高速公路改擴(kuò)建工程泡沫輕質(zhì)土路基施工技術(shù)

張海華

摘要 高速公路項(xiàng)目改擴(kuò)建形式主要包括單側(cè)拓寬、兩側(cè)拓寬、縱坡抬升等，方案設(shè)計(jì)時應(yīng)綜合考慮實(shí)施方便、少占土地、不影響交通等各方面因素。若在局部高填方區(qū)域、放坡困難地段及軟弱路基段，采用泡沫輕質(zhì)土進(jìn)行路基填筑，能有效減輕結(jié)構(gòu)自重，防止產(chǎn)生工后沉降。鑒于此，文章依托某高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目施工實(shí)踐，針對泡沫輕質(zhì)土路基施工技術(shù)展開綜合探究，闡述了泡沫輕質(zhì)土填筑路基技術(shù)原理、工藝流程、材料要求，分析總結(jié)了泡沫輕質(zhì)土路基施工技術(shù)要點(diǎn)，主要內(nèi)容包括方案設(shè)計(jì)、施工準(zhǔn)備、水泥漿制備、泡沫輕質(zhì)土制備、澆筑、養(yǎng)護(hù)等。通過實(shí)際工程應(yīng)用，充分驗(yàn)證了該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性、合理性、可行性，具有重要的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞 公路改擴(kuò)建；路基拼寬；縱坡抬高；工后沉降

中圖分類號 U418.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2023）16-0084-03

0 引言

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，公路交通壓力越來越大，部分現(xiàn)役高速公路難以滿足當(dāng)前繁重的交通運(yùn)輸需求，交通擁堵現(xiàn)象日益加劇，嚴(yán)重影響人們的正常生產(chǎn)生活秩序，急需實(shí)施改擴(kuò)建處理。但由于道路改擴(kuò)建工程對道路線形、地形、交通、技術(shù)等各方面要求較高，顯著增大工程建設(shè)難度。為有效降低工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)，保證道路建設(shè)質(zhì)量、安全和進(jìn)度，應(yīng)科學(xué)選擇路基填筑材料。泡沫輕質(zhì)土作為一種新型材料，具有重量輕、自立性強(qiáng)、承載性能優(yōu)良、施工簡便等優(yōu)點(diǎn)，能有效取代普通路基填料，實(shí)現(xiàn)拓寬及抬升路基、增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定、控制工后沉降的目標(biāo)。為此，該文結(jié)合實(shí)際工程案例，系統(tǒng)分析了泡沫輕質(zhì)土路基施工技術(shù)，以期能有效提升施工技術(shù)水平，保證工程建設(shè)質(zhì)量。

1 工程概況

某高速公路項(xiàng)目采用雙向四車道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，隨著交通壓力的不斷增大，交通擁堵現(xiàn)象日益嚴(yán)重，現(xiàn)拓寬至雙向八車道。標(biāo)段道路總里程18.8 km，路基填筑施工共計(jì)18處采用泡沫輕質(zhì)土，左右兩幅填筑總長度約2.1 km，泡沫輕質(zhì)土填筑方量約245 000 m3。

2 泡沫輕質(zhì)土填筑路基技術(shù)原理

（1）泡沫輕質(zhì)土由拌和站統(tǒng)一生產(chǎn)，采用間歇式拌和機(jī)，按照預(yù)先確定水灰比先制備水泥漿，然后利用輸漿泵將漿液輸送至儲漿罐備用。

（2）先對發(fā)泡劑進(jìn)行稀釋處理，并通入壓縮氣體形成泡沫群，然后利用輕質(zhì)土拌制設(shè)備將泡沫群按照特定比例通入儲漿罐，與罐中水泥漿充分混合均勻形成泡沫輕質(zhì)土材料[1]。

（3）利用儲漿罐、輸漿泵將輕質(zhì)土材料泵送至澆筑區(qū)域，嚴(yán)格按照分段、分層澆筑的方式自流澆筑成型，固化后形成疏松多孔、重量較強(qiáng)的填筑材料，代替普通路基填料。

（4）泡沫輕質(zhì)土具有重量輕、自立性強(qiáng)、流動性好、強(qiáng)度高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，能有效減輕填土自重，增強(qiáng)路基邊坡穩(wěn)定性和可靠性，緩解工后差異性沉降，科學(xué)避免臺背填土壓實(shí)困難的難題[2]。

3 施工工藝流程

泡沫輕質(zhì)土施工工藝流程如圖1所示。

4 施工材料要求

施工所需材料如表1所示。

泡沫輕質(zhì)土配合比設(shè)計(jì)如表2所示。

泡沫輕質(zhì)土主要技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

5 施工技術(shù)要點(diǎn)分析

5.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在路床底部填筑泡沫輕質(zhì)土，頂部鋪設(shè)HDPE防滲土工膜，頂面下方1.0 m區(qū)域內(nèi)鋪設(shè)兩層鍍鋅鋼絲網(wǎng)，其規(guī)格為φ1.5 mm2.5 cm*2.5 cm。

（1）當(dāng)填筑高度超過8.0 m時，在中間位置增加一層鋼絲網(wǎng)，規(guī)格為φ3.2 mm10 cm*10 cm。

（2）當(dāng)路基填筑高度較大時，防護(hù)面板立于邊坡表面，合理調(diào)節(jié)基礎(chǔ)埋置深度，使其上方面板數(shù)量為整數(shù)，確?；A(chǔ)外緣襟邊寬度不得低于2 m，外部采用強(qiáng)度為C20混凝土澆筑。

（3）當(dāng)路基較低時，輕質(zhì)土基礎(chǔ)處于地表位置，外部修建寬度為1.0 m護(hù)道及排水溝，護(hù)道采用強(qiáng)度為C20的混凝土澆筑[3]。

5.2 澆筑區(qū)準(zhǔn)備

（1）邊坡開挖。該工程采用拓寬拼接改造方案，拼接前應(yīng)對原始路基邊坡實(shí)施削坡處理，并設(shè)置成階梯形，臺階高度、寬度均為1.0 m，階面按照2%坡度向道路內(nèi)側(cè)放坡，確保輕質(zhì)土呈倒梯形澆筑；邊坡開挖以機(jī)械為主、人工輔助修坡，嚴(yán)禁超挖，保證土體密實(shí)，無浮土[4-5]。

（2）基底處理。當(dāng)路基填筑高度較大時，防護(hù)面板立于邊坡表面，實(shí)際施工時科學(xué)調(diào)節(jié)基礎(chǔ)埋置深度，使其上方面板數(shù)量為整數(shù)，確保基礎(chǔ)底部及外緣襟邊寬度分別不低于3.0 m和2.0 m，并嚴(yán)格按照規(guī)范要求整平和壓實(shí)。HDPE防滲土工膜鋪設(shè)前，應(yīng)對基底進(jìn)行檢查，清除表面尖銳異物，防止破壞土工膜[6]。

（3）面板施工。面板基礎(chǔ)采用強(qiáng)度為C25的水泥混凝土澆筑，嚴(yán)格按照隨澆隨砌的方式進(jìn)行砌筑，嚴(yán)格控制砌筑高度，確保高于輕質(zhì)土分層厚度的20～30 cm。

（4）澆筑區(qū)劃分。根據(jù)拌和站生產(chǎn)能力，科學(xué)劃分澆筑區(qū)，保證在水泥初凝前完成各區(qū)混凝土澆筑，防止后續(xù)澆筑輕質(zhì)土對前期輕質(zhì)土強(qiáng)度造成破壞。

5.3 水泥漿及泡沫制備

水泥漿由拌和站統(tǒng)一制備，各種材料利用電子計(jì)量設(shè)備進(jìn)行稱量，并自動完成投料和拌和。計(jì)量設(shè)備使用前，應(yīng)進(jìn)行標(biāo)定，搬移后應(yīng)再次實(shí)施標(biāo)定。水泥漿制備時，拌和水計(jì)量應(yīng)選用流量計(jì)量，以有效提升水泥漿制備速率[7]。

泡沫主要是通過對發(fā)泡劑實(shí)施稀釋處理，并通入壓縮氣體，經(jīng)發(fā)泡槍處理后形成。發(fā)泡劑性能對泡沫穩(wěn)定性具有重要影響。制備泡沫輕質(zhì)土的發(fā)泡劑其主要性能如下：①降低對環(huán)境的影響，宜選用界面活性發(fā)泡劑；②溫度超過0 ℃時，發(fā)泡劑不得產(chǎn)生離析；③稀釋倍率應(yīng)為40～60；④標(biāo)準(zhǔn)密度為30～50 kg/m3。

5.4 泡沫輕質(zhì)土制備

泡沫輕質(zhì)土由拌和站統(tǒng)一制備。先采用物理方式對發(fā)泡劑進(jìn)行稀釋處理，并通入壓縮氣體，形成泡沫群，然后利用輕質(zhì)土拌制設(shè)備將泡沫群按照特定比例通入儲漿罐，與罐中水泥漿充分混合均勻形成泡沫輕質(zhì)土材料，實(shí)際制備時應(yīng)根據(jù)實(shí)際施工要求對相關(guān)指標(biāo)實(shí)施調(diào)整，確保其濕密度、重度等指標(biāo)性能滿足要求[8]。

（1）嚴(yán)格預(yù)先確定的配合比，科學(xué)設(shè)置輕質(zhì)土泡沫含量，并保證泡沫立即與儲漿罐內(nèi)水泥漿材料充分混合。該工程通過試驗(yàn)段得到的配合比如表4所示。

（2）輕質(zhì)土生產(chǎn)設(shè)備需具備自動計(jì)量功能，輕質(zhì)土制備時，可自動調(diào)節(jié)水泥漿及泡沫含量；特定配比的水泥漿及泡沫材料通過儲漿罐內(nèi)部攪拌裝置充分拌和，形成滿足設(shè)計(jì)要求的輕質(zhì)土；水泥漿、輕質(zhì)土制備完成后，在卸料裝置內(nèi)儲存時間不得大于2 h。

5.5 泡沫輕質(zhì)土澆筑

泡沫輕質(zhì)土澆筑前，應(yīng)對基底實(shí)施全面清理，確保表面無雜物、無積水，保證輕質(zhì)土澆筑質(zhì)量。同時，應(yīng)根據(jù)拌和站拌和能力、工期要求，合理劃分施工段、澆筑層，并嚴(yán)格控制以下幾個方面：

（1）鍍鋅鋼絲網(wǎng)鋪設(shè)。HDPE防滲土工膜及鍍鋅鋼絲網(wǎng)應(yīng)橫向設(shè)置，鋪設(shè)鋼絲網(wǎng)時，利用U型釘實(shí)施固定，接頭部位采用扎絲扎牢并用U型釘固定。

（2）泡沫輕質(zhì)土澆筑時頂面為自流平，難以滿足道路橫坡要求，因此該工程輕質(zhì)土僅用于路床底部填筑，橫坡采用路床材料實(shí)施填筑。同時，澆筑前應(yīng)對基底實(shí)施壓實(shí)處理，確保壓實(shí)度滿足要求。

（3）輕質(zhì)土采用泵送方式進(jìn)行澆筑，澆筑前應(yīng)對泵管進(jìn)行全面檢查，確保泵管及接頭完整、嚴(yán)密。澆筑時，嚴(yán)密監(jiān)視泵管及接頭工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即停止?jié)仓⒉檎以?，恢?fù)正常后方可進(jìn)行繼續(xù)澆筑。對于地形條件較為復(fù)雜的部位，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況科學(xué)配置施工機(jī)械，并借助中繼站完成遠(yuǎn)距離澆筑[9]。

（4）泡沫輕質(zhì)土澆筑采用分層分段澆筑，分層厚度控制在50 cm范圍內(nèi)。相同施工段內(nèi)上、下層輕質(zhì)土澆筑，當(dāng)溫度超過150 ℃時，時間間隔以8～12 h為宜；否則，時間間隔應(yīng)大于2 d。

（5）實(shí)際澆筑時，應(yīng)沿長邊方向由一端向另一端逐步推進(jìn)，當(dāng)采用多條泵管澆筑時，可沿一端同步澆筑，也可采用對角方式進(jìn)行澆筑。泡沫輕質(zhì)土澆筑時，應(yīng)使泵管與澆筑面保持一定角度，并保證泵管口埋入液面深度至少為200 mm，最大限度地降低泡沫消泡量。輕質(zhì)土澆筑方式如圖2所示。

（a）錯誤的澆筑方式

（b）正確的澆筑方式

（6）輕質(zhì)土澆筑時，應(yīng)盡量降低對已澆筑輕質(zhì)土的擾動，并嚴(yán)密監(jiān)視質(zhì)量變化情況，當(dāng)需移動泵管時，應(yīng)前后緩慢移動，嚴(yán)禁左右移動；當(dāng)必須左右移動時，應(yīng)將泵管提出澆筑面后再進(jìn)行移動，并盡可能避免在澆筑完成且未完全凝固的輕質(zhì)土中移動。

5.6 養(yǎng)護(hù)

泡沫輕質(zhì)土采用分層澆筑，各層澆筑完成后，應(yīng)及時進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，保持表面始終處于濕潤狀態(tài)，通常養(yǎng)護(hù)時間不少于72 h，最大限度地保證輕質(zhì)土強(qiáng)度滿足要求。輕質(zhì)土澆筑完成后，當(dāng)強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)值時，嚴(yán)禁在其表面加載，以免影響輕質(zhì)土成型效果。分層澆筑時，待下層輕質(zhì)土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，方能進(jìn)行上層輕質(zhì)土澆筑，以有效降低對已澆筑輕質(zhì)土的干擾，保證澆筑質(zhì)量。

養(yǎng)護(hù)過程中，禁止人員在其表面通行，并嚴(yán)禁堆放任何材料，防止對輕質(zhì)土內(nèi)部氣泡造成破壞，影響成型效果。夏季氣溫較高時，由于水泥固結(jié)速率較快，應(yīng)嚴(yán)格控制水泥漿拌制時間，并在規(guī)定時間內(nèi)用完，避免等待時間過長對漿液性能造成影響。同時，由于夏季氣溫較高，輕質(zhì)土結(jié)構(gòu)內(nèi)部水化熱較大，且水分散失速率較快，極易引發(fā)溫度干縮裂縫，嚴(yán)重降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，影響承載性能。因此，為有效防止水分蒸發(fā)過快，各層輕質(zhì)土澆筑完成后應(yīng)覆蓋塑料薄膜實(shí)施保濕養(yǎng)護(hù)。

6 結(jié)論

綜上所述，泡沫輕質(zhì)土作為一種新型材料，具有優(yōu)良的工程特性，用于路基填筑時，應(yīng)嚴(yán)格按照路基填筑施工工藝流程開展施工作業(yè)，并合理選用施工材料，科學(xué)做好輕質(zhì)土制備、澆筑、養(yǎng)護(hù)工作，嚴(yán)格控制各環(huán)節(jié)施工質(zhì)量，顯著提升路基整體填筑質(zhì)量。通過實(shí)際工程應(yīng)用，充分驗(yàn)證了泡沫輕質(zhì)土路基施工技術(shù)的可行性，取得了顯著成效。該技術(shù)具有如下優(yōu)勢：

（1）相較于普通路基填料，輕質(zhì)土容重較小，可根據(jù)實(shí)際需要科學(xué)控制輕質(zhì)土容重，以5～12 kN/m3為宜。

（2）輕質(zhì)土生產(chǎn)過程由電腦控制，可實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)，采用水泥作固化材料，澆筑完成后4～8 h可固結(jié)成型，具有較強(qiáng)的自立性，顯著降低對路基結(jié)構(gòu)側(cè)向壓力。

（3）輕質(zhì)土對地基要求較低，能有效減輕結(jié)構(gòu)自重，防止產(chǎn)生工后沉降。

總之，普通復(fù)合地基施工具有較強(qiáng)的隱蔽性，施工質(zhì)量控制難度較大，而泡沫輕質(zhì)土施工較為簡便，施工過程易于把控，能有效保證路基填筑質(zhì)量。

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