泡沫輕質土路基填筑在公路改擴建項目中的應用

（四川公路工程咨詢監(jiān)理有限公司，四川 成都 610041）

1 項目基本情況

1.1 路線

某省道改建項目路段長4.638km，為在原寬11m 二級公路上進行改擴建，原路狀況良好。改建項目設計速度60km/h，路基寬度25.5m[4m(綠道)+2.5m(硬路肩)+2×3.5m(車行道)+0.5m(路緣帶)+1.0m（中央分隔帶）+0.5m（路緣帶）+2×3.5m（車行道）+2.5m（硬路肩）+0.5m（土路肩）]，瀝青混凝土路面，雙向四車道一級公路技術標準。汽車荷載等級為公路-Ⅰ級，設計洪水頻率1/100。

1.2 地形、地貌

工區(qū)屬四川盆地西緣山地，為盆地到青藏高原的過渡地帶。項目所處位置地貌以構造侵蝕低山與河谷階地為主。路線沿青衣江左岸岸坡展布，利用段1.570km 位于青衣江沖積階地，地勢平坦；改建段4.638km 段位于青衣江左側岸坡地段，路線右側靠山，左側臨青衣江，地面橫坡較大，整體地勢陡峭。

1.3 地質

項目區(qū)地質構造較為簡單，地層巖性主要由第四系全新統(tǒng)人工填土（Q4me）、殘坡積粉質粘土（Q4el+dl）、沖洪積卵石土（Q4al+pl）、崩坡積碎石土（Q4c+dl），基巖為白堊系下統(tǒng)灌口組下段（K1g1）泥質粉砂巖與泥巖互層，工程地質條件較好。

1.4 地震

項目區(qū)地震動峰值加速度均為0.10g，地震特征值周期均為0.40s，地震基本烈度為Ⅶ度。

1.5 氣候

項目區(qū)氣候類型為亞熱帶季風性濕潤氣候，年均氣溫在14.1℃～17.9℃間，降雨多，多數縣年降雨1000～1800mm 以上。濕度大，日照少，年均降雨量1800mm 左右，是四川降雨量最多的區(qū)域。

1.6 水文

1.6.1 地表水

根據現場實地調查，項目區(qū)附近地表無魚（水）塘、集水坑等散水體，主要地表水為電站蓄水，受上游干流及其支流和大氣降水補給，通過徑流向下游排泄，具有水量豐富，水位、水量年變化幅度大，洪水位陡漲陡落，枯水期水勢平穩(wěn)的特點。

1.6.2 地下水

測區(qū)地下水較發(fā)育，地下水類型主要有第四系松散孔隙潛水和基巖裂隙潛水，豐枯明顯，出露點分散，主要含水層沿河谷岸坡呈帶狀分布。

2 沿線路基方案情況

由于本項目是對既有老路進行改擴建，路線沿江展布，全線設置了1.839Km 左幅橋，0.166Km 右幅橋。因此在半路半橋銜接處路基側需要設置擋土結構；臨河側，部分路段臨河側填方高度較小，但臨河側地面線陡傾無法放坡，需要設置結構物收坡；僅有的三段河灘地形處，經現場驗證可做護腳，結合設計水位，本次采用護腳+實體護坡+換填透水材料處理。

3 結構物方案比選

根據工程可實施性、保通需要的硬性條件及造價相對更省，本次施設做了以下幾方面的對比：

1）陡斜坡路段，通過橋與樁基托梁對比，適當優(yōu)化了橋跨，將部分路段調整為樁基托梁；

2）臨河側高大浸水擋墻方案與輕質土路基方案“補缺口式填筑”進行對比，調整部分陡斜坡上填方斷面較小的路段做輕質土路基填筑；

3）半路半橋的路中墻位置，將衡重式路中墻與輕質土路基對比，在保通的硬性條件及確保路中墻邊線不干擾外側橋梁墩柱施工的前提下，將路中墻調整為輕質土填筑及部分護肩。

4 泡沫輕質土路基與衡重式路肩及路中墻對比分析

對沿線路基進行分析后，提出了衡重式擋墻+擴大基礎(方案一)、泡沫輕質土路基(方案二)及樁基托梁(方案三)三種處治方案，這里列出了方案一和方案二在兩種典型工點位置的方案對比。

現對K2+440～695段路中及K2+723～977段路肩方案進行優(yōu)缺點及經濟性比較，見表1：

表1.各方案對比表

保通影響 斷面開挖大，不能保通，臨近橋墩側施工干擾嚴重。斷面開挖小，能保通，臨近橋墩側施工干擾較小。斷面開挖較小，能保通，臨近橋墩側施工干擾嚴重。初估造價(萬)440～695 段：1052.6 723～977 段：880 440～695 段：808.9 723～977 段：774 440～695 段：1249.5 723～977 段：1244.6

綜上，經方案可行性、工藝與工期、保通影響及預算經濟等方面對比后，這兩段路基均采用輕質土路基進行處治。

5 本項目泡沫輕質土工點

氣泡混合輕質土關鍵性能：容重等級、強度等級。

本項目全線路肩及路中位置共設置了14 段輕質土路基，其指標如下：

濕容重：路槽下80cm 范圍內取W6，其余區(qū)域取W5；

等級強度：路槽下80cm 范圍內取CF1.0，其余區(qū)域取CF0.8；

所有的輕質土路基工點，需將原地面清表開挖臺階后進行碾壓夯實，壓實度不應小于96%且保證基底承載力大于150Kpa，才能進行泡沫輕質土澆筑。

6 輕質土強度和穩(wěn)定性驗算（以圖1.K2+479.03 斷面為例）

6.1 路基填筑的填筑體抗壓強度應按下式計算：

qu1=Fs(100*CBR)/3.5

式中：qu1-路基填筑的填筑體抗壓強度(kPa)；

Fs-安全系數，取3；

CBR-加州承載比，按現行行業(yè)標準《公路路基設計規(guī)范》JTG D30 取值。

經計算，路面結構下面0.8m 范圍qu1=0.428MPa；

路面結構下面0.8m 以下范圍qu1=0.257MPa；

6.2 填筑體自立穩(wěn)定的抗壓強度應按下式計算：

qu2=Fs(0.5rH+W)

式中：qu2-填筑體自立穩(wěn)定的抗壓強度(kPa)；

r-濕容重（Kn/m3）；

H-填筑體高度（m）；

W-填筑體頂部的荷載（kPa）

經計算，路面結構下面0.8m 范圍qu2=0.140MPa；

路面結構下面0.8m 以下范圍qu2=0.196MPa；

因此，填筑體的設計抗壓強度大于了qu1和qu2，滿足規(guī)范要求。

6.3 抗滑穩(wěn)定系數計算（按路線縱向1 延米長度計算，不考慮墻前背被動土壓力）

Kc=[(N+(Ex-E，

p)*tana0)*μ+E，

p]/(Ex-N*tana0)

G:647.82KN，N:582.16KN，μ:0.32

因為基底是水平的，a0=0

因此，Kc=N*μ/Ex

=1.42＞1.3，滿足規(guī)范要求。

6.4 抗傾覆系數計算（按路線縱向1 延米長度計算）

K0=(G*Zg+Ey*Zx+E,p*Zp）/(Ex*Zy)

土壓力作用點，Zx=H/3,Zy=B+Zxtanα,B=2,

因此，K0=3.34＞1.5，滿足規(guī)范要求。

6.5 整體穩(wěn)定性計算（按路線縱向1 延米長度計算）

第I 條塊側面滑坡推力：Ei=KWisinαi+ψiEi-1-Wicosαitanφi-cili

K 為安全系數

ψi為傳遞系數,其值等于cos（αi-1-αi）-sin（αi-1-αi）tanφi

φi為第i 條塊所在滑動面的內摩擦角

ci為第i 條塊所在滑動面的粘聚力

li為第i 條塊所在滑動面的長度。

經過計算，K=1.3 時，最后一個條塊的剩余下滑力為零，滿足規(guī)范要求。

7 結語

泡沫輕質土是一種微孔類輕質環(huán)保材料，具有輕質性、自立性、自密性、容重和強度可調節(jié)性、施工便捷性、保溫隔熱性等特點，已廣泛應用于軟基路堤、加寬路堤、陡坡路堤、結構頂減荷、橋臺臺背回填、預埋管線回填、空洞充填、塌方快速搶險及各類管線保溫隔熱等領域。

通過總結分析，相比衡重式擋墻及部分橋跨，輕質土路基填筑在施工工期節(jié)約、對地基承載力要求相對較低、對臨近建筑的施工干擾程度低、造價更省方面具有較大的優(yōu)勢，因此在改擴建公路設計過程中，可將輕質土路基與衡重式擋墻及橋梁方案進行充分對比，選擇更優(yōu)的方案。

值得注意的是，輕質土工點圖斷面設計時建議加強驗算，嚴格控制關鍵性能指標：容重等級、強度等級；所有輕質土路基工點，需將原地面清表開挖臺階后進行碾壓夯實，壓實度按路規(guī)控制，地基承載力也應達到工點設計要求承載力，才能進行泡沫輕質土澆筑；應嚴格按照規(guī)程要求施做各個附屬設施；雨季施工應特別做好臨時防排水措施；完成填筑體頂層施工后，立即對填筑體表面覆蓋塑料薄膜或土工布保濕養(yǎng)生，養(yǎng)生時間不宜少于7d；填筑體達到設計抗壓強度后，方可在填筑體頂面進行機械或車輛作業(yè)，建議在填筑體頂上鋪設鋼板或木板以臨時保護填筑體。