泡沫輕質(zhì)土在道路擴建工程中的應用

王鵬程

（山東高速基礎(chǔ)設施建設有限公司，濟南 250102）

1 引言

輕質(zhì)泡沫土作為一種新型建筑材料，最早由日本研發(fā)，早期被廣泛應用于建筑工程，被我國引入后逐漸應用于拓寬高速公路。關(guān)于輕質(zhì)泡沫土的相關(guān)技術(shù)，世界各地的研究團隊都做了大量的研究，涉及各個方面。

Otani 等[1]人研究了日本熊本機場輕量化泡沫土試樣的氣泡分布和力學特性。Watabe 等[2]通過工后沉降觀測，分析了東京機場某輔道泡沫輕質(zhì)土填筑技術(shù)及其施工效果，得出了沉降與施工工期的關(guān)系，還驗證了輕質(zhì)泡沫填土技術(shù)的優(yōu)越性和良好的經(jīng)濟效益。Sat oh[3]等對熊本港采用泡沫輕質(zhì)土和EPS 輕質(zhì)土進行了科學比較。試驗結(jié)果表明，泡沫輕質(zhì)土作為一種全新的建筑材料具有較好的工程性質(zhì)，更適合作為港口填料。李月峰[4]介紹了泡沫輕質(zhì)土的生產(chǎn)和施工技術(shù)，以及輕質(zhì)自承的特點，重點介紹了輕質(zhì)泡沫土無污染、經(jīng)濟效益高的優(yōu)點。它還解決了橋頭跳車的問題，效果顯著。陳行[5]介紹了使用泡沫輕質(zhì)土解決路橋不均勻沉降和夯實困難的問題，并總結(jié)了泡沫輕質(zhì)土施工的方便性和經(jīng)濟性。肖燕[6]介紹了泡沫輕質(zhì)土材料的基本性能，并將泡沫輕質(zhì)土的流動性和容重列為工程施工中必須重點控制和檢測的項目。

泡沫輕質(zhì)土具有質(zhì)量輕、自穩(wěn)定性好、強度和密度可調(diào)、幾乎無污染等優(yōu)點，還可以適應各種環(huán)境。與一般的填土加寬形式和加筋土加寬形式相比，泡沫輕質(zhì)土路堤施工方便，無須夯實，是一種施工快、可減少工后沉降的施工材料。然而，目前有許多關(guān)于輕質(zhì)泡沫土物理力學性質(zhì)的研究，以及將其用于港口、機場跑道和路橋過渡段施工的研究。泡沫輕質(zhì)土還可用于拓寬舊路路基，解決新老路基不均勻沉降問題。本文分別介紹了泡沫輕質(zhì)土在道路加寬、軟土地基、減載回填、地鐵隧道卸荷和隧道襯砌中的應用，然后通過現(xiàn)場試驗并結(jié)合檢測數(shù)據(jù)，介紹了泡沫輕質(zhì)土在道路擴建工程中的應用，為今后類似工程提供參考和實踐經(jīng)驗。

2 泡沫輕質(zhì)土在道路工程中的應用

2.1 在道路加寬中的應用

日本東明公路和京葉公路在改擴建的過程中遇到以下問題：原有道路附近有大量的居民建筑，使用傳統(tǒng)的改擴建技術(shù)會導致加大征地范圍，提高工程造價；現(xiàn)場道路狹窄，材料運輸困難，大型機械無法入場，給道路改擴建施工帶來了極大的難度。基于以上原因，只能在原有的建筑紅線范圍內(nèi)進行改擴建，不能對周邊土地進行征用。另外，要減小路基加寬引起的地基變形，減少對原有道路及附近建筑物的影響。

傳統(tǒng)的改擴建技術(shù)是填方擊實法，該方法需要將填土材料進行壓縮擊實，另外，由于土質(zhì)材料自穩(wěn)性差。所以，傳統(tǒng)方法不僅占地多，而且還會產(chǎn)生噪聲污染。泡沫輕質(zhì)土由發(fā)泡劑與水泥組合而成，無須重型機械進場施工，且泡沫輕質(zhì)土硬化后具有較好的輕質(zhì)性和自立性，可減少占地面積，從而解決上訴問題，同時施工較為簡單且能降低造價，因此，該項目采用泡沫輕質(zhì)材料進行處理。

2.2 在軟土地基的應用

廣東省中山市至新龍港的中江公路位于珠江三角洲河網(wǎng)地區(qū)，地基含水量大，壓縮性高，強度低，屬于超軟地基。中江公路港橋橋臺的沉降量過大，很少達到沉降穩(wěn)定標準，但采用泡沫輕質(zhì)土作為橋臺的回填土，可以大大減少軟土地基的上部荷載，從而使軟基沉降明顯減少。并能有效解決橋臺不均勻沉降引起的橋頭跳車等問題。

2.3 在減載回填中的應用

北京城府路作為一條重要的城市快速道路，貫穿奧林匹克公園東西方向。城府路施工過程中的主要難點是工程跨度大、形式復雜。為了確保結(jié)構(gòu)的安全，道路整體荷載不能超過80 kPa。由于傳統(tǒng)回填材料往往具有較大的重度，因此，難以滿足項目施工需求。輕質(zhì)泡沫土由于其自身較低的密度且擁有較高的強度，可以很好地滿足項目需求，施工團隊選擇泡沫輕質(zhì)土作為回填材料。施工完成后，城府路長期地表沉降值符合道路規(guī)范要求。

2.4 在隧道襯砌中的應用

西寧莫蘭臺嶺隧道2 號工程的鹽漬土區(qū)位于隧道中部，距離隧道洞口較遠，輕質(zhì)泡沫土相較于傳統(tǒng)的混凝土具有較好的流動性，初凝期較長且具有較大的硬度，能夠較好地抵抗鹽漬土吸水后的土體所產(chǎn)生的膨脹壓力，所以，在隧道襯砌和第二層襯砌之間設置了一層泡沫輕質(zhì)土，較好地解決了傳統(tǒng)混凝土注漿法導致的空洞及空鼓問題，在降低工程造價的同時，較好地提高了隧道襯砌的強度。

3 工程背景

山東某高速公路改擴建工程，預將原來的四車道改為六車道。該地區(qū)屬暖溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫13.5 ℃，年平均降水量558.7 mm，降水主要集中在7 月和8 月，凍土深度56 cm。地層土主要為淺層粉土、粉質(zhì)黏土，下部為中砂和粗砂。軟土、軟弱土呈透鏡狀零星分布，埋深較淺，分布于舊路側(cè)溝渠兩側(cè)。工程地質(zhì)條件較好。但沿線地勢平坦，該區(qū)域村鎮(zhèn)相對密集，因此，該段土地征用難度較大。為解決新老路基占地有限、沉降不均的問題，建議在路基拓寬中采用泡沫輕質(zhì)土擋墻。由于存在墻體滑移和傾覆的風險，對路堤的側(cè)向位移和沉降進行了監(jiān)測。

4 結(jié)果分析

4.1 加寬路堤的沉降監(jiān)測

加寬路堤填土越高，傾覆的風險就越大，越容易發(fā)生坍塌沉降。因此，為了最大限度地發(fā)揮路堤安全監(jiān)測的作用，選取了填土高度最高的一段作為監(jiān)測點，該監(jiān)測點位于橋臺路堤過渡段。

輕質(zhì)泡沫土路堤墻填筑過程及沉降監(jiān)測結(jié)果如圖1 和圖2 所示。

圖1 路堤的填筑過程

圖2 沉降監(jiān)測結(jié)果

圖1為路基施工時間，整個工期時間為250 d，在前150 d，由于工期要求，施工速度較快；150 d 后，為確保路基整體穩(wěn)定性，減少施工對周邊居民生活影響，施工進度整體放慢，最終路基填筑高度為5.2 m。

從圖2 中可以看出，泡沫輕質(zhì)土路堤在施工過程中的沉降很小，其沉降峰值為3.67 cm。在施工過程中，路堤的沉降隨時間和高度的增加而逐漸增大，然后其上升速度逐漸減慢，直至路堤穩(wěn)定。可以看出，靠近原路堤的位置出現(xiàn)了較小的沉降。同時，由于墻體質(zhì)量較輕，地基土回彈，使基底沉降大于0，地面出現(xiàn)小幅度隆起。

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，最大沉降值為3.67 cm，路堤整體沉降值較小，另外值得注意的是，第220 天最大沉降值為3.57 cm，240 d 最大沉降值為3.67 cm。沉降變化不大，故路堤已趨于穩(wěn)定。因此，它是一種新型的路基加寬措施，對減少路基的不均勻沉降有顯著的效果。

4.2 加寬路堤的側(cè)向位移

泡沫輕質(zhì)土路堤段長度約為220 m，為兩橋之間的短路堤。由于路堤墻體存在較大的滑移風險，為了保證路堤的穩(wěn)定性，對路堤斷面進行側(cè)向位移觀測。墻上有12 個觀察點。為了更好地觀察沉降的變化，發(fā)現(xiàn)潛在滑移，在墻體上設置兩排觀測點，第一排距地面1 m，各點距40 m；第二行距地面3 m，每點距地面40 m。泡沫輕質(zhì)土路堤墻體水平位移監(jiān)測結(jié)果如圖3 所示。

圖3 側(cè)向位移監(jiān)測結(jié)果

從圖3 中可以看出，輕質(zhì)泡沫土路堤墻體在施工階段發(fā)生水平移動。觀測點在203 d 內(nèi)最大水平側(cè)向位移為37 mm。由圖3 可知，在施工階段，每個觀測點的側(cè)向位移一直在增加，但隨著時間的推移增加的幅度逐漸下降，對應的增長率已經(jīng)從每月9 mm 降到每月3 mm，表明墻體正在逐漸穩(wěn)定。從各觀測點同一時段的橫向位移可以看出，橋臺附近的路堤墻水平位移較大，其他位置的位移明顯較小。工程完工后第252 天正式通車。從圖中可以看出，第278 天的實測值保持穩(wěn)定，說明路堤墻體的穩(wěn)定性較好。以上現(xiàn)象說明泡沫輕質(zhì)土路堤墻段側(cè)向位移較小，路堤整體穩(wěn)定性較好，工后側(cè)向位移保持在控制范圍內(nèi)，泡沫輕質(zhì)土作為一種全新的建筑材料能滿足后續(xù)施工和未來公路運營的要求。

5 結(jié)論

本文以山東某高速公路改擴建工程為例，研究了采用輕質(zhì)泡沫土拓寬路基的應用技術(shù)，分析了輕質(zhì)泡沫土的優(yōu)點和實用性，得出以下結(jié)論：

1）通過對泡沫輕質(zhì)土路堤墻體沉降的監(jiān)測可知，泡沫輕質(zhì)土堤墻能充分發(fā)揮泡沫輕質(zhì)土的輕質(zhì)性。施工后3 個月內(nèi)的沉降僅為3.67 cm，可有效解決加寬路基的不均勻沉降問題。

3）通過對輕質(zhì)泡沫土路堤墻體水平位移的監(jiān)測，可以得出輕質(zhì)泡沫土路堤墻體能夠與舊路基保持穩(wěn)定結(jié)合，施工后5個月內(nèi)最大水平位移僅為36 mm。