氣泡輕質(zhì)土對(duì)于道路擋墻變形的加固處理

呂全綱、雷鵬

（中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430052）

0 引言

20 世紀(jì)90年代至今，我國(guó)交通建設(shè)行業(yè)蓬勃發(fā)展，一些傳統(tǒng)材料、工藝逐漸難以滿足工程建設(shè)的發(fā)展，對(duì)于新材料、新工藝的需求越來(lái)越迫切。氣泡輕質(zhì)土相較于一般路基填料，具有密度小、質(zhì)量輕、強(qiáng)度大、自立性好、耐久性強(qiáng)、良好流動(dòng)性、施工速度快及節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于道路改擴(kuò)建、高填方、軟基處理及擋墻填筑等工程建設(shè)領(lǐng)域。本文借助廈漳同城大道一期工程扶壁式路肩墻變形加固處理，論述氣泡輕質(zhì)土的施工工藝及質(zhì)量檢測(cè)。

1 工程概況

1.1 擋墻變形路段的設(shè)計(jì)概況

廈漳同城大道一期工程為城市快速路，設(shè)計(jì)時(shí)速80km/h，路線全長(zhǎng)為4.6km，起訖樁號(hào)為K7+400—K12+000，采用主路、輔路分離方式建設(shè)。輔路FK0+035.113—FK0+053.46 左側(cè)和主路K9+194.238—K9+377.780 右側(cè)緊貼改路1，改路1 道路頂面寬度6m，且標(biāo)高與現(xiàn)狀魚(yú)塘的塘埂保持同高；而輔路FK0+035.113—FK0+053.46 左側(cè)和主路K9+194.238—K9+377.780 高出改路1 的高度約5.5～7.2m。受到道路紅線限制無(wú)法放坡施工，故需設(shè)置扶壁式路肩墻，墻高為6.5～8.5m 之間。

1.2 地質(zhì)概況

路線走廊帶經(jīng)過(guò)沖海積平原地貌區(qū)，主要分布于九龍江兩岸或附近，地形起伏較小，凸岸以堆積作用為主，凹岸以侵蝕作用為主。場(chǎng)地區(qū)域范圍內(nèi)高程一般在0～6m 之間（黃海高程），道路沿線有大量的魚(yú)塘、蝦塘和藕塘等，沿線軟土等不良地質(zhì)非常發(fā)育。地層依次為：人工雜填土、素填土（大部分為粉質(zhì)黏土，局部有瓦礫等建筑垃圾）、淤泥（主要分布在淤泥灘和溪溝、魚(yú)塘表層）或淤泥質(zhì)土、粉細(xì)砂、粉質(zhì)黏土、中細(xì)砂。

FK0+035.113—FK0+053.46 左側(cè)和K9+194.238—K9+377.780 路段表層為0～4.0m 厚素填土；其下為1～7.6m 厚淤泥，呈流塑狀態(tài)，腐殖質(zhì)多且有腥臭味，含水量高，天然地基承載力特征值約為45kPa，為高壓縮層；其下為粉質(zhì)黏土，呈可塑狀態(tài)，天然地基承載力特征值為260kPa，可用作路基的持力層；再下為中砂，中密～密實(shí)狀態(tài)。

1.3 原施工圖地基處理設(shè)計(jì)

原K9+194.238—K9+377.780 路段扶壁式路肩墻地基使用CFG 樁處理，采用正方形布樁形式，樁身直徑40cm，CFG 樁長(zhǎng)度及間距分別為15.0m、1.5m；而非扶壁式路肩墻部分則采用水泥攪拌樁處理，采用正三角形布樁形式，樁身直徑50cm，CFG 樁長(zhǎng)度及間距分別為10.5m、0.5m。

1.4 地基處理變更設(shè)計(jì)

在K9+194.238—K9+377.780 路段，檢測(cè)單位對(duì)現(xiàn)場(chǎng)已施工水泥攪拌樁28d 齡期取芯檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)在淤泥中的取芯率較低，芯樣松散，樁身強(qiáng)度最小值僅為0.3MPa，不合格率為80.4%，難以滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。鑒于此，在擋墻底部?jī)?nèi)側(cè)增加兩排CFG 樁，在坡腳外側(cè)增設(shè)一排CFG 樁進(jìn)行加強(qiáng)。經(jīng)計(jì)算，運(yùn)營(yíng)期考慮地震荷載作用路基穩(wěn)定性系數(shù)達(dá)到了1.205，滿足規(guī)范要求，如圖1 所示。

圖1 地震荷載作用路基穩(wěn)定性系數(shù)1.205

2 擋墻變形的原因分析

2.1 目前擋墻變形情況說(shuō)明

觀察現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，部分擋墻節(jié)段墻頂已經(jīng)向外傾斜，頂部出現(xiàn)明顯的錯(cuò)縫，個(gè)別節(jié)段墻體整體向外偏移（見(jiàn)圖2）。故在發(fā)生變形的擋墻路段，設(shè)置了多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)和觀測(cè)斷面，實(shí)時(shí)對(duì)擋墻進(jìn)行變形沉降觀測(cè)。經(jīng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，路基幾乎沒(méi)有沉降量，而擋墻頂部的最大水平位移量為2.5mm/d，擋墻底部幾乎不產(chǎn)生任何變形。

圖2 擋墻變形情況

2.2 擋墻變形原因分析

觀察現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，擋墻臺(tái)背填土處于松散—稍密狀態(tài)，壓實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，引起墻后被動(dòng)土壓力急劇增加，導(dǎo)致?lián)鯄Πl(fā)生位移變形。而依據(jù)《工程地質(zhì)手冊(cè)》經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，擋墻臺(tái)背填土內(nèi)摩擦角處于25～30之間，擋墻墻趾處基底壓力超過(guò)了CFG 樁所能提供的復(fù)合地基承載力。

3 變更設(shè)計(jì)方案論證

3.1 處理方案的提出

3.1.1 氣泡輕質(zhì)土加固

將擋墻路段路床頂面以下3m 內(nèi)路基填料由填土調(diào)整為氣泡輕質(zhì)土，氣泡輕質(zhì)土濕容重≥6.0kN/m，強(qiáng)度≥0.8MPa。調(diào)整后，擋墻臺(tái)背土壓力、墻趾處基底壓力均相應(yīng)減小，同時(shí)路基整體潛在滑移面向遠(yuǎn)離擋墻方向偏移，復(fù)合地基穩(wěn)定范圍擴(kuò)大，能夠有效增大路基的整體穩(wěn)定性。

3.1.2 注漿加固

將松散的填土注漿加固后，填土的重度整體上會(huì)增加，空隙率降低，填土的壓實(shí)度得到極大提升，內(nèi)摩擦角隨之增加，土壓力減少，墻趾處基底壓力降至合理的范圍。

3.2 方案比選論證

臺(tái)背填土調(diào)整為氣泡輕質(zhì)土后，墻背土壓力顯著下降，路基的整體穩(wěn)定性也相應(yīng)增加。且氣泡輕質(zhì)土具有施工工藝簡(jiǎn)單、快捷，質(zhì)量好的特點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。而注漿加固擋墻基底淤泥，施工難度大，可靠性無(wú)法得到保障，同時(shí)造價(jià)高，檢測(cè)難度也大。綜合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，推薦采用氣泡輕質(zhì)土加固方案。

4 氣泡輕質(zhì)土的施工工藝

4.1 主要技術(shù)指標(biāo)

氣泡輕質(zhì)土相關(guān)指標(biāo)包括：濕容重5.0kN/m≤γ≤6.0kN/m，設(shè)計(jì)水位以下γ≥8.0kN/m；設(shè)計(jì)強(qiáng)度為路槽下80cm 范圍內(nèi)≥0.8MPa，其余區(qū)域≥0.6MPa；流動(dòng)度控制在160～200mm。

4.2 施工工藝

其一，氣泡輕質(zhì)土一般采用泵送。輕質(zhì)土質(zhì)量良好的情況下，一級(jí)泵送的距離最大可達(dá)500m。一次的最大施工厚度不超過(guò)1m；最小施工厚度不小于0.25m。其二，為保障輕質(zhì)土中氣泡產(chǎn)生連續(xù)且均勻，應(yīng)將材料的離析調(diào)整至最小，同時(shí)應(yīng)盡可能減小施工中產(chǎn)生的振動(dòng)，避免氣泡被消散。澆筑時(shí)，應(yīng)從軟管前端澆筑，出料口需深深埋置在氣泡輕質(zhì)土內(nèi)，出料口不得露出氣泡輕質(zhì)土表面，保持澆筑的均勻性。應(yīng)采取分層澆筑，每層澆筑的時(shí)間間隔不得超過(guò)1d。其三，由于氣泡輕質(zhì)土存在一定的流動(dòng)性，澆筑時(shí)達(dá)不到路面縱向和橫向坡度的要求，需要在達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度后，采用路面結(jié)構(gòu)的最底層材料進(jìn)行坡度調(diào)整。其四，氣泡輕質(zhì)土澆筑完成后，需要蓋麻袋進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，避免由于氣泡輕質(zhì)土迅速干燥產(chǎn)生裂紋。施工時(shí)，如遇雨天，也應(yīng)遮蓋避免雨淋。尤其是澆筑大體量氣泡輕質(zhì)土?xí)r，更需注重養(yǎng)護(hù)。其五，氣泡輕質(zhì)土澆筑完成后，應(yīng)及時(shí)鋪設(shè)一層防滲土工膜于氣泡輕質(zhì)土頂部，盡量減少防滲土工膜的搭接。如存在搭接，應(yīng)采用熱瀝青密封處理。防滲土工膜的其余部分也要同樣采用熱瀝青密封處理。其六，氣泡輕質(zhì)土也具有一般混凝土的熱脹冷縮特性，因此需每隔一段距離設(shè)置1cm 的沉降縫，采用瀝青麻絮填充，來(lái)保證氣泡輕質(zhì)土不因熱脹冷縮產(chǎn)生裂縫。

4.3 質(zhì)量控制

4.3.1 中粗砂墊層的壓實(shí)度必須大于93%，擋土墻前的回填土必須大于90%。

4.3.2 施工質(zhì)量管理

（1）原材料的質(zhì)量控制

原材料的好壞是決定氣泡輕質(zhì)土質(zhì)量的關(guān)鍵，因此在施工過(guò)程中必須嚴(yán)格把控原材料，如砂質(zhì)土、固化劑、水、發(fā)泡劑等材料的好壞。

（a）砂質(zhì)土的質(zhì)量管理

影響砂質(zhì)土質(zhì)量的因素主要包括砂質(zhì)土的含水率及粒徑，其質(zhì)量管理見(jiàn)表1。

表1 砂質(zhì)土的質(zhì)量管理

砂質(zhì)土的粒徑大小不能超過(guò)5mm，當(dāng)不滿足要求時(shí)，要進(jìn)行深度處理以滿足粒徑要求。若沒(méi)有良好的砂質(zhì)土而采用海砂時(shí)，其含鹽量不得超過(guò)0.04%。

(b)固化劑

固化劑主要包括水泥和其他的添加劑部分。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，礦渣水泥作為固化劑的使用效果最顯著，具體還需要根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況選定合適的水泥。水泥在進(jìn)場(chǎng)前，須嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，水泥的標(biāo)高等級(jí)應(yīng)滿足要求，同時(shí)不過(guò)期、不受潮、不固結(jié)。

(c)水

水質(zhì)只需滿足工程用水標(biāo)準(zhǔn)即可，水中不能含有垃圾、油污等影響氣泡輕質(zhì)土質(zhì)量的雜質(zhì)。

(d)發(fā)泡劑

發(fā)泡劑是影響氣泡輕質(zhì)土質(zhì)量最為關(guān)鍵的因素，泡沫需在氣泡輕質(zhì)土中保持均勻性、穩(wěn)定性，確保氣泡輕質(zhì)土的輕質(zhì)性和流動(dòng)性。發(fā)泡劑的性能要求見(jiàn)表2。

表2 可用于氣泡輕質(zhì)土的發(fā)泡劑的性能要求

(2)攪拌過(guò)程的質(zhì)量管理

氣泡輕質(zhì)土對(duì)攪拌過(guò)程的質(zhì)量要求極高。因此在攪拌過(guò)程中要精確放料，務(wù)必確保其流動(dòng)性、輕質(zhì)性，且應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)操作流程進(jìn)行。

(a)材料的計(jì)量

原材料的多少對(duì)氣泡輕質(zhì)土的強(qiáng)度、質(zhì)量、和易性及流動(dòng)性產(chǎn)生直接的影響，因此在材料計(jì)量時(shí)必須準(zhǔn)確無(wú)誤，不多計(jì)、也不少計(jì)。

(b)濕密度

濕密度對(duì)氣泡輕質(zhì)土的質(zhì)量也是非常重要的。氣泡輕質(zhì)土由原材料，如土、水、發(fā)泡劑等按照一定的配合比混合在一起的，進(jìn)行適當(dāng)攪拌后得到，施工過(guò)程中須定期檢測(cè)其濕密度。

(c)空氣量

空氣量也是氣泡輕質(zhì)土維持輕質(zhì)的重要環(huán)節(jié)，而且會(huì)對(duì)其流動(dòng)性產(chǎn)生較大的影響。由于空氣氣泡在氣泡輕質(zhì)土的混合攪拌過(guò)程中容易消散，因此必須通過(guò)試拌后才能確定消泡比率。消泡比率的不同，對(duì)氣泡輕質(zhì)土的輕質(zhì)性、流動(dòng)性及濕密度均有影響，因此也需要定期檢測(cè)。

(d)流動(dòng)度

流動(dòng)度是檢驗(yàn)流動(dòng)性的重要參數(shù)，暫定配合比流動(dòng)度一般為180mm。流動(dòng)度的選擇務(wù)必保證氣泡輕質(zhì)土不會(huì)產(chǎn)生離析現(xiàn)象，且泵送距離超過(guò)500m，澆筑時(shí)操作性強(qiáng)。施工時(shí)需上、下午各檢測(cè)一次流動(dòng)度。

4.4 氣泡輕質(zhì)土輔助設(shè)計(jì)

為確保氣泡輕質(zhì)土填筑后質(zhì)量可靠、耐久性好及安全性好，需要額外增設(shè)一些輔助設(shè)計(jì)工作，主要包含以下內(nèi)容。

4.4.1 內(nèi)部防排水設(shè)計(jì)：一般路段需要將一層防滲土工膜鋪設(shè)于氣泡輕質(zhì)土頂部，通過(guò)增設(shè)碎石盲溝收集路面滲水，再通過(guò)縱向透水軟管和橫向HDPE 管排向道路兩側(cè)，保障氣泡輕質(zhì)土內(nèi)部無(wú)積水。盲溝斷面尺寸為30cm×30cm，用透水土工布包裹。

4.4.2 補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)：在澆筑過(guò)程中，保持氣泡輕質(zhì)土的穩(wěn)定性極其重要。在氣泡輕質(zhì)土的頂部、底部等應(yīng)力集中的部位補(bǔ)強(qiáng)加設(shè)多層Φ4.0mm 鋼筋網(wǎng)片，以穩(wěn)定氣泡輕質(zhì)土的流動(dòng)性。

4.4.3 氣泡輕質(zhì)土澆筑養(yǎng)護(hù)完成后，自立性無(wú)法保障，需要采用預(yù)制水泥面板進(jìn)行防護(hù)，同時(shí)采用角鋼加強(qiáng)固定。氣泡輕質(zhì)土與橋臺(tái)之間的填土銜接部分還需要加設(shè)橫向板，然后設(shè)置一層聚乙烯泡沫在面板與橋臺(tái)的中間。

4.4.4 氣泡輕質(zhì)土區(qū)段之間在縱向上需設(shè)置沉降縫，約寬1cm。沉降縫需用瀝青木板或夾板填塞充實(shí)。

5 氣泡輕質(zhì)土質(zhì)量檢測(cè)

氣泡輕質(zhì)土相關(guān)的技術(shù)檢測(cè)要求見(jiàn)表3。

表3 氣泡輕質(zhì)土的技術(shù)檢測(cè)要求

6 實(shí)施建議

一是施工期間應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求，加強(qiáng)沉降和穩(wěn)定觀測(cè)工作，及時(shí)繪制沉降和穩(wěn)定觀測(cè)曲線。據(jù)此計(jì)算工后沉降，用以指導(dǎo)施工，合理安排進(jìn)度、工期。

二是建議在軟土路段路基填筑和預(yù)壓過(guò)程中加強(qiáng)觀測(cè)，一旦出現(xiàn)變形過(guò)大，應(yīng)立即停止施工，并及時(shí)通知業(yè)主、監(jiān)理及設(shè)計(jì)代表。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)氣泡輕質(zhì)土在該項(xiàng)目的應(yīng)用，可以發(fā)現(xiàn)氣泡輕質(zhì)土在擋墻加固、道路改擴(kuò)建等領(lǐng)域有著巨大的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值，尤其是在軟基處理、征拆協(xié)調(diào)困難路段運(yùn)用尤其顯著。在未來(lái)交通領(lǐng)域，氣泡輕質(zhì)土的應(yīng)用會(huì)愈發(fā)廣泛，市場(chǎng)前景會(huì)更加廣闊。