氣泡輕質(zhì)土在瀘定延伸線路基加寬中的應(yīng)用

顧濤 王東 袁泉

摘 要：本文分析了氣泡輕質(zhì)土的工程特性及其施工性能主要影響因素，以雅康高速瀘定延伸線路基加寬工程為例，介紹了傳統(tǒng)圬工支擋防護(hù)措施與氣泡輕質(zhì)土路基加寬設(shè)計(jì)比選分析，為類似工程設(shè)計(jì)提供一條設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞：氣泡輕質(zhì)土；路基加寬；施工性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.096

1 氣泡輕質(zhì)土工程特性及其應(yīng)用目的

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，國內(nèi)高速公路、低等級公路建設(shè)得到了迅猛發(fā)展。在工程建設(shè)時，為節(jié)約占地，提高線路利用效率，新老路線交叉及并行問題不可避免，在既有路基兩側(cè)或單側(cè)加寬路基存在因填筑填料不同而產(chǎn)生不均勻沉降或側(cè)向滑移等地質(zhì)病害問題。采用氣泡輕質(zhì)土填筑加寬路基，是一種十分高效的處理措施。

氣泡輕質(zhì)土密度通常在500～1 500 kg /m?，每換填1m厚度的氣泡輕質(zhì)土可減少12～14Kpa荷載，具有輕質(zhì)性、容重可調(diào)性、高流動性，采用普通硅酸鹽水泥與發(fā)泡劑生成泡沫，混合后泵送澆筑，占地少，可與拌合場分離，施土簡單、快捷。該材料還具有固化后自立性、低彈減震性、耐久性、隔熱及抗凍融性、環(huán)保性等優(yōu)點(diǎn)，已在道路、鐵路等工程領(lǐng)域得到應(yīng)用。作為路基填筑材料主要用于：①減輕路基重量，控制不均勻沉降及側(cè)向滑移，減少用地；②半挖半填路基的剛度控制；③困難施土條件下的填方路基，路基的加寬等方面的應(yīng)用[1-3]。

2 施工性及其主要影響因素

氣泡輕質(zhì)土材料常采用泥漿泵等進(jìn)行壓送澆注。其施工性能主要從氣泡輕質(zhì)土的流動性、分離性和輸送性等性能進(jìn)行分析。一般在滿足流動性能后，才能保證在輸送過程中不出現(xiàn)滯留堵塞現(xiàn)象，在保證流動性的前提下，還需要將澆筑后出現(xiàn)的材料分離控制在一定范圍內(nèi)。

另外，在施工時選用的輸送設(shè)備壓力大小、設(shè)備類型選擇，如全手動式泡沫混凝土設(shè)備、半手動式泡沫混凝土設(shè)備、半自動化設(shè)備、自動化泡沫混凝土設(shè)備等，選用不同類型設(shè)備，對材料輸送效率、發(fā)泡質(zhì)量、材料混合均質(zhì)性等方面均有不同程度影響，從而影響到氣泡輕質(zhì)土的施工性。

當(dāng)流動性較好時，可能會出現(xiàn)分離現(xiàn)象，而流動性較差時，反過來又會影響流動性。因此，要取得良好的施工性能指標(biāo)，就必須對分析各指標(biāo)之間的相互關(guān)系。

2.1 流動性及其影響因素分析

影響流動性的主要因素為水灰比和氣泡體積量，在施工過程中，一般通過水灰比來調(diào)整氣泡輕質(zhì)土的流動性能。隨著水灰比的增加，泡沫輕質(zhì)土?xí)蛩嗍Y(jié)構(gòu)收縮和水分蒸發(fā)而產(chǎn)生微裂隙，大大降低其流動性能，同時也會降低泡沫輕質(zhì)土的強(qiáng)度，甚至影響耐久性能等指標(biāo)[4-5]。顧歡達(dá)曾用流動指標(biāo)值[6]來研究水灰比與流動指標(biāo)值之間的相互關(guān)系（圖1），并得出施工時氣泡輕質(zhì)土流動指標(biāo)值一般控制在（180±20）mm范圍。

影響流動性的另一因素為氣泡體積量，氣孔的形狀、尺寸大小、氣孔壁厚等影響到氣泡體積量，從而對氣泡輕質(zhì)土流動性產(chǎn)生影響。當(dāng)氣泡體積量增大時，增加了輕質(zhì)土的空洞，重度降低，水泥量減少，使得氣泡輕質(zhì)土流動性降低。

2.2 離析性及其影響因素分析

氣泡輕質(zhì)土離析是指各種混合材料混合后因容重不同而產(chǎn)生的分層現(xiàn)象，它是控制施工性能的另一個重要指標(biāo)。由于氣泡混合輕質(zhì)土由大量氣泡、水泥、水、粉煤灰等膠凝材料組成，各種混合材料容重相差較大，容重大的材料在自重作用下向下沉淀，容重小的材料將在浮力作用下上浮，從而產(chǎn)生材料的離析。

為控制施工質(zhì)量，必須將施工過程中氣泡輕質(zhì)土離析控制在一定范圍內(nèi)，這主要是通過調(diào)節(jié)水灰比來控制材料離析。一般隨著水灰比的增大，離析率（離析后水的體積與離析前氣泡混合漿液的體積比）也將隨之增大，而水灰比降低時將會導(dǎo)致漿液粘稠度增大，離析性減弱，但過低的水灰比又會使?jié){液和泡沫很難攪拌均勻，導(dǎo)致氣泡輕質(zhì)土制備困難，流動變差，輸送困難。因此，工程上常用的水灰比一般控制在0.5～0.7。

3 氣泡輕質(zhì)土應(yīng)用案例分析

3.1 工程概況

瀘定延伸線工程位于瀘定縣境內(nèi)高山峽谷區(qū)，屬于雅安至康定高速公路瀘定連接線延伸段，總長約0.85Km，路線位于四灣老滑坡體前緣，前緣坡腳緊鄰大渡河（圖2），地形橫坡陡峭，滑坡堆積層厚度80～120m，表部松散至稍密，中下部中密至密實(shí)。

本段原為G318國道，路基寬度6.5～10m不等，根據(jù)地方政府訴求借助雅康高速瀘定互通將本段延伸線打造成瀘定縣市政形象工程，將路基寬度統(tǒng)一為8.5m，右側(cè)增加2.5m人行道。由于受地形控制，延伸線大部分路段加寬需要采取支擋防護(hù)措施。填方直立邊坡高度一般3～12m不等。

3.2 設(shè)計(jì)及施工技術(shù)難度

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，設(shè)計(jì)施工技術(shù)難度主要受如下因素影響：

（1）承載力較低：淺表為松散塊碎石土堆積，較為松散，地基承載力小于250Kpa；

（2）作業(yè)空間有限：地形橫坡陡峭，緊鄰大渡河，不具備大型機(jī)械作業(yè)便道平臺條件；

（3）征地難度大：加寬段施工為當(dāng)?shù)卮迕窕牡?，位于少?shù)民族地區(qū)，征地難度極大，當(dāng)?shù)卮迕癫辉试S陡斜坡上施工挖方棄土堆積于大渡河岸邊；

（4）保通壓力較大：為解決施工期間當(dāng)?shù)刂伟簿S穩(wěn)目的，施工期間老路不允許全部斷道，需要保持當(dāng)?shù)卮迕褡杂沙鲂?，這個順利施工帶來較大的干擾；

（5）施工周期較短：雅康高速位于瀘定縣境內(nèi)段，要求12月底必須通車試運(yùn)營，而延伸線道路線型指標(biāo)較低，不滿足高速車輛出收費(fèi)站后進(jìn)縣城需要，交通擁堵壓力極大，必須確保12月底延伸線加寬同步完成施工，在未完成征地拆遷情況下時間僅剩2個多月，施工壓力較大。

3.3 設(shè)計(jì)方案比選分析

為確定最佳設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)從技術(shù)可行性、施工難以程度、工程規(guī)模等方面進(jìn)行了綜合比選分析，初步選用4種方案進(jìn)行比選分析論證。

（1）擋墻方案：采用擋墻存在承載力不足，為滿足基礎(chǔ)襟邊要求，需對基礎(chǔ)進(jìn)行大開挖，造成坡體擾動破壞，部分路段擋墻高達(dá)15～20m，且因基礎(chǔ)開挖需對原路基造成破壞，占地較多，施工周期較長，施工作業(yè)空間有限，容易造成安全事故；

（2）錨索樁板墻方案：地形橫坡較陡，擋墻基礎(chǔ)襟邊不足，為滿足襟邊，需將樁基加深導(dǎo)致抗滑樁懸臂段長達(dá)25m，此方案懸臂較長，風(fēng)險較高，且施工周期較長，錨索在土體內(nèi)張拉效果較差，工程費(fèi)用較高；

（3）懸挑方案：采用斜支撐角鋼形式代替填土，但由于加寬段無基巖、地表土體密實(shí)不足，斜支撐結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沒有有效持力層，難以支撐上部承重；

（4）輕質(zhì)土方案：利用老路基右側(cè)已建擋墻為模板，在面板側(cè)增加支模，直接澆筑泡沫輕質(zhì)土。為避免輕質(zhì)土面?zhèn)冗^高產(chǎn)生傾倒問題以及與老路差異澆筑產(chǎn)生斷裂錯位問題，面?zhèn)炔捎米{錨桿將輕質(zhì)土與老路基形成整體受力。此種方案占地最小，施工周期最短，且對老路基車輛通行干擾較小。

經(jīng)過比選分析，設(shè)計(jì)最終采用氣泡輕質(zhì)土方案（圖3）。

工程施工從10月底開始，至12月底工程基本完成泡沫輕質(zhì)土澆筑（圖4）和注漿錨桿加固工程，提前完成雅康高速公路試運(yùn)營期間車輛通行的要求，大大緩解了地方政府交通管制壓力，贏得了當(dāng)?shù)卣蜆I(yè)主的一致好評。

4 結(jié)論

（1）氣泡輕質(zhì)土具有輕質(zhì)性、流動性、可調(diào)節(jié)性、自立性等工程特性，可廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、市政基坑等工程，大大縮短施工周期，提高施工質(zhì)量。

（2）為使氣泡輕質(zhì)土具有良好的施工性能，必須控制水灰比和氣泡體積量，一般將水灰比控制在0.5～0.7。

（3）在作業(yè)空間受限、土地十分寶貴、施工周期較短的情況下，與傳統(tǒng)圬工支擋防護(hù)措施相比，氣泡輕質(zhì)土方案具有一定的優(yōu)越性，可優(yōu)先采用氣泡輕質(zhì)土方案。

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作者簡介：顧濤（1982-），男，工程師，主要從事地質(zhì)勘察及不良巖土體設(shè)計(jì)工作。