泡沫輕質(zhì)土在下穿鐵路涵洞中的應(yīng)用

■林我棉

(平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)交通投資集團(tuán)，平潭 350400)

泡沫混凝土(foamed concrete)又稱氣泡混合輕質(zhì)土或泡沫輕質(zhì)土，通過將泡沫加入到水泥、骨料、摻合料、外加劑和水制成的漿料中，經(jīng)混合攪拌、澆筑成型、養(yǎng)護(hù)而成的輕質(zhì)多孔混凝土，它內(nèi)部含有大量細(xì)小、封閉、均勻的氣孔。

1 泡沫輕質(zhì)土的生產(chǎn)工藝及性能特點(diǎn)

1.1 生產(chǎn)工藝

泡沫輕質(zhì)土的生產(chǎn)過程包括：泡沫制備、料漿制備、漿泡混合、泵送、澆筑成型、養(yǎng)護(hù)、檢驗(yàn)(見圖1)。

圖1 輕質(zhì)泡沫土生產(chǎn)工藝流程

1.2 性能特點(diǎn)

泡沫輕質(zhì)土的主要特點(diǎn)如下

(1)輕質(zhì)高強(qiáng)：容重最小可達(dá)150kg/m3，相當(dāng)于普通混凝土的1/2～1/10，抗壓強(qiáng)度最高可達(dá)30MPa。

(2)直立性：凝固成型后的泡沫輕質(zhì)土是一個(gè)整體，支撐性極好，無(wú)需夯實(shí)和模板支撐，可有效緩解道路沉降、橋頭跳車等問題；可以減少道路擴(kuò)建征地量，節(jié)約資金。

(3)高流動(dòng)性：攪拌混合后的泡沫輕質(zhì)土漿料呈液體狀態(tài)，可以流動(dòng)至作業(yè)面的各個(gè)角落、縫隙。

(4)強(qiáng)度和密度可調(diào)節(jié)：抗壓強(qiáng)度 0.2MPa～30MPa，容重范圍150kg/m3～1600kg/m3，強(qiáng)度和密度可滿足不同部位的要求。

(5)環(huán)保節(jié)能：可根據(jù)需求利用礦渣、粉煤灰、石粉等工業(yè)廢料；可以極大減少土方開挖量，節(jié)約土地資源；無(wú)毒無(wú)害，不會(huì)破壞周圍土地的性質(zhì)；使用壽命長(zhǎng)，可有效減少后期道路的維修費(fèi)用。

2 泡沫輕質(zhì)土在路橋中的應(yīng)用概況

泡沫土可解決路橋設(shè)計(jì)施工中的諸多問題。

2.1 橋涵臺(tái)背填筑(圖2)

圖2 橋(涵)臺(tái)背泡沫輕質(zhì)土填筑示意圖

(1)泡沫輕質(zhì)土路基自身剛度大、重量輕，可在臺(tái)背與填土路基之間形成過渡段，使橋臺(tái)與路基沉降變化均勻緩和，消除橋頭跳車現(xiàn)象；

(2)大幅度地降低填土荷載，在軟土路段可減少軟基的附加應(yīng)力，抑制軟基的沉降和側(cè)移，提高路堤的穩(wěn)定性；

(3)固化后可自立，對(duì)橋臺(tái)等結(jié)構(gòu)物無(wú)推擠，可取消橋頭搭板，不需機(jī)械碾壓和振搗，有效解決臺(tái)背回填壓實(shí)難題；

(4)施工快捷高效，可縮短工期，降低工程造價(jià)。

2.2 軟基段可減少填土荷載(圖3)

(1)可大幅度地降低填土荷載，使換填過后的軟基路堤在各種荷載作用下均能保持超固結(jié)狀態(tài)，抑制軟基的沉降和側(cè)移，提高路堤的穩(wěn)定性；

(2)用于舊路加高時(shí)，可避免拆除舊有路面結(jié)構(gòu)，直接進(jìn)行填筑；

圖3 軟基段道路加寬加高泡沫輕質(zhì)土填筑示意圖

(3)尤其適用于低填市政路堤，既不需要進(jìn)行軟基處理，又能保證路堤的沉降穩(wěn)定，施工簡(jiǎn)單方便。

2.3 道路加寬填筑(圖4)

可直接在原路基邊坡開挖填筑。

圖4 路基加寬泡沫輕質(zhì)土填筑示意圖

(1)加寬方式靈活，可直接在原路基邊坡開挖填筑，不需重新征地、拆遷；

(2)采用管道泵送施工，不需施工便道，減少與地方關(guān)系協(xié)調(diào)，施工便捷高效。施工只占用硬路肩，不需封閉交通，不需拆除防撞護(hù)欄，提高施工期的行車安全性；

(3)材料自流平、自硬化，不需要機(jī)械振搗，可在狹窄場(chǎng)地施工，對(duì)周邊建筑物和居民影響小。

2.4 需要收坡的陡坡路堤填筑(圖5)

圖5 泡沫輕質(zhì)土路堤填筑示意圖

(1)對(duì)于需要收坡的陡坡路堤，采用泡沫輕質(zhì)土路堤替代擋土墻，可同時(shí)解決收坡和路基穩(wěn)定性問題；

(2)泡沫輕質(zhì)土容重低，用于陡峭山體填筑可以保證路基的穩(wěn)定性；

(3)可在陡坡地段狹窄場(chǎng)地條件下施工，對(duì)原地面的開挖量小，有利于對(duì)環(huán)境的保護(hù)；

(4)運(yùn)營(yíng)期間的不會(huì)產(chǎn)生路基失穩(wěn)、側(cè)移，路面平整度好。

2.5 路基失穩(wěn)處治(圖6)

圖6 路堤失穩(wěn)泡沫輕質(zhì)土填筑示意圖

(1)清除原失穩(wěn)路基滑動(dòng)部分，直接澆筑氣泡混合輕質(zhì)土替換，輕質(zhì)路基整體穩(wěn)定性好；

(2)避免對(duì)路基進(jìn)行二次地基處理，不擾動(dòng)原路基，施工速度快。

此外，還可以采用泡沫輕質(zhì)土填筑橋臺(tái)臺(tái)背，可縮短因錐坡放坡而需要增加的橋跨，減少工程造價(jià)；以及利用泡沫輕質(zhì)土高流動(dòng)性特點(diǎn)，用于空洞及狹小空間回填。巖溶區(qū)、采空區(qū)、建筑基坑、隧道冒頂形成的空洞及地下管線周邊空隙，可采用泡沫輕質(zhì)土回填，避免常規(guī)填料填充不飽滿的缺陷。

3 泡沫輕質(zhì)土在下穿鐵路涵洞中的應(yīng)用

(1)工程概況

寧德市某市政主干路在里程K0+340～K0+380下穿溫福鐵路，擬在溫福鐵路框架涵進(jìn)行公路堆載及施工。溫福鐵路已修建完成，與道路交叉口為3孔16m箱涵，箱涵底部覆有部分填土，填土厚度約為1至2m，目前作為村道供車輛通行使用。

交叉處鐵路涵洞與道路標(biāo)高關(guān)系，鐵路箱涵頂標(biāo)高7.77m，箱涵底標(biāo)高0.77m，箱涵凈空7m。箱涵寬16m，箱涵頂厚1m，底厚1.30m。由北向南第一孔涵長(zhǎng)26.8m，第二孔涵長(zhǎng)30.3m，第三孔涵長(zhǎng)36.8m。

場(chǎng)地為屬?zèng)_海積平原地貌，以海相淤泥及粉質(zhì)粘土等組成。涵洞地基處理采用PHC預(yù)應(yīng)力管樁，樁徑0.5m，樁長(zhǎng)25m，間距2m設(shè)置，樁頂設(shè)1.5m厚鋼筋混凝土頂板。見圖7《下穿鐵路軟基處理平面設(shè)計(jì)圖》、圖8《下穿鐵路橫斷面設(shè)計(jì)圖》。

(2)處理方案

由于場(chǎng)地為軟基地段，道路設(shè)計(jì)需要解決：①路基與涵洞過渡段的工后沉降問題；②道路的軟基處理型式；③在鐵路框架涵內(nèi)填筑路基、路面形成的附加荷載引起的差異沉降問題。

由于場(chǎng)地為軟基地段，道路設(shè)計(jì)需要解決：①路基與涵洞過渡段的工后沉降問題；②道路的軟基處理型式；③在鐵路框架涵內(nèi)填筑路基、路面形成的附加荷載引起的差異沉降問題。

圖7 下穿鐵路軟基處理平面圖

圖8 下穿鐵路段橫斷面圖

鐵路框架涵工后沉降控制性標(biāo)準(zhǔn)：(1)路基與涵洞的過渡地段工后沉降≤5cm；(2)路段差異沉降引起的縱坡變化≤0.4‰(根據(jù) 《鐵路線路修理規(guī)則》(鐵運(yùn)[2006]146號(hào)))。

針對(duì)(1)、(2)問題，設(shè)計(jì)考慮采用鉆孔灌注樁進(jìn)行過渡段軟基處理。鉆孔灌注混凝土樁具有無(wú)擠土效應(yīng)，場(chǎng)地適應(yīng)性強(qiáng)，樁身質(zhì)量可靠等特點(diǎn)。鉆孔灌注樁樁徑50cm，正方形布置，樁間距2.4m，樁長(zhǎng)：16～17m，樁頂鋪設(shè)50cm級(jí)配碎石砂墊層+兩層鋼塑土工格柵。鉆孔灌注樁布設(shè)范圍為 K0+330～K0+390段。

針對(duì)(3)問題，設(shè)計(jì)考慮采用泡沫輕質(zhì)土替代普通路基填土，以減少工后沉降。輕質(zhì)填料主要參數(shù)：輕質(zhì)填料為現(xiàn)澆式泡沫輕質(zhì)土，容重約6kN/m3，強(qiáng)度0.8MPa。

(3)沉降計(jì)算

公路路基填筑后，加大了框架涵下部樁基的豎向荷載，因此需要驗(yàn)算路基填筑后三幅鐵路框架涵的沉降以及不同涵洞間的差異沉降引起的縱坡變化是否滿足要求。

根據(jù)詳細(xì)勘察報(bào)告，淤泥內(nèi)摩擦角為6°，內(nèi)聚力為13.7kPa。全風(fēng)化凝灰熔巖厚度較大，內(nèi)摩擦角為25°，內(nèi)聚力為25kPa，壓縮模量為12MPa。下部管樁樁長(zhǎng)25m，其中上部15m位于淤泥中，下部10m位于全風(fēng)化凝灰熔巖。

下面分別對(duì)26.8m、30.3m、36.8m三幅鐵路框架涵下部沉降進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10093-2017)計(jì)算樁基沉降。樁底中心沉降

為減少溫福鐵路沉降，可填筑輕質(zhì)土。參考《氣泡混合輕質(zhì)土填筑工程技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T177-2012)，《現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土技術(shù)規(guī)程》(CECS249：2008)等相關(guān)規(guī)范，確定可取的重度范圍，對(duì)10kN/m3和6kN/m3輕質(zhì)填料進(jìn)行計(jì)算。

公路路基填料采用20kN/m3普通填料、1OkN/m3輕質(zhì)填料、6kN/m3輕質(zhì)填料時(shí)，對(duì)三幅橋涵樁基沉降進(jìn)行計(jì)算，得到下表1。由表1可見，填料越輕，公路路基填筑后三幅框架橋涵沉降越小，普通路基填料造成溫福鐵路沉降較大。

表1 橋涵沉降計(jì)算表

公路填筑20kN/m3普通填料時(shí)，26.8m框架涵工后沉43.4mm，30.3m框架涵工后沉降24.9mm，36.8m框架涵工后沉降46.4mm。根據(jù)公路填筑20kN/m3普通填料時(shí)框架涵沉降計(jì)算結(jié)果，可見兩框架涵中心點(diǎn)最大沉降差46.4-24.9=21.5mm，兩框架涵間距為18.4m，即21.5/18400=1.17‰＞0.4‰，不滿足要求。

公路填筑10kN/m3輕質(zhì)填料時(shí)，兩框架涵中心點(diǎn)最大沉降23.2-13.7=9.5mm，兩框架涵間距為18.4m，即9.5/18400=0.516‰＞0.4‰，不滿足要求。

公路填筑6kN/m3輕質(zhì)填料時(shí)，兩框架涵中心點(diǎn)最大沉降13.9-9.2=4.7mm，兩框架涵間距為18.4m，即4.7/18400=0.255‰＜0.4‰，滿足要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

泡沫輕質(zhì)土作為輕質(zhì)填料，有其優(yōu)越的工程特性，如：輕質(zhì)高強(qiáng)、重量輕，直立性、高流動(dòng)性等，可在道路加寬、橋(涵)臺(tái)背填筑、橋梁減跨、陡坡路堤、軟基減荷、路基失穩(wěn)處治等諸多應(yīng)用。

本項(xiàng)目在軟基段下穿鐵路涵洞采用泡沫輕質(zhì)土，實(shí)際上是利用了其軟基減荷特性，解決了采用常規(guī)填料差異沉降不滿足要求的問題，對(duì)其他工程具有一定的參考意義。