摘 要：針對路橋過渡段路基處理中的特殊要求，采用泡沫輕質(zhì)土對橋梁臺背和組合式涵洞進行回填。以沾化至臨淄公路為依托，通過實際工程的應用效果可知，常規(guī)填土通常難以在臺背處壓實，而泡沫輕質(zhì)土通過自身自流性，能很好地解決臺背處回填問題。利用泡沫輕質(zhì)土方案比常規(guī)處理方案工程造價更低，更節(jié)省成本、施工性強，可以有效解決工程中結(jié)構(gòu)物間臺背填料難以壓實施工的難題。

關(guān)鍵詞：泡沫輕質(zhì)土;工后沉降;路橋過渡段;涵洞回填;

作者簡介：張冉（1986—），女，天津人，高級工程師。;

引言

泡沫輕質(zhì)土（泡沫輕質(zhì)混凝土）是一種在水泥基漿料中加入泡沫后凝固而成的輕質(zhì)類混凝土，原材料包德陽發(fā)泡混凝土括水泥、水和泡沫，是公路建設(shè)領(lǐng)域的一種輕質(zhì)填筑材料，具有輕質(zhì)性、重度和強度可調(diào)節(jié)性、自流性、直立性及施工便捷性等特性[1]。

在公路工程中，根據(jù)地材情況和工程特性可加入其他摻合料對泡沫輕質(zhì)土性能進行改良調(diào)整，如粉煤灰、礦渣粉、砂等。郭燕鋒[2]探討了橋梁臺背項目回填泡沫輕質(zhì)土施工技術(shù)，介紹了泡沫輕質(zhì)土的構(gòu)成及物理力學性能。代茂華和王博[3]以塘承高速公路橋頭地基處理為例，論述泡沫輕質(zhì)土填筑橋頭路基的具體方案、技術(shù)要求、質(zhì)量措施，分析了泡沫輕質(zhì)土處理橋頭地基對消除路基不均勻沉降、跳車等問題的效果。于飛[4]利用泡沫輕質(zhì)土對蒲都高速路基橋梁臺背回填，以解決臺背沉降問題。白永亮[5]采用泡沫輕質(zhì)土對高德陽發(fā)泡混凝土擋墻背回填，可以大幅度減小土側(cè)壓力，緩解路基沉降，解決橋頭跳車難題，保證擋墻整體安全。白云龍[6]通過施工實例講述泡沫輕質(zhì)土在橋梁施工中的技術(shù)指標、施工工藝，施工控制方法、常見質(zhì)量問題及防范措施等。胡立[7]介紹了泡沫輕質(zhì)土材料的形成原理、特性及施工優(yōu)勢，研究了泡沫輕質(zhì)土施工關(guān)鍵技術(shù)及質(zhì)量控制措施。王永江[8]以市政道路擴能改造項目為背景，論證了泡沫輕質(zhì)土用于填筑拓寬路基的可行性。

1 泡沫輕質(zhì)土的特點

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、水及可選組分骨料、摻和料、外加劑等按一定比例混合攪拌，并經(jīng)物理化學作用硬化形成的一種輕質(zhì)材料[1]。泡沫輕質(zhì)土有較明顯的輕德陽發(fā)泡混凝土質(zhì)性，還可根據(jù)工程需要在大范圍內(nèi)進行調(diào)整。工程中常用的密度范圍為500～1 300，其他材料密度：混凝土2 500，基層2 300，常規(guī)填土1 800～2 000，粉煤灰1 200～1 600，聚苯乙烯泡沫200～300[9]。微觀結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 泡沫輕質(zhì)土微觀結(jié)構(gòu) 下載原圖

泡沫輕質(zhì)土具有密度小、強度大于常規(guī)回填土、整體性、抗沖擊性能好及無側(cè)向壓力等特性。能更好地分散路基應力集中現(xiàn)象，提高臺背回填施工質(zhì)量。泡沫輕質(zhì)土是一種綠色、環(huán)保、節(jié)能、利廢的無機建筑材料，對周邊環(huán)境影響小，節(jié)能環(huán)保。因此，泡沫輕質(zhì)土可以作為很好的路基回填料使用。

2 應用可行性分析

2.1 與常規(guī)方法比較

為降低路橋過渡段工后德陽發(fā)泡混凝土沉降，避免橋頭跳車，常規(guī)路橋過渡段路基處理采用砂礫、碎石土、石灰處治土、水泥穩(wěn)定風化砂等材料進行回填。根據(jù)泡沫輕質(zhì)土的特性，在回填部位采用泡沫輕質(zhì)土，可以減小橋臺與路基之間的不均勻沉降。同時，泡沫輕質(zhì)土的重量小，其產(chǎn)生的側(cè)向土壓力小，一般不會使橋臺發(fā)生側(cè)向偏移，還可以降低地基土上覆荷載，在同樣填土高度的路橋過渡段，與普通臺背填料相比，泡沫輕質(zhì)土可以減少甚至取消樁基地基處理。但由于泡沫輕質(zhì)土不含粗骨料，且水灰比較大，因此，泡沫輕質(zhì)土的干縮性大，極易在凝結(jié)硬化過程中產(chǎn)生干縮裂縫[1]。

泡沫輕質(zhì)土回填與常規(guī)回填相比較，主要差異：（1）同常規(guī)回填土相比，泡沫輕質(zhì)土力學性能優(yōu)于常規(guī)回填土，且整體性更好。德陽發(fā)泡混凝土（2）耐久性方面，泡沫輕質(zhì)土回填相比于常規(guī)回填耐久性能更好，因為泡沫輕質(zhì)土的施工方法使得整體性能較好。（3）施工工藝上，泡沫輕質(zhì)土要比常規(guī)處理回填更加方便，常規(guī)回填需要土體壓實，處于橋頭臺背處部位常規(guī)回填通常難以壓實，而泡沫輕質(zhì)土整體澆筑對比常規(guī)回填要顯得更加便捷。

2.2 方案設(shè)計

2.2.1 組合式涵洞臺背回填設(shè)計

以沾化至臨淄公路工程項目為依托，該項目位于黃河沖積平原地區(qū)，耕地間灌溉溝渠較多，用一行車、一排水的兩個距離較近的涵洞可有效降低路基填土高度。

圖2 組合式涵洞臺背回填設(shè)計/cm 下載原圖

由圖2可知，當涵洞結(jié)構(gòu)間距較近時，若采用常規(guī)回填方法，兩個涵洞間填土難以被壓實。泡沫輕質(zhì)土回填因自身德陽發(fā)泡混凝土的自流性可以很好地解決這一問題，且泡沫輕質(zhì)土具有良好的力學性能可以承受行車荷載，因此，可以利用泡沫輕質(zhì)土回填組合式涵洞。采用泡沫輕質(zhì)土材料參數(shù)見表1。

表1 泡沫輕質(zhì)土材料參數(shù) 下載原圖

泡沫輕質(zhì)土在涵洞臺背回填的實際應用中整體性能良好，行車穩(wěn)定，強度滿足《現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土技術(shù)規(guī)程》（CECS 249—2008）的要求[10]。

2.2.2 橋梁臺背回填設(shè)計

沾化至臨淄公路項目設(shè)計橋梁臺背回填見圖3。由于泡沫輕質(zhì)土單價較高，如果僅從路基工程方面考慮其可以減少或取消部分樁基處理的造價外，價格優(yōu)勢仍不明顯。因此，在設(shè)計時需要采用路橋整體設(shè)計一體化的思路，同時對傳統(tǒng)橋臺進行優(yōu)化。由于泡沫輕質(zhì)土具有更好的自立性德陽發(fā)泡混凝土，對于橋臺的側(cè)向土壓力非常小，設(shè)計中可將原肋板式橋臺調(diào)整為柱式橋臺，樁基礎(chǔ)、承臺的尺寸也大幅減小，有效降低工程造價。泡沫輕質(zhì)土的容重只有普通填土的1/3～1/2，相比于常規(guī)填土將其用于臺背過渡段回填后，地基附加應力小于普通填土填筑的附加應力，對橋梁結(jié)構(gòu)來說更加穩(wěn)定安全[11]。

圖3 橋梁臺背回填/cm 下載原圖

2.3 施工要點

2.3.1 保護壁施工

泡沫輕質(zhì)土回填時，需在四周澆筑鋼筋混凝土擋墻作為保護，后續(xù)泡沫輕質(zhì)土回填入擋墻內(nèi)形成整體結(jié)構(gòu)。保護壁施工要點：（1）橋頭路基填土高度較高，保護壁采用鋼筋混凝土薄壁擋墻。按《現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土路基設(shè)計施工技術(shù)規(guī)程》（TJG F1001—2011）要求，在高德陽發(fā)泡混凝土度<2 m時，可一次性澆筑至設(shè)計高程，否則應分2～3次分次澆筑。擋墻施工完成一層再分層澆筑泡沫輕質(zhì)土。（2）涵洞臺背回填擋墻保護壁澆筑時應注意預留沉降縫，避免后期因保護壁擋墻及涵洞的不均勻沉降造成擋墻混凝土開裂。（3）橋臺臺后保護壁與路側(cè)保護壁施工時應注意整體性，在轉(zhuǎn)角處設(shè)抹角，鋼筋搭接綁扎牢固，避免在擋墻轉(zhuǎn)角接縫處產(chǎn)生開裂。

2.3.2 泡沫輕質(zhì)土澆筑

(1）泡沫輕質(zhì)土單個澆注區(qū)單層澆筑施工時間應控制在水泥漿終凝時間內(nèi)。（2）泡沫輕質(zhì)土單層澆筑厚度按≤1 m控制；同一區(qū)段上下相鄰澆筑層，當施工期氣溫≥15℃，最短澆筑間隔時間可按8～12 h控制；否則，澆筑間隔時間應≥2 d。（3）澆筑期間應同時德陽發(fā)泡混凝土對保護壁進行軸向位移觀測。若保護壁發(fā)生軸向偏位>20 mm，應停止泡沫輕質(zhì)土施工并分析原因，及時對保護壁外側(cè)采取臨時支護措施防止軸向偏位進一步擴大。（4）由于泡沫輕質(zhì)土自流平的特性，路基橫坡、縱坡通常由部分路床土、路面底基層、墊層等作為調(diào)平層。調(diào)平層的工程量與泡沫輕質(zhì)土頂層的分塊尺寸密切相關(guān)，因此，施工前應對泡沫輕質(zhì)土頂面澆筑區(qū)進行劃分，并進行各分區(qū)控制標高計算，施工時按標高控制施工。

3 回填應用案例經(jīng)濟分析

3.1 橋頭臺背回填案例一

沾化至臨淄公路項目K78+075大橋0號、8號橋臺，橋頭路基填土高度分別為6.1 m、6.7 m。

3.1.1 方案一：常規(guī)處理方案

橋臺臺背回填采用4%水泥處治土，德陽發(fā)泡混凝土見圖4。橋頭地基處理采用漿噴樁，漿噴樁的直徑取0.5 m，漿噴樁在平面上呈正三角形布置，間距為1.2～1.5 m，縱向處理長度40 m；橋臺為肋板式臺，樁基礎(chǔ)采用雙排樁，設(shè)計樁長43 m。

圖4 方案一橋臺立面（除高程外，單位：cm) 下載原圖

3.1.2 方案二：泡沫輕質(zhì)土方案

橋臺臺背采用泡沫輕質(zhì)土回填，見圖5。經(jīng)沉降計算后確定采用輕質(zhì)土填筑臺背后不需要進行橋頭地基處理即可滿足工后沉降要求；由于輕質(zhì)土固化后不產(chǎn)生側(cè)向推力，橋臺采用樁柱式橋臺，樁基礎(chǔ)設(shè)計樁長40 m，每個樁柱另外配一根15 m長輔助樁。

圖5 方案二橋臺立面（除高程外，單位：cm) 下載原圖

方案一臺背回填、橋臺、橋頭地基處理等建安費德陽發(fā)泡混凝土合計557.7萬元；方案二臺背回填、橋臺等建安費合計502.7萬元。比較發(fā)現(xiàn)，采用泡沫輕質(zhì)土方案，兩個橋臺共可節(jié)約建安費55萬元。

3.2 橋頭臺背回填案例二

沾化至臨淄公路項目K18+640公鐵立交0號、24號橋臺，橋頭填土高度分別為9.1 m、9.2 m。

3.2.1 方案一：常規(guī)處理方案

采用4%水泥土進行臺背回填，見圖6。橋頭地基采用預制管樁進行地基處理，樁型樁徑400 mm，壁厚60 mm，樁中心間距2.3～2.9 m。橋臺采用肋板式臺，樁基礎(chǔ)采用雙排樁，設(shè)計樁長53 m。

圖6 方案一橋臺立面（除高程外，單位：cm) 下載原圖

3.2.2 方案二：輕質(zhì)土方案

采用泡沫輕質(zhì)土進行臺背回填，見圖7。德陽發(fā)泡混凝土橋頭地基采用管樁進行處理，橋臺為樁柱式橋臺，設(shè)計樁長38 m，每個樁柱另外配一根15 m長輔助樁。

圖7 方案二橋臺立面（除高程外，單位：cm) 下載原圖

方案一采用水泥土臺背回填方案，臺背回填、橋臺、橋頭地基處理等建安費合計1 082.5萬元；方案二泡沫輕質(zhì)土臺背回填方案，臺背回填、橋臺、橋頭地基處理等建安費合計1 030.7萬元。采用泡沫輕質(zhì)土方案，兩個橋臺共可節(jié)約建安費51.8萬元。

3.3 應用總結(jié)

在滿足《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30—2015)[12]要求工后沉降的基礎(chǔ)上，結(jié)合地基處理優(yōu)化及橋臺設(shè)計優(yōu)化后，采用泡沫輕質(zhì)土進行臺背回填可有效加快施工進度，減少臺背工后沉降，降低工程造價。德陽發(fā)泡混凝土（1）泡沫輕質(zhì)土澆筑成型后其整體性能良好，因此，其路基路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能良好，減少了橋頭跳車現(xiàn)象，行車穩(wěn)定舒適。（2）工程造價上來講，通過兩個橋頭回填案例分析可知，相較于常規(guī)回填處置，采用路橋設(shè)計一體化方案的泡沫輕質(zhì)土更加節(jié)省工程造價且能達到相應的工程要求。（3）施工性能方面來講，泡沫輕質(zhì)土的工藝要求在其澆筑養(yǎng)護成型過程。而常規(guī)回填對于土的壓實度有較高的要求，從施工便捷性上講，泡沫輕質(zhì)土回填更加便于施工。

4 結(jié)語

(1）同常規(guī)回填方法比較，泡沫輕質(zhì)土回填有效降低了工程造價，且降低橋頭路基工后沉降量。（2）泡沫輕質(zhì)土回填后的整體性能要優(yōu)于常規(guī)回填，可以避免橋頭跳車以及不均勻沉降等病害現(xiàn)象。（3）在現(xiàn)德陽發(fā)泡混凝土場應用中，由于泡沫輕質(zhì)土施工速度便捷、快速的特性，在涉及有保通要求的高速公路工程中優(yōu)勢較明顯，縮短了工期。

參考文獻

[1] 陳行.泡沫輕質(zhì)土特性及工程應用分析J.福建建筑,2021,271(1):77-80.

[2] 郭燕鋒.橋梁臺背回填泡沫輕質(zhì)土施工技術(shù)J.交通世界,2020,554(32):98-100.

[3] 代茂華,王博.泡沫輕質(zhì)土在橋頭地基處理中的應用J.天津建設(shè)科技,2021,31(2):51-53.

[4] 于飛.氣泡混合輕質(zhì)土在蒲都高速路基回填中的應用J.工程建設(shè)與設(shè)計,2020,442(20):84-85.

[5]白永亮.泡沫輕質(zhì)土在高擋墻背回填中的應用J.江西建材,2021,267(4):德陽發(fā)泡混凝土159,161.

[6] 白云龍.淺談泡沫輕質(zhì)土在橋梁施工中的應用J.珠江水運,2021,525(5):30-31.

[7] 胡立.泡沫輕質(zhì)土路基建造施工關(guān)鍵技術(shù)研究J.西部交通科技,2021,165(4):23-24.

[8] 王永江.泡沫輕質(zhì)土在市政道路改擴建工程路基中的應用J.四川建材,2021,47(6):196-197.

[9] 陳忠平,孫仲均,錢爭暉.泡沫輕質(zhì)土充填技術(shù)及應用J.施工技術(shù),2011,40(10):74-76.

[10] 中國工程建設(shè)標準化協(xié)會.現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土技術(shù)規(guī)程:CECS 249—2008 S．北京:中國計劃出版社, 2008.

[11]郭進院.泡沫輕質(zhì)混合土力學試驗及微觀特性研究D德陽發(fā)泡混凝土.武漢:湖北工業(yè)大學, 2016.

[12] 中華人民共和國交通運輸部.公路路基設(shè)計規(guī)范:JTG D30—2015 S.北京:人民交通出版社, 2015.

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