泡沫轻质土抗浮技术在道路工程中的运用

万尚武

（上海徐汇市政养护工程有限公司，上海市 200232）

1 工程概况

1.1 选用泡沫轻质土背景

阳光路(规划滨江大道—兆丰路)位于黄浦江南延伸段B单元南端，为“尚海湾豪庭”住宅开发项目的市政配套工程。该项目于2010年6月底开工建设前，上海轨道交通7号线“船厂路站—后滩站”下行区间隧道340环附近发生了较多的管片接缝渗漏水、漏泥漏砂和管片碎裂现象，300～360环范围内隧道结构横向变形增加明显。为确保轨道交通7号线的安全运营，需要对阳光路换填减载，并最终确定选用泡沫轻质土换填。

1.2 泡沫轻质土设计与施工各项指标

阳光路范围西起兆丰路（K0+034.067），东至规划滨江大道（K0+396.894），道路全长 362.827 m。设计路福宽度为16.0 m，属城市支路I级。阳光路全线土路基采用泡沫轻质土置换，原地面标高4.48～4.85 m，开挖宽度16.0 m，深度挖至2.3 m标高，然后填筑20 cm厚碎石垫层，再换填泡沫轻质土至相应设计标高，换填厚度在2.3～4.183 m。

表1为泡沫轻质土施工配合比。表2为泡沫轻质土湿密度及抗压强度指标。

表1 泡沫轻质土施工配合比表

表2 泡沫轻质土性能指标

泡沫轻质土主要设计及施工参数见表3。

道路施工范围内纵向排设一根φ1200 mm玻璃纤维增强塑料夹砂管(FRPM管)，窨井采用同材质的定型产品，管内底标高3.45～2.56 m。

泡沫轻质土施工日期为2012年6～9月，正值雨季及台风暴雨期施工。

1.3 地质资料

第①层：杂色杂填土，层厚3.7～4.0 m，层底标高0.95～0.62 m；表层1～2 m以混凝土地坪、杂填土为主，其下以杂色粘性填土为主。

第③层：灰色淤泥质粉质粘土，层厚4.5～4.80 m，层底标高-3.80～-3.88 m。饱和，流塑，无摇振反应，稍有光滑，干强度中等，韧性中等，属高压缩性土。

第④层：灰色淤泥质粘土，孔深15.3 m，未揭穿。饱和，流塑，无摇振反应，光滑，干强度高，韧性高，属高压缩性土。

1.4 地下水位情况

年平均地下水高水位埋深0.5 m，低水位埋深1.50 m；地下水对混凝土无腐蚀性。地下水位变化主要受大气降水、地表泾流及黄浦江水位变化而变化。

1.5 工程施工特点

（1）上海首次在市政道路土路基工程中采用现浇泡沫轻质土换填减载技术。

（2）泡沫轻质土运用于正在运营的地铁项目，如何保证施工质量、保证轨道交通安全是本次实施的重点。

（3）泡沫轻质土施工地铁部门要求。

施工前与地铁部门多次协调，在确保地铁运行安全的前提条件下，按地铁部门要求采用如下分段：12 m段，共分30段，每段浇筑泡沫轻质土方量约622.0 m3。每段浇筑时间控制在22 h内完成。每一段施工时间（见表4）报地铁部门审批同意后，方可实施。

表3 泡沫轻质土主要设计及施工参数

表4 一个施工段时间安排表(12 m长×16 m宽为1个施工段)

2 泡沫轻质土施工遇台风暴雨出现上浮问题处理

2.1 50a一遇“海葵”强台风暴雨导致泡沫轻质土上浮现状

2012年7月17日至8月3日，阳光路泡沫轻质土已施工229 m，桩号为K0+034～K0+263，第1次浇筑高度1.40～1.69 m。2012年8月8日，上海遭到50 a一遇强台风暴雨“海葵”影响，整个施工区域均浸泡在雨水中，导致该段泡沫轻质土发生上浮现象，上浮高度在20 mm以内。

2.2 应对突发事件采取的抗浮施工技术措施

（1）在基坑四周设置拦水堤埂，防止周边路面雨水倒灌入。

（2）挖集水坑强制排水，降低地下水位。沿基坑周边每隔20 m设置1个集水坑，挖至坑底，然后用潜水泵进行强排水，降低地下水位。

（3）在基坑四周设置排水明沟，强制降低地下水位。沿基坑四周设置排水明沟，使施工区域内地下水贯通，然后利用集水坑潜水泵强排水，降低地下水位。

（4）泡沫轻质土抗浮控制水位与警戒水位设定。

式（1）、（2）中：f浮——泡沫轻质土所受浮力；

ρ水——水的密度；

h水——水位差，h混凝土=地下水位高程－轻质土底面高程；

G混凝土——泡沫轻质土自重；

ρ混凝土——泡沫轻质土密度；

h混凝土——泡沫轻质土填高，h混凝土=轻质土顶面高程－轻质土底面高程。

根据已浇筑泡沫轻质土标高推算，泡沫轻质土上浮控制地下水位标高为3.323 m，警戒水位设定为3.10 m。

（5）泡沫轻质土沉降与基坑水位观测。

沿道路每隔10 m设置1个观测横断面，并设置5个观测点，增置1个黄浦江水位观测点（见表5）。

表5 基坑水位观测点设置

在超警戒水位阶段，水位及沉降观测每1 h进行1次；水位降至警戒水位以下20 cm内，水位及沉降观测每2 h进行1次；水位降至警戒水位以下20 cm后，水位及沉降观测每天进行1次。

经过昼夜5 d时间的强排水措施，地下水位降至标高2.85 m左右，泡沫轻质土累计沉降16 mm，基本恢复稳定。

2.3 应对再次台风暴雨采取的抗浮预防技术措施

由于受公用管线施工影响，泡沫轻质土需分两次施工，间隔2个月时间才能施工至设计标高。而8～10月为上海市台风暴雨多发季节，为应对再次发生强台风暴雨影响，避免泡沫轻质土再次发生上浮现象，采取以下预防措施。

（1）推算泡沫轻质土抗浮控制水位与警戒水位。该段泡沫轻质土按加高50 cm处理后，重新推算泡沫轻质土上浮控制地下水位标高为3.544 m，警戒水位设定为3.35 m。

（2）采用本文第2.2节抗浮技术措施：拦水堤埂、集水坑、排水明沟。

（3）增加砂包配重预防措施，根据不同水位及泡沫轻质土浇筑高度，按浮力公式计算，分别设置不同施工段的配重。

（4）建立潜水泵抽水常效措施，坚持每天观测水位。

（5）坚持每天收听天气预报，及时掌握未来一周天气动态，以便采取相应的预防措施。

2.4 针对已发生上浮开裂泡沫轻质土修复技术措施

（1）泡沫轻质土沉降稳定后，对已发生裂缝采用同材质进行灌缝处理。

（2）泡沫轻质土顶部满铺一层φ3～4 mm@5 cm×5 cm镀锌铁丝，防止裂缝向上反射。

（3）泡沫轻质土顶部浇筑一层50 cm轻质土。

2.5 检测效果

待轻质土保养期到后，经弯沉测试，均达到设计要求。

3 泡沫轻质土正常施工抗浮技术预防措施及运用

（1）验算地下水位与泡沫轻质土高差，设置警戒水位（见表6）。

经验算，泡沫轻质土上浮控制地下水位标高为3.31 m，警戒水位设定为3.10 m。

（2）设置集水坑进行排水。

基坑外侧每隔20 m设置1个集水坑，根据水位标高，定期用潜水泵进行抽水。

（3）基坑外侧排水明沟进行排水。

沿基坑四周设置一条排水明沟，与集水坑连通，使基坑内地下水及时排至集水坑，利用集水坑内潜水泵进行排水。

（4）基坑顶部设置阻水堤埂。

基坑顶部四周设置一道截面为50 cm（高）×80 cm（宽）阻水堤埂，阻止雨水期地表水倒灌入施工区域。

（5）坚持每天定时观测水位与泡沫轻质土标高，建立相应台账。

每天派专人定时定点观测地下水位及泡沫轻质土标高，以便及时掌握地下水与泡沫轻质土标高变化动态，及时用潜水泵进行排水，并建立测量观测登记表与抽水台账。

（6）建立地下水位报警机制。

施工现场建立业主、监理、施工方网络管理体系，以项目经理为第一联系人。现场监测水位一旦达到警戒水位，测量人员立即报项目经理，由项目经理组织有关各方，立即启动应急预案措施。

（7）坚持每天收听天气预报及一周天气动态，以便采取相应的预防措施。

监测人员坚持每天收听天气预报及未来一周天气预报，及时掌握天气动态，一旦有台风、特大暴雨等不利天气，及时通知项目经理，由项目经理组织有关各方，提前做好现场应急材料准备工作及泡沫轻质土抗浮预防技术措施。

后续泡沫轻质土施工阶段，由于建立了一套监测管理体制及应急管理网络体系，采取了有效的抗浮预防技术措施，施工现场未发生泡沫轻质土上浮现象，确保了泡沫轻质土施工质量。

4 施工过程中排水管道抗浮预防技术措施

4.1 验算泡沫轻质土施工阶段存在排水管道上浮现象

设计沿道路中心以北1.0 m处，纵向排设一根φ1200 mm玻璃纤维增强塑料夹砂管（FRPM管），窨井采用同材质的定型产品，管内底标高3.45～2.56 m，管顶标高为4.65～3.76 m；泡沫轻质土第一次施工标高为4.30 m，按排水管全部埋没在泡沫轻质土内考虑，经计算存在排水管道上浮现象。

表6 泡沫轻质土设置警戒水位验算表

φ1200 mm排水管占泡沫轻质土体积重量：

G混凝土=πr2Lρ混凝土=3.14159×0.61×0.61×1×550=642.94（kg/m）

φ1200玻璃纤维增强塑料夹砂管自重（空管）：G管自重=200.00 kg/m

显然，G管自重＜G混凝土，泡沫轻质土施工阶段存在排水管道上浮现象。

4.2 泡沫轻质土施工阶段排水管道抗浮预防技术措施

φ1200 mm排水管排设完毕后，管两端采取麻袋装土封堵，向管内注水至规定深度，即可抵抗泡沫轻质土施工阶段排水管道上浮现象。

按计算公式：管内装水重量+管自重＞管径体积泡沫轻质土重量，即可满足排水管道抗浮现象。

经验算，管内注水大于0.5m高度，即可满足泡沫轻质土施工阶段排水管道抗浮。

经实践运用，施工现场未发生泡沫轻质土施工阶段排水管道上浮现象。

5 结语

泡沫轻质土作为市政道路土路基，在上海尚属首次，能有效减小路基荷载对地基产生的附加应力，减小路基总沉降量，对地铁隧道、既有路基、桥台、地下管线等影响小。其适合桥头，原有道路拓宽，距地铁隧道、地下管线很近，路堤填土较高等路段的地基处理。路基抗浮施工技术措施，在常规道路施工中未曾应用，在现行道路施工规范中也未阐述。针对泡沫轻质土遇台风暴雨突发事件和常规土路基施工，采取抗浮施工技术措施，并针对施工阶段排水管道进行抗浮技术措施的运用，都有效预防了泡沫轻质土上浮给工程质量带来影响。本文对此进行了综合介绍，希望给后续类似工程施工提供借鉴。