泡沫輕質(zhì)土在互通匝道路基填筑中的應(yīng)用

錢茂華

(鎮(zhèn)江市交通運(yùn)輸綜合行政執(zhí)法支隊(duì),江蘇 鎮(zhèn)江 212002)

0 引言

在橋梁與道路銜接段,采用石灰土等常規(guī)材料填筑路基時(shí),由于路基和橋臺(tái)剛性差異,在車輛、路面等長(zhǎng)時(shí)間作用下,沉降差異越明顯,橋頭跳車越嚴(yán)重,行車舒適性與路面美觀性大大降低,還增加了后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。泡沫輕質(zhì)土是將發(fā)泡劑水溶液制成的泡沫,按照一定比例與水泥漿混合攪拌,在物理化學(xué)作用下硬化形成的一種輕質(zhì)材料[1],其原材料簡(jiǎn)單易得,施工簡(jiǎn)易,安全環(huán)保,能有效控制橋頭沉降,在工程建設(shè)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景[2-4]。因此,本文結(jié)合實(shí)際的公路工程項(xiàng)目,對(duì)泡沫輕質(zhì)土在互通匝道路基填筑的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 工程概況

357省道丹陽(yáng)至常州機(jī)場(chǎng)段改擴(kuò)建工程位于鎮(zhèn)江市丹陽(yáng)市境內(nèi),沿線經(jīng)過四個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。全線按照雙向六車道一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)速度為100 km/h,路線長(zhǎng)19.277 km。其中B1標(biāo)的南二環(huán)路互通為357省道與南二環(huán)路交叉設(shè)置的互通,為半苜蓿葉+半定向型立體交叉,共設(shè)有A、B、C、D、E、H六座匝道橋。齊梁路互通式立體交叉高架橋,分為I、J兩座匝道橋。

互通匝道橋橋頭路基填土高度為4～5 m左右。由于互通區(qū)地層大部分路段具有“表層普遍分布有約5 m厚硬殼層,下臥深厚軟土層”的特點(diǎn),市區(qū)施工工期較緊,因此匝道高填方橋頭采用泡沫輕質(zhì)土填筑路基,以達(dá)到減少工后沉降、避免橋頭跳車的效果。同時(shí),也減少了城市揚(yáng)塵,在一定程度上緩解了土地資源緊張的問題。其主要工程數(shù)量見表1。

2 泡沫輕質(zhì)土相關(guān)指標(biāo)及特性

2.1 主要技術(shù)指標(biāo)

本項(xiàng)目工程采用的泡沫輕質(zhì)土主要技術(shù)指標(biāo)有28 d抗壓強(qiáng)度、濕密度等,詳見表2。發(fā)泡劑性能指標(biāo)見表3。土工膜厚度要求≥0.5 mm,采用φ1.5 mm@25 mm×25 mm的鍍鋅鐵絲網(wǎng)。

表1 泡沫輕質(zhì)土主要工程量一覽表

表2 泡沫輕質(zhì)土技術(shù)指標(biāo)表

表3 發(fā)泡劑性能指標(biāo)表

2.2 泡沫輕質(zhì)土工程特性

泡沫輕質(zhì)土比常見的施工材料的容重要低[5](見下頁(yè)表4),地基中的自重應(yīng)力相對(duì)較小,有利于控制路基沉降?？梢酝ㄟ^不同的水泥、集料、發(fā)泡劑等配合比設(shè)計(jì),調(diào)整泡沫輕質(zhì)土的干密度,其范圍為0.3～1.6 kg/m3,同時(shí)也可以調(diào)整無側(cè)限抗壓強(qiáng)度,范圍為0.3～5.0 MPa[6]。制作的泡沫輕質(zhì)土因具有良好的流動(dòng)性,可采用輸送管道進(jìn)行輸送。土在大量泡沫的物理化學(xué)作用下,可塑性增強(qiáng),不需要占用大量的操作空間,且一次性澆筑成型,無須振搗、碾壓和特別的養(yǎng)護(hù),剛度比石灰土路基大,固化自立性良好,側(cè)向變形較小,減小了對(duì)擋墻的側(cè)向壓力,對(duì)土體兩側(cè)結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定起到一定作用,能夠緩解橋臺(tái)處的剛性突變[7]。

表4 常見建筑材料容重一覽表

3 泡沫輕質(zhì)土的填筑

3.1 總體施工方案

該分項(xiàng)工程擬填筑8 000 m3的泡沫輕質(zhì)土,利用高產(chǎn)能設(shè)備,由遠(yuǎn)程漿泵將水泥漿泵送至制備站(輕質(zhì)土車載移動(dòng)設(shè)備),沿路線兩側(cè)并行施工,提高施工效率,縮短工期。施工工序?yàn)?測(cè)量放線→邊坡開挖→基底處理→分層澆筑→鋪設(shè)鋼絲網(wǎng)→分層澆筑→路面施工。

3.2 施工配合比強(qiáng)度試驗(yàn)

泡沫輕質(zhì)土施工前,根據(jù)設(shè)計(jì)的強(qiáng)度、濕密度等指標(biāo)要求,進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。采用100 mm×100 mm×100 mm的施工配合比試塊,與混凝土的試驗(yàn)方法基本相同,以2組12塊試塊分別檢測(cè)7 d和28 d的抗壓強(qiáng)度,結(jié)果不做尺寸折減。當(dāng)檢測(cè)出的7 d抗壓強(qiáng)度值≥0.5倍設(shè)計(jì)要求,或者檢測(cè)出的28 d抗壓強(qiáng)度值≥設(shè)計(jì)要求時(shí),該配合比滿足施工要求。

3.3 基底處理及模板安裝

(1)泡沫輕質(zhì)土路段基底處理參考一般路基段,即20 cm厚5%的石灰土,壓實(shí)度≥90%,其他指標(biāo)滿足規(guī)范。

(2)填筑前,應(yīng)檢查填筑基底,確保中線高程和路基寬度滿足設(shè)計(jì)要求,且干凈整潔。

(3)泡沫輕質(zhì)土底部換填30 cm碎石,級(jí)配參考混凝土的集料級(jí)配,要求最大粒徑≤5 cm,碾壓密實(shí)。

(4)由于泡沫輕質(zhì)土基底碎石碾壓完成后,木方立柱斜撐無法嵌入碎石墊層中進(jìn)行有力支撐,因此在泡沫輕質(zhì)土模板安裝前,應(yīng)對(duì)基底整體進(jìn)行澆筑10～15 cm泡沫輕質(zhì)土墊層,然后再進(jìn)行模板安裝。

(5)泡沫輕質(zhì)土模板由一塊木模板(1.8 m×0.9 m)與立柱斜撐(4 cm×6 cm×1 m)組成。匝道安裝模板時(shí)可以根據(jù)匝道固定寬度,對(duì)模板進(jìn)行預(yù)加工,拆裝便捷,節(jié)省工期。模板安裝面必須水平一致,不能出現(xiàn)大面積漏漿現(xiàn)場(chǎng)。

(6)由于匝道泡沫輕質(zhì)土頂面為5%縱坡,坡度較大,灰土調(diào)平層太厚會(huì)影響路基結(jié)構(gòu)層,因此需要進(jìn)行澆筑區(qū)模板劃分。整體劃分為多個(gè)模板區(qū),上下澆筑層須錯(cuò)縫±80 cm。AK0+090.00～AK0+138.90段匝道模板安裝、澆筑層劃分如圖1所示。

3.4 分層澆筑及鋼絲網(wǎng)與土工膜鋪設(shè)

(1)由于匝道泡沫輕質(zhì)土頂部坡度較大,澆筑區(qū)不宜過大,否則頂部灰土調(diào)坡用量過大會(huì)影響路面整體結(jié)構(gòu),故澆筑區(qū)每層澆筑高度為50 cm,澆筑時(shí)間≤3 h,單個(gè)澆筑區(qū)面積為66.4 m2,單個(gè)澆筑區(qū)方量為33.2 m3,分層澆筑的間隔控制時(shí)間宜>6 h。

(2)澆筑每一層時(shí)要求設(shè)置橫向變形縫,間隔距離為8 m,與上下層的施工縫位置錯(cuò)開,并及時(shí)將2 cm厚的泡沫塑料板填充進(jìn)去。

圖1 AK0+090.00～AK0+138.90段匝道模板安裝、澆筑層劃分示意圖

(3)在頂層泡沫土中橫向鋪設(shè)一層1.5 mm@25 mm×25 mm型號(hào)的鋼絲網(wǎng),搭接的寬度≥100 mm。

(4)頂層泡沫土施工完畢后,橫向鋪設(shè)一層聚乙烯土工膜,搭接寬度≥100 mm。

(5)鋪設(shè)完土工膜之后,應(yīng)立即上灰土調(diào)坡,避免土工膜被工程機(jī)械與人工破壞。

3.5 施工過程質(zhì)量控制

(1)濕密度對(duì)減輕土的側(cè)壓力和降低土的附加應(yīng)力至關(guān)重要,可以進(jìn)行配合比調(diào)節(jié)。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工濕密度為:距路床底≤1.2 m時(shí)為570 kg/m3,距路床底>1.2 m時(shí)為530 kg/m3。

(2)流動(dòng)度是衡量泡沫輕質(zhì)土流動(dòng)性的重要指標(biāo),施工配合比設(shè)計(jì)的流動(dòng)度為160～180 mm,這種情況下不易離析,輸送距離較遠(yuǎn),操作性較好。

(3)泡沫密度是保證濕密度穩(wěn)定性的重要參數(shù),設(shè)計(jì)泡沫密度為50 kg/m3。

過程控制指標(biāo)詳見表5。

表5 過程控制指標(biāo)表

3.6 檢驗(yàn)與沉降觀測(cè)

抗壓強(qiáng)度為公路路基填筑后的重要指標(biāo)之一。分層填筑時(shí),每個(gè)區(qū)段的每一澆筑層做1組試件,檢測(cè)其28 d抗壓強(qiáng)度。當(dāng)泡沫輕質(zhì)土填筑至最頂層時(shí),每個(gè)區(qū)段的每一澆筑層做3組試件,分別作7 d和28 d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)檢測(cè)方法與標(biāo)準(zhǔn)參考普通混凝土,且強(qiáng)度不做尺寸折減。

在泡沫輕質(zhì)土路基底部放置一塊材質(zhì)為Q235,長(zhǎng)度為500 mm×寬度500 mm的沉降板,中間采用鍍鋅管連接,沉降外套φ70 mm保護(hù)鋼管,通過觀測(cè),當(dāng)實(shí)際的沉降速率小于規(guī)定沉降速率時(shí)即可修筑路面。

4 應(yīng)用效果分析

在匝道的泡沫輕質(zhì)土路基填筑結(jié)束后,利用密度測(cè)量?jī)x探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)輕質(zhì)土的密度,并將施工的輕質(zhì)土裝入模具進(jìn)行恒溫恒濕養(yǎng)護(hù),相關(guān)檢測(cè)結(jié)果見表6。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可知,該泡沫輕質(zhì)土的濕密度和抗壓強(qiáng)度均能夠滿足項(xiàng)目施工要求。

表6 泡沫輕質(zhì)土現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果表

在互通匝道AK0+100.00斷面(泡沫輕質(zhì)土填筑)與AK0+080.00斷面(石灰土填筑)開展交工質(zhì)量核驗(yàn)路面沉降觀測(cè)(2019年11月)和竣工質(zhì)量復(fù)測(cè)路面沉降觀測(cè)(2022年2月),觀測(cè)數(shù)據(jù)見表7。由表7可知,將泡沫輕質(zhì)土應(yīng)用到既有互通匝道路基填筑中,能夠在一定程度上降低荷載引起的沉降變形,保障橋梁路基過渡段的平整。

表7 路面沉降觀測(cè)結(jié)果表

5 結(jié)語(yǔ)

相比于石灰土,泡沫輕質(zhì)土單位體積造價(jià)是其數(shù)倍。但是,在互通匝道橋梁與路基過渡段采用泡沫輕質(zhì)土填筑,不僅能夠降低土的自重應(yīng)力和對(duì)擋墻的側(cè)向壓力,而且能有效緩解橋臺(tái)與路基的剛性突變,減小橋頭跳車效果,增加行車舒適性和安全性,同時(shí)也提升施工速度與工程質(zhì)量,其工程效益是可觀的。但是,泡沫輕質(zhì)土具有吸水率較高、易干燥收縮等缺點(diǎn),是今后要重點(diǎn)解決的問題,以期為泡沫輕質(zhì)土的進(jìn)一步推廣和普及奠定更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)更為廣泛的應(yīng)用。