氣泡混合輕質(zhì)土在黃土地區(qū)公路工程中的應用★

畢 偉 濤

(陜西通宇新材料有限公司，陜西 西安 710077)

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氣泡混合輕質(zhì)土在黃土地區(qū)公路工程中的應用★

畢 偉 濤

(陜西通宇新材料有限公司，陜西 西安 710077)

介紹了氣泡混合輕質(zhì)土的性能，從淤地壩地基、高填方黃土路基、臺背回填、山區(qū)路基四方面，闡述了氣泡混合輕質(zhì)土在黃土地區(qū)公路工程中的應用，指出氣泡混合輕質(zhì)土具有高強性、耐久性、低碳環(huán)保等優(yōu)點，應用前景廣闊。

氣泡混合輕質(zhì)土，公路工程，路基，黃土地區(qū)

0 引言

近年來，我國高速公路正以飛快的速度在發(fā)展。陜西省高速公路建設項目也在熱火朝天的進行中；特別是近年來高速公路的發(fā)展已經(jīng)伸入到陜北黃土高原山區(qū)、河谷等地質(zhì)條件復雜、地基薄弱的地帶[1]。出現(xiàn)了一些有待解決的技術(shù)難題，例如陜北淤地壩地基(地基含水量可達22%，承載力為100 kPa左右)的工后沉降問題、高填土路堤的邊坡穩(wěn)定性問題、三背填土(擋土墻墻背、橋臺臺背及涵洞臺背)、橋頭橋車問題等。這些問題不僅嚴重影響公路的正常通行，也加大了公路的后期維修費用，同時很大程度的降低了運營服務質(zhì)量甚至造成安全事故，危及人身財產(chǎn)安全。

提高公路工程質(zhì)量，必須從根本上解決這些技術(shù)難題。氣泡混合輕質(zhì)土作為一種新型的輕質(zhì)填充材料已經(jīng)逐漸被應用在公路交通行業(yè)[2]。本文通過對氣泡混合輕質(zhì)土特性的一些分析，結(jié)合黃土地區(qū)公路路基目前存在的一些問題，探討其在黃土地區(qū)公路建設中的應用前景。

1 氣泡混合輕質(zhì)土的特性

氣泡混合輕質(zhì)土是通過專用設備的發(fā)泡系統(tǒng)將發(fā)泡劑用機械方式充分發(fā)泡形成泡沫，并將泡沫與固化劑(水泥)、砂子、水和其他外摻材料均勻混合，然后利用泵送系統(tǒng)進行現(xiàn)澆施工，經(jīng)自然養(yǎng)護形成的一種含有大量封閉氣孔的新型輕質(zhì)填充材料，其具有以下特點。

1.1 輕質(zhì)高強性

氣泡混合輕質(zhì)土的主要特點是容重比普通的填土小(通常為普通填土的1/3)，而強度確比普通的填土高，且可以根據(jù)不同的工程需要調(diào)整容重和強度大小，解決不同的工程難題。且由于其具有輕質(zhì)和高強特點，對地基產(chǎn)生的荷載較小，因此用于路基拓寬填料中，能有效避免產(chǎn)生差異沉降。

1.2 彈性模量大

氣泡混合輕質(zhì)土的彈性模量較一般路基填料大，填筑后變形小，后期沉降小，適合作為剛?cè)峤Y(jié)合處的路基填筑。

1.3 良好的施工性

由于不含大顆粒骨料，所以其流動性較高，可以填充任何不規(guī)則空間，且自密實性好；可通過軟管輸送，節(jié)省施工便道；可進行并行操作，進而縮短工期；可實現(xiàn)自動化作業(yè)，實現(xiàn)800 m的遠距離輸送，且由于施工不需要大型設備親臨現(xiàn)場作業(yè)，大大降低了施工荷載，進而保證了結(jié)構(gòu)的安全性。

1.4 直立性

由于采用水泥作為固化劑，澆筑后可固化直立，因此可大大減少土石方數(shù)量，進而節(jié)約建設成本；同時由于固化后的直立性可大大減少占用農(nóng)田的數(shù)量及拆除路邊建筑物的數(shù)量，與國家節(jié)約土地的大政方針一致；而且固化后的直立性可大大減少填料對護面的側(cè)壓力，進而縮小防護工程的規(guī)模。

1.5 優(yōu)良的耐久性

氣泡混合輕質(zhì)土是水泥基的閉孔發(fā)泡材料，屬于無機硅酸鹽類材料，與其他高分子填充材料相比，其耐久性、耐熱、抗紫外線以及抗油污能力強，具有水泥混凝土材料同等的耐久性。

1.6 低碳環(huán)保

氣泡混合輕質(zhì)土的主要原材料為水泥和起泡劑。起泡劑為中性材料，不含苯、甲醛等有害物質(zhì)，避免了環(huán)境污染和消防隱患。該材料屬于無機類填充材料，與其他化工類輕質(zhì)填充材料相比，不污染水源，不造成環(huán)境污染，其碳排放當量幾乎為零。

2 黃土地區(qū)的應用展望

黃土是干旱或半干旱氣候條件下形成的疏松均質(zhì)堆積物，是一種特殊黏性土，粉粒含量高，孔隙率大(一般在35%～60%之間)[3]。黃土顆粒遇水浸潤后因內(nèi)部凝結(jié)力減小而形成滑移，產(chǎn)生一定的沉陷或位移即濕陷。黃土透水性差，干燥時堅硬，浸濕后不易干燥，強度急劇下降，過干時具有很高的強度，過濕時易形成彈簧土，還會產(chǎn)生收縮開裂，不是填筑路基的理想材料。另外，黃土還具有脹縮性、崩解性、多孔裂隙性、強度衰減性、濕陷性、滲水性等缺點。

2.1 淤地壩地基

隨著我省交通公路的大力發(fā)展，陜北淤地壩地基大量出現(xiàn)在路基工程中，如青蘭高速、綏延高速、延延高速、黃延擴能等。淤地壩是在黃土溝道中修建的以攔泥、淤地為目的水土保持工程措施[4]。此類地基具有含水量高(最高含水量可達22%)，地基早期強度低、壓縮性較高(屬高壓縮性土)，土質(zhì)結(jié)構(gòu)較松散、地基承載力較低(一般在100 kPa左右)等缺點，嚴重影響淤地壩地區(qū)高速公路路基的安全穩(wěn)定性。淤地壩地基常規(guī)的處理方法見表1。

表1 淤地壩地基常用處理方法的優(yōu)缺點

通過表1，我們可以發(fā)現(xiàn)，針對陜北淤地壩地基，常規(guī)的處理方法都存在一定的弊端，難以滿足淤地壩地基特有的工程需要。且常規(guī)的地基處理多為隱蔽工程，施工質(zhì)量難以保證，而氣泡混合輕質(zhì)土工法屬非隱蔽工程，施工質(zhì)量較易控制，可靠度高。而且氣泡混合輕質(zhì)土路基填筑常用濕容重為450 kg/m3～650 kg/m3，僅為普通填土容重1/4～1/3左右。因此，對于陜北淤地壩地基，氣泡混合輕質(zhì)土可作為輕質(zhì)路基填料，尤其是向原地面以下進行置換填筑時，可顯著降低基底應力，不需再對軟基進行處理，可將路基沉降控制在允許范圍內(nèi)。其施工質(zhì)量直觀可控、施工期短、路基整體性好，在陜北淤地壩地基(尤其是深厚軟基)中應用具有顯著的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢。

2.2 高填方黃土路基

高填方黃土路基由于填土高度高，具有自重大、穩(wěn)定性差等問題，常常出現(xiàn)路基整體下沉或局部沉降等問題；引起道路的縱橫向裂縫，路基滑動或邊坡坍塌等破壞。特別是在填挖結(jié)合部和地貌起伏較大的地段，這些現(xiàn)象更為嚴重。研究表明，路基安全系數(shù)隨路基高度的增大逐漸減小，路基填筑高度越大，安全性能越難保證。一般填土高度大的路基必須采取有效加固措施進行處理[5]。

而氣泡混合輕質(zhì)土由于具有輕質(zhì)高強和直立性的特點，用于高填路基填筑時(見圖1)可以進行直立填筑，不需要進行振搗和機械碾壓作業(yè)，降低了對周圍建筑物的影響，不需要放坡，避免征地和建筑物拆遷等問題，節(jié)省大量資金。由于氣泡混合輕質(zhì)土是水泥基的，因此受水的影響較小，且不會發(fā)生滑移、滑坡的問題，且穩(wěn)定性良好，固化自立、無需加固等優(yōu)點，因而在高填方黃土地區(qū)具有廣闊的應用前景。

2.3 臺背回填

普通臺背回填由于橋臺附近地方狹窄，施工時壓實機具不能完全靠近臺背，對緊靠臺背、耳墻、八字墻的邊角難以碾壓密實，造成壓實度難以達到設計要求，施工質(zhì)量無法保證。常常引起橋(涵)頭跳車，行車不暢、道路早期破壞等問題，目前已經(jīng)成為公路建設中屢見不鮮的質(zhì)量通病，引起了交通部門和社會人士的極大關注。而氣泡混合輕質(zhì)土具有良好的流動性、自密實、施工過程中不需要振搗和機械碾壓作業(yè)等特點，可有效解決臺背回填難壓實問題。該材料的彈性模量較大，用于臺背回填可緩解橋臺與臺背填土的剛?cè)嵬蛔儯瑥氐紫盍鲜┕ず笞陨沓两祮栴}。筆者在參與陜西省交通項目“陜北淤地壩地基氣泡混合輕質(zhì)土應用研究”時，針對氣泡混合輕質(zhì)土實體工程臺背回填側(cè)向壓力測試(見圖2)。測出的土壓力在1 kPa～2 kPa左右，基本上可以忽略不計。因此，氣泡混合輕質(zhì)土用于臺背回填具有固化直立，對橋臺結(jié)

構(gòu)物無側(cè)向壓力等特點，用于臺背回填處，具有較高的技術(shù)和安全優(yōu)勢。

2.4 山區(qū)路基

針對山區(qū)路段，普通黃土回填需要放坡，施工周期較長，且山區(qū)路段施工便道花費成本較大。而氣泡混合輕質(zhì)土用于山區(qū)路基(見圖3)可垂直填筑，不需要放坡，避免拆遷和減少征地費用，節(jié)約昂貴的土地資源；采用泵送施工，無需大型設備親臨現(xiàn)場，節(jié)約巨額修便道成本；可降低填土荷重、提高路基的抗滑穩(wěn)定性；可簡化擋土墻結(jié)構(gòu)，減少挖填方量，避免原有地形、地貌等自然環(huán)境的破壞等優(yōu)點。

3 結(jié)語

氣泡混合輕質(zhì)土因其許多優(yōu)越特性，在南方溫暖的氣候條件下得到了廣泛的應用。但是在寒冷的北方特別是針對黃土地區(qū)特有地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境下的應用卻未大量開展。筆者所在的公司已經(jīng)著手開展了氣泡混合輕質(zhì)土在陜北淤地壩地基路基填筑和榆林砂土地基臺背回填中的應用，目前取得了良好應用的效果。希望能進一步提高技術(shù)水平，加快氣泡混合輕質(zhì)土在黃土地區(qū)中的應用。同時針對黃土地區(qū)氣泡混合輕質(zhì)土應用規(guī)范及相應驗收標準也應加快制訂，以確保施工質(zhì)量，促進氣泡混合輕質(zhì)土在黃土地區(qū)公路工程中的大規(guī)模應用。

[1] 劉英樸，翁 陽.碎石樁在淤地壩地基處治中的應用[J].山西建筑，2012，38(4)：76-77.

[2] 鐘 勝.氣泡混合輕質(zhì)土在公路建設中的應用[J].中國水運，2006，4(11)：26-28.

[3] 李彥武.黃土地區(qū)公路路基病害分析與防治對策研究[D].西安：長安大學碩士學位論文，2001.

[4] 姜 峻，都全勝.陜北淤地壩發(fā)展特點及其效益分析[J].中國農(nóng)學通報，2008，24(1)：53-54.

[5] 李喜忠.斜坡高填方黃土路基破壞機理與加固措施[J].北方交通，2013(5)：28-31.

The application of bubbles mix light soil in highway engineering of loess area★

Bi Weitao

(ShaanxiTongyuNewMaterialsLimitedCompany,Xi’an710077,China)

This paper introduced the performance of bubbles mix light soil, from the silt dam foundation, high embankment loess sub-grade, abutment, mountain sub-grade four aspects, elaborated the bubbles mix light soil had high strength, durability, low carbon and environmental protection and other advantages, and had broad application prospects.

bubbles mix light soil, highway engineering, sub-grade, loess area

1009-6825(2016)27-0132-02

2016-07-15★：陜西省交通廳科技項目(項目編號：13-11K)

畢偉濤(1984- )，男，碩士，工程師

U412.14

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