zhì)土標高，建立相應臺賬。

每天派專人定時定點觀測地下水位及泡沫輕質(zhì)土標高，以便及時掌握地下水與泡沫輕質(zhì)土標高變化動態(tài)，及時用潛水泵進行排水，并建立測量觀測登記表與抽水臺賬。

（6）建立地下水位報警機制。

施工現(xiàn)場建立業(yè)主、監(jiān)理、施工方網(wǎng)絡管理體系，以項目經(jīng)理為第一聯(lián)系人。現(xiàn)場監(jiān)測水位一旦達到警戒水位，測量人員立即報項目經(jīng)理，由項目經(jīng)理組織有關各方，立即啟動應急預案措施。

（7）堅持每天收聽天氣預報及一周天氣動態(tài)，以便采取相應的預防措施。

監(jiān)測人員堅持每天收聽天氣預報及未來一周天氣預報，及時掌握天氣動態(tài)，一旦有臺風、特大暴雨等不利天氣，及時通知項目經(jīng)理，由項目經(jīng)理組織有關各方，提前做好現(xiàn)場應急材料準備工作及泡沫輕質(zhì)土抗浮預防技術措施。

后續(xù)泡沫輕質(zhì)土施工階段，由于建立了一套監(jiān)測管理體制及應急管理網(wǎng)絡體系，采取了有效的抗浮預防技術措施，施工現(xiàn)場未發(fā)生泡沫輕質(zhì)土上浮現(xiàn)象，確保了泡沫輕質(zhì)土施工質(zhì)量。

4 施工過程中排水管道抗浮預防技術措施

4.1 驗算泡沫輕質(zhì)土施工階段存在排水管道上浮現(xiàn)象

設計沿道路中心以北1.0 m處，縱向排設一根φ1200 mm玻璃纖維增強塑料夾砂管（FRPM管），窨井采用同材質(zhì)的定型產(chǎn)品，管內(nèi)底標高3.45～2.56 m，管頂標高為4.65～3.76 m；泡沫輕質(zhì)土第一次施工標高為4.30 m，按排水管全部埋沒在泡沫輕質(zhì)土內(nèi)考慮，經(jīng)計算存在排水管道上浮現(xiàn)象。

表6 泡沫輕質(zhì)土設置警戒水位驗算表

φ1200 mm排水管占泡沫輕質(zhì)土體積重量：

G混凝土=πr2Lρ混凝土=3.14159×0.61×0.61×1×550=642.94（kg/m）

φ1200玻璃纖維增強塑料夾砂管自重（空管）：G管自重=200.00 kg/m

顯然，G管自重＜G混凝土，泡沫輕質(zhì)土施工階段存在排水管道上浮現(xiàn)象。

4.2 泡沫輕質(zhì)土施工階段排水管道抗浮預防技術措施

φ1200 mm排水管排設完畢后，管兩端采取麻袋裝土封堵，向管內(nèi)注水至規(guī)定深度，即可抵抗泡沫輕質(zhì)土施工階段排水管道上浮現(xiàn)象。

按計算公式：管內(nèi)裝水重量+管自重＞管徑體積泡沫輕質(zhì)土重量，即可滿足排水管道抗浮現(xiàn)象。

經(jīng)驗算，管內(nèi)注水大于0.5m高度，即可滿足泡沫輕質(zhì)土施工階段排水管道抗浮。

經(jīng)實踐運用，施工現(xiàn)場未發(fā)生泡沫輕質(zhì)土施工階段排水管道上浮現(xiàn)象。

5 結(jié)語

泡沫輕質(zhì)土作為市政道路土路基，在上海尚屬首次，能有效減小路基荷載對地基產(chǎn)生的附加應力，減小路基總沉降量，對地鐵隧道、既有路基、橋臺、地下管線等影響小。其適合橋頭，原有道路拓寬，距地鐵隧道、地下管線很近，路堤填土較高等路段的地基處理。路基抗浮施工技術措施，在常規(guī)道路施工中未曾應用，在現(xiàn)行道路施工規(guī)范中也未闡述。針對泡沫輕質(zhì)土遇臺風暴雨突發(fā)事件和常規(guī)土路基施工，采取抗浮施工技術措施，并針對施工階段排水管道進行抗浮技術措施的運用，都有效預防了泡沫輕質(zhì)土上浮給工程質(zhì)量帶來影響。本文對此進行了綜合介紹，希望給后續(xù)類似工程施工提供借鑒。