泡沫轻质土材料在城市软基道路中的处治应用

刘建文

（山西省太原市市政池渠设施管理处 030012）

引言

在省内部分城市的道路建设实践中，由于部分城市路段地处沿河位置，由于地下水渗透作用长期影响，导致沿河路段的路基土层天然含水量指标较高，部分路段路基土层含水量已经达到软土级别。在省内以往的软土路基施工处理实践中，较为常见的软土路基病害有以下两大类：①由于路基基础承载能力不满足承载要求，导致路面结构路堤边坡出现失稳问题；②在外部车辆长期荷载作用下，荷载和环境的耦合作用导致地基结构变形严重，路面沉降值超过极限值，严重影响道路使用。目前，在省内城市市政道路特殊路基施工处治过程中，较为常见的软土路基处治方式有以下几类，即：振动冲击法、高压喷射注浆法、混凝土深层搅拌法、夯实法及置换法等。上述软土路基处治方式相对传统，技术手段成熟，能够处治不同含水量和孔隙比下的软土路基，但都需要投入较大人力及物力成本，工程投资量较大。轻质土填充处治技术是近几年逐步兴起的一种软土路基处治方式，在省内城市软土路基处治中得到一定的应用。本文以省内城市道路软土处治为研究对象，详细分析了轻质土处治技术的应用情况。

1 泡沫轻质土的三种常见类型

所谓轻质土填充材料就是指其在同等体积状态下，自然状态下密度值低于一般的天然土质材料。在轻质土填充材料使用实践中，大部分轻质土一般均经过后期人工加工合成，在原有土体的基础上添加一定的混合料和外加剂以达到轻质的目的。当前，在省内城市软土路基施工处治实践中，常用的人工轻质土类型为EPS轻质土和气泡式轻质土两种，上述两种轻质土的优势在于其土体的密度值、承载强度、刚度及变形性能均能通过调整材料类型和配合比改变，从而达到适应不同工程类型的需要。

1.1 EPS轻质土工程特性分析

EPS是发泡聚酯乙烯类产品，其通过化学方式将颗粒状的聚苯乙烯经过发泡技术制成。EPS发泡聚酯乙烯具有以下基本特点：①轻质性能，发泡聚酯乙烯的天然密度在15～20kg/m3，其密度值水平均为天然砂石填筑材料的1/100左右，轻质性能极其突出。②轻质土综合强度较高，压缩性能优良，在轻质土弹性范围内，其压缩综合强度高达150kN/m2以上。③自身稳定性较高，在外荷载作用下，其侧向位移值极其有限。④轻质土在外荷载及环境耦合作用下耐久性良好，具备较高的防渗能力，在低温反复冻融循环作用下影响较小。⑤施工便捷，经现场施工实践检验，采用轻质土处治方式从开始处理到最终通车运营，其工期一般能够控制在4个月以内。

1.2 EPS颗粒性混合轻质土类型

同EPS轻质土相比，经过工程实践发现，其更加适用于我省的软土路基处治实践，其最早被我国南部沿海城市开发使用，考虑到其在处治轻质土过程中具备施工工期更短，软土适用性更高的基本特点，被广泛应用在城市公路软土路基处治实践中。以省内东南部某城市沿河公路软土路基处治施工为例，为了适应该工程项目施工工期较短，软土路基土质条件较差等特点，经项目处治实践检验发现，其软土路基处治效果良好。EPS颗粒混合轻质土施工原理是将EPS颗粒泡沫或者碎片状态的土料，其中包括大量的：淤泥、粉土、砂石土及粉煤灰等材料，采用外加水泥或者固化剂的方式提升混合土的综合性能，加入水后，固化剂与水分发生化学反应，轻质土颗粒在固化作用下形成改良性土质。改良土具备以下基本特点：①改良土密度值能够结合处治施工现场情况在800～1200kg/m3内调节；②改性土的综合承载能力更高，尤其体现在侧向抗压强度指标上，其4周后的侧向抗压强度值可以达到400kPa以上，CBR值能够超过15；③EPS颗粒土的侧向压缩模量介于3.5～8.5之间，能够较好地适应软土路基变形复杂的特点，实现在外荷载作用下的协同变形；④防水性能较高，尤其在外荷载长期挤压作用下，土体防水抗渗能力较高。

1.3 气泡轻质土

同其他类型轻质土性质和制作方式不同的是，气泡轻质土主要是将高性能水泥、水、级配合理的砂和气泡按照一定的比例充分混合搅拌后，并最终使其凝固硬化成型，形成满足填筑条件的成型材料，即：FCB。气泡轻质土本质上属于混凝土材料的一种，其中高性能水泥的作用是为了起到固结作用。气泡轻质土具备以下基本特点：①气泡轻质土的密度值也能够在一定范围内调整，其密度值范围介于500～800kg/m3；②气泡轻质土的综合承载强度值可以在0.4～0.6MPa之间调整，强度值覆盖范围更广；③由于气泡轻质土属于混凝土类型中的一种，其性质更加贴近自密实水泥混凝土，因此，气泡轻质土具有较高的流动性，最大水平输送距离超过400m以上；④施工便捷，采用气泡轻质土施工区域占用小，能够实现分点处治，且自密实特性显著，不需要外部设备碾压，施工作业面较小。

综合分析上述三种典型轻质土特性情况，三种典型的轻质土软土路基处治方式特点归纳如表1所示。

表1 城市道路路基处治方式技术特点对比

2 泡沫轻质土软基处治施工技术——以省内城市沿河公路软土路基处治为例

2.1 城市道路软土路基反向开挖

在采用轻质土处治软土路基过程中，首先必须保证软土路基段的防排水工作，在反向开挖过程中，应严格依照项目施工图纸，进行现场放样并进行路基开挖，泡沫轻质土路堤位置底部应采用台阶形坡面形式进行放坡处理，并做到精细化开挖，没开挖一层坡面后应进行相应的整平处治。反向开挖完成后，在轻质土施工前，应对轻质土的基础底层进行反复碾压，保证轻质土的路基底部碾压压实度高于95%以上。考虑原有施工位置的挡土墙结构的自身稳定性较差，采用泡沫轻质土固化后能降低对挡土墙的横向挤压力，反向开挖过程中便于保留挡土墙结构。泡沫轻质土施工保护面板采用原有的砌筑式直立挡土墙。泡沫轻质土浇筑前的施工流程如图1所示。

2.2 泡沫轻质土施工技术

图1 泡沫轻质土浇筑前的施工流程图

本文以泡沫轻质土软土路基处治为研究对象，采用搅拌均匀且发泡完整的气泡轻质土进行泵送；在泵送过程中，气泡轻质土一般经管道运输或者直接采用泵送管输送。采用管道运输能够最大程度降低气泡轻质土的消解情况，在输送过程中，由于振动效应导致气泡不断消解，气泡轻质土的湿润特性出现变化，流动性逐步降低。根据现场施工情况，拟采用泵送管输送技术。为了保证气泡轻质土的稳定性，泵送区域与施工场地的距离应保持在200m以内。轻质土浇筑过程中，为了保证浇筑的质量和成型性，应充分认识到气泡轻质土分散性。在具体施工过程中，必须控制振动频率，具体浇筑过程中，可以借助导流槽辅助浇筑，且必须留意轻质土质量，由于气泡轻质图在遇水后将快速消解，应防止避免雨天施工。填筑泡沫轻质土过程中，由于自重影响，会导致气泡压缩，所以，在填筑过程中泡沫轻质土有时出现紧缩问题，导致湿容重增加，因此，浇筑厚度应控制在0.5～1.2之间。

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