■李一帆

(福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州　350004)

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現(xiàn)澆式泡沫輕質(zhì)土在南平水東大橋改造工程路基拼寬中的應(yīng)用

■李一帆

(福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州350004)

摘要介紹現(xiàn)澆式泡沫輕質(zhì)土的基本工藝及特點(diǎn)，詳述現(xiàn)澆式泡沫輕質(zhì)土在南平水東大橋改造工程中作為路基拼寬填料的設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)思路，并結(jié)合工程應(yīng)用進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

關(guān)鍵詞泡沫輕質(zhì)土路基拼寬應(yīng)用

1　引言

隨著我國道路交通量快速增長，現(xiàn)有道路的服務(wù)水平和通行能力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足使用需求，道路進(jìn)行改造拼寬成為了紓解道路壓力的必然選擇。道路拼寬改造工程通常存在用地范圍狹小，人、車流量大，地質(zhì)條件人為改造較大等特點(diǎn)，施工難度較大。

泡沫輕質(zhì)土是“用物理方法將發(fā)泡劑水溶液制備成泡沫，與必須組分水泥基膠凝材料、水及可選組分集料、摻和料、外加劑按照一定的比例混合攪拌，并經(jīng)物理化學(xué)作用硬化形成的一種輕質(zhì)材料”。該材料具有輕質(zhì)、密度與強(qiáng)度可調(diào)、良好的施工性和環(huán)保性等特點(diǎn)，其性能可替代常規(guī)填土，加快施工工期，增強(qiáng)工程安全性。

本文介紹了福建省南平市水東大橋改造工程中采用現(xiàn)澆式泡沫輕質(zhì)土填筑拼寬路基的工程應(yīng)用，可為今后的類似工程提供可靠的設(shè)計(jì)參考。

2　工程概況

工程場址位于南平市區(qū)內(nèi)建溪上，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，新水東大橋?qū)⑼ㄟ^新建B匝道與江濱北路連接，因此需挖除江濱北路原人行道后進(jìn)行拼寬改造，改造后江濱北路外側(cè)為B匝道路基，B匝道路基外側(cè)為人行道路基，人行道路基外側(cè)即為建溪南側(cè)護(hù)岸擋墻(如圖1及圖2所示)。原江濱北路人行道挖除后，首先在外側(cè)填筑最寬約10m、最高約9m的人行道路基體，人行道路基上側(cè)約200m長度范圍內(nèi)再次填筑高約0～3.8m的B匝道路基體。

根據(jù)工程勘察鉆孔揭示，工程場區(qū)上覆原江濱北路修筑用素填土，其下為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化石英細(xì)砂巖。表層素填土厚度最高達(dá)8m以上，地基承載力容許值為95kPa，若采用一般路肩擋墻支擋，地基承載力無法滿足要求(如表1所示)。

工程場址緊臨建溪，受建溪水位影響較大，根據(jù)當(dāng)?shù)厮馁Y料顯示，建溪的常蓄水水位標(biāo)高為62m，一般洪水水位為65m，50年一遇洪水水位75.6m，水位漲落變化較大，50年一遇洪水水位基本可淹沒整個(gè)擬建人行道路基。

綜上所述，該工程的工程難度較大，主要存在以下難點(diǎn)：

(1)施工場地狹小，人行道路基作業(yè)場地寬度僅為10～15m左右，一般大型機(jī)械作業(yè)較為困難，且建溪洪水期局部將淹沒作業(yè)場地，機(jī)械進(jìn)出場地措施費(fèi)極高。

(2)新人行道路基體全部坐落于濱江北路外側(cè)與建溪護(hù)岸擋墻之間的傾斜平臺(tái)上，地基以濱江北路建設(shè)時(shí)期的素填土為主，土質(zhì)較為松散，地基承載力較差，而新建人行道路基高度較大，若采用普通填土路基，則重度較大，路基穩(wěn)定性很難滿足要求。

(3)建溪水位升降對路基體影響較大，逢較大洪水時(shí)水位必將淹沒部分路基體，對路基穩(wěn)定性將造成較大威脅。

(4)新人行道路基上部部分段落還將繼續(xù)填筑B匝道路基，則更加劇了工程安全性的降低。

(5)工程總經(jīng)費(fèi)有限，普通填土外側(cè)需采用樁基擋墻或樁板墻進(jìn)行支擋，造價(jià)極高。

(6)考慮到使用需求，工程工期要求較緊。因此，需要在工程安全的前提下加快施工。

表1　巖土物理力學(xué)性質(zhì)推薦指標(biāo)

3　設(shè)計(jì)方案及要點(diǎn)

3.1設(shè)計(jì)方案

根據(jù)上述情況，設(shè)計(jì)單位應(yīng)業(yè)主要求進(jìn)行了詳盡的設(shè)計(jì)論證，對普通填土+外側(cè)支擋(樁板式擋土墻或樁基擋墻)方案及泡沫輕質(zhì)土路基方案進(jìn)行比選，經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)，采用泡沫輕質(zhì)土路基方案安全性能夠滿足要求，其施工工序簡單，能夠縮短約近一半的工期，同時(shí)節(jié)省造價(jià)近50％以上，且施工難度大大降低，現(xiàn)詳述如下(如圖3、圖4所示)：

(1)新人行道路基工程設(shè)計(jì)采用現(xiàn)澆式泡沫輕質(zhì)土澆筑路基，高約7.5～9m；選用泡沫輕質(zhì)土重度6kN/m3，立方體抗壓強(qiáng)度0.8MPa；泡沫輕質(zhì)土體迎水側(cè)及基底分別澆筑20cm厚C20混凝土板作為側(cè)壁及底板。

(2)保證斜坡填堤的穩(wěn)定性，以及洪水期間路基的抗浮，故在泡沫輕質(zhì)土底部及上部平臺(tái)打設(shè)豎向及斜向鋼管樁，鋼管樁鉆孔孔徑φ150mm,采用外徑φ108mm、內(nèi)徑φ96mm鋼管，管內(nèi)灌注C30水泥漿。注漿采用孔底返漿法，注漿壓力0.5MPa。其中泡沫輕質(zhì)土底部設(shè)置四排垂直打設(shè)鋼管樁，橫向間距1.0m，線路縱向間距2.0m，要求鋼管樁進(jìn)入碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化巖3～5m(有卵石層的要求進(jìn)入卵石層以下5～7m)；鋼管樁樁身施工至底部以上50cm后樁身焊接4根鋼筋伸入至泡沫輕質(zhì)土頂面，并與泡沫輕質(zhì)土體中設(shè)置的鋼筋網(wǎng)連接，以將泡沫輕質(zhì)土與穩(wěn)定地層連為整體，并提供抗浮力與支承力，同時(shí)保證道路的穩(wěn)定性。泡沫輕質(zhì)土體外側(cè)(路基坡腳處)設(shè)置1排鋼管樁，樁身不伸入泡沫輕質(zhì)土體內(nèi)部，橫向間距1.0m，線路縱向間距2.0m。泡沫輕質(zhì)土上部平臺(tái)設(shè)置一排70°斜打鋼管樁，橫向間距1.0m，線路縱向間距2.0m，樁身伸入至泡沫輕質(zhì)土體頂部。

(3)為增強(qiáng)泡沫輕質(zhì)土路基強(qiáng)度以及便于鋼管樁連接，泡沫輕質(zhì)土體內(nèi)設(shè)置水平向及垂直向鋼筋網(wǎng)，其中20cm厚側(cè)壁混凝土板內(nèi)設(shè)置一道垂直向φ8＠10cm× 10cm鋼筋網(wǎng)，頂面、頂面以下1m處及土體中部放坡臺(tái)階頂部內(nèi)各設(shè)置一道水平向φ8＠10cmx10cm鋼筋網(wǎng)，開挖坡面、底面及底面以上2m處各設(shè)置一道φ8＠20cmx20cm鋼筋網(wǎng)。鋼筋網(wǎng)通過幫焊鋼筋與鋼管樁相連接。

(4)泡沫輕質(zhì)土體與原江濱路既有擋墻采用φ20彎頭鋼筋連接，鋼筋間距1.0m×1.0m，鋼筋長度2m，彎頭段長度15cm，要求進(jìn)入原擋墻1m；鋼筋均采用梅花形布置。

(5)由于施工平臺(tái)較小及泡沫輕質(zhì)土嵌入原地層需要一定深度，施工平臺(tái)開挖后將會(huì)在原濱江北路外側(cè)擋墻坡腳形成較陡坡率的臨時(shí)開挖面，故坡面臨時(shí)防護(hù)采用小導(dǎo)管注漿+素噴C20混凝土10cm，小導(dǎo)管間距0.75×0.75m,小導(dǎo)管交叉伸入泡沫輕質(zhì)土體內(nèi)1m。泡沫輕質(zhì)土體與原建溪護(hù)岸擋墻之間采用小導(dǎo)管注漿+素噴10cm C20混凝土進(jìn)行硬化處理，小導(dǎo)管間距1.0x1.0m；梅花形布置。

(6)B匝道路基填土高度較高且部分設(shè)置于外側(cè)人行道泡沫輕質(zhì)土路基上，為防止上部荷載對泡沫輕質(zhì)土路基穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響，該段B匝道路基同樣采用泡沫輕質(zhì)土填筑，路基體兩側(cè)及底部設(shè)置C25鋼筋混凝土U形槽。

(7)為保證泡沫輕質(zhì)土長期使用質(zhì)量，須對其進(jìn)行防、隔水處理，并對周邊地下水進(jìn)行疏排。故在泡沫輕質(zhì)土混凝土底板下及開挖側(cè)坡坡面下設(shè)置30cm厚無砂大孔混凝土作為排水層，并在無砂大孔混凝土頂端連接鉆孔打設(shè)的PVC排水管，在混凝土底板下無砂大孔混凝土中對應(yīng)埋設(shè)PVC排水管，PVC排水管間距5m。同時(shí)對泡沫輕質(zhì)土頂、內(nèi)側(cè)(濱江北路一側(cè))兩面采用防水土工膜進(jìn)行包裹，防止地下水及地表水滲入(如圖5所示)。

3.2設(shè)計(jì)要點(diǎn)

(1)泡沫輕質(zhì)土能夠有效減輕上部荷載或土壓，同時(shí)其自身穩(wěn)定性及強(qiáng)度又大大高于普通路基填土，從而達(dá)到提高工程安全性的目標(biāo)，故設(shè)計(jì)中對于其容重及抗壓強(qiáng)度的確定至關(guān)重要。根據(jù)現(xiàn)有的泡沫輕質(zhì)土技術(shù)，其抗壓強(qiáng)度一般在0.4～7.5MPa之間，對于其充當(dāng)路基填土完全可以滿足要求；表觀密度一般在250～1650kg/m3間，則可根據(jù)具體地質(zhì)情況及周邊環(huán)境影響進(jìn)行選擇，如不能滿足要求時(shí)，須配合以其它工程手段進(jìn)行重點(diǎn)補(bǔ)充加固。針對本文中所舉工程案例，由于人行道路基外側(cè)為建溪，須考慮洪水期泡沫輕質(zhì)土浸泡于水中時(shí)浮力對路基的影響，對于材料表觀密度的選擇不宜過低，故選取表觀密度指標(biāo)600 kg/m3，即重度6kN/m3。由于后期上部要繼續(xù)施工B匝道路基，考慮到上部荷載會(huì)進(jìn)一步加大，因此利用鋼管樁對地基承載力進(jìn)行增強(qiáng)，并利用鋼管樁伸入泡沫輕質(zhì)土體內(nèi)與鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行連接，在內(nèi)側(cè)利用植入鋼筋、小導(dǎo)管與原濱江北路擋墻及開挖坡面處土體進(jìn)行連接，使上部泡沫輕質(zhì)土路基體、原濱江北路路基及地基形成整體，以加強(qiáng)路基整體穩(wěn)定性。

(2)泡沫輕質(zhì)土的制備原理導(dǎo)致其內(nèi)部會(huì)形成一定大小的孔隙空洞，容易導(dǎo)致泡沫輕質(zhì)土進(jìn)水后增加整體重度且改變其物理力學(xué)性質(zhì)。因此，泡沫輕質(zhì)土在作為路基體使用時(shí)防水措施尤為重要。在本文中，泡沫輕質(zhì)土路基體臨水側(cè)及底部全部采用混凝土板進(jìn)行封閉，內(nèi)側(cè)及頂面全部采用防水土工膜進(jìn)行包裹，同時(shí)采用PVC排水管配合底部無砂大孔混凝土對地下水進(jìn)行疏排，嚴(yán)防地表水及地下水滲入。當(dāng)施工時(shí)遇大雨或暴雨或持續(xù)時(shí)間較長的小雨天氣，未固化的泡沫輕質(zhì)土表面應(yīng)采取遮雨措施，防止雨水消泡。

(3)在斜坡上進(jìn)行泡沫輕質(zhì)土加寬填筑時(shí)，應(yīng)對基底開挖一定深度，使泡沫輕質(zhì)土體嵌入地基體一定深度(本文工程案例中控制為2m以上)，斜坡開挖最好挖臺(tái)階施工或采用一定數(shù)量的抗滑錨固件進(jìn)行固定(本文工程案例中采取鋼筋、小導(dǎo)管、鋼管樁及鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行整體連接固定)，以確保整體穩(wěn)定性。

(4)泡沫輕質(zhì)土具有制備簡便、澆筑時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，但其內(nèi)部水化熱較大，澆筑完畢后內(nèi)部溫度較普通混凝土高，故應(yīng)對其施工工藝及工序進(jìn)行嚴(yán)格控制。泡沫輕質(zhì)土單層澆筑厚度應(yīng)控制在0.3～0.8m范圍；施工時(shí)間應(yīng)控制在水泥(砂漿)初凝時(shí)間內(nèi)，當(dāng)澆筑層終凝后方能進(jìn)行上層的澆筑施工。

(5)路基體為線狀工程，故泡沫輕質(zhì)土路基應(yīng)沿線路方向設(shè)置沉降縫，本文中工程沉降縫間距為10m，沉降縫填縫材料采用聚苯乙烯板或10mm～20mm厚夾板，并應(yīng)采用止水帶進(jìn)行止水，防止水滲入。

4　工程總結(jié)及建議

南平水東大橋工程現(xiàn)已完工并投入使用，目前使用情況良好，根據(jù)現(xiàn)場后續(xù)監(jiān)測資料，路基體處于穩(wěn)定狀態(tài)(見圖6)。本工程中泡沫輕質(zhì)土的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)可供今后類似工程設(shè)計(jì)提供參考：

(1)現(xiàn)澆式泡沫輕質(zhì)土作為路基拼寬填料時(shí)具有輕質(zhì)性、密度和強(qiáng)度的可調(diào)節(jié)性及良好的施工性、自穩(wěn)性、耐久性等特點(diǎn)，尤其是在施工作業(yè)面小、施工工期短、施工環(huán)境條件差的工程中，路基加固防護(hù)支出較高，則泡沫混凝土的優(yōu)勢更為突出。

(2)現(xiàn)澆式泡沫輕質(zhì)土性能受環(huán)境水影響較大，地表水及地下水的滲入可能導(dǎo)致其性能的下降，威脅到結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)中應(yīng)著重對泡沫輕質(zhì)土自身的防、隔水及周邊環(huán)境的疏排水措施進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(3)現(xiàn)澆式泡沫輕質(zhì)土的自身穩(wěn)定性較好，但在特殊復(fù)雜環(huán)境中采用泡沫輕質(zhì)土作為路基拼寬填料時(shí)須配合相應(yīng)的輔助加固措施作為確保工程安全性的有效補(bǔ)充，尤其是在斜坡或軟基路段，抗滑移、抗傾覆設(shè)計(jì)應(yīng)成為設(shè)計(jì)中的重中之重。

(4)因現(xiàn)澆式泡沫輕質(zhì)土受施工過程中技術(shù)控制影響較大，應(yīng)合理安排施工工序，加強(qiáng)施工過程前后的質(zhì)量控制，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)說明中的工序步驟進(jìn)行施工并按照相關(guān)技術(shù)規(guī)程做好質(zhì)量檢驗(yàn)。

(5)現(xiàn)澆式泡沫輕質(zhì)土作為一種新型工程材料，其材料性能、應(yīng)用機(jī)理還需進(jìn)一步深入研究。

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