气泡轻质土在既有高速铁路路基加宽工程中的应用

赵新宇（石济铁路客运专线有限公司，河北石家庄　050051）



气泡轻质土在既有高速铁路路基加宽工程中的应用

赵新宇
（石济铁路客运专线有限公司，河北石家庄050051）

摘要利用气泡轻质土加宽既有高速铁路路基可有效减轻路基填筑荷载，从而减少路基加宽导致的原路基的附加沉降和侧移，并能缩短施工工期，保证工程质量。本文分析了泡沫轻质土的工程特性、材料使用要求和材料性能的影响因素，并结合某高速铁路车站路基加宽应用实例阐述了轻质土路基设计及施工关键技术。监测结果表明，气泡轻质土加宽路基对既有路基产生的影响轻微，效果良好。

关键词高速铁路；路基加宽；气泡轻质土；沉降控制

我国高速铁路建设时，为节约用地，提高线路利用效率，新老线路交叉及并行问题不可避免。但在既有高速铁路路基两侧新建路基可能导致原有的路基产生附加沉降甚至侧移。由于既有线路的允许工后附加沉降及侧移量非常小，因此既有高速铁路路基的加宽成为一个难题。轻质材料路基尤其是气泡轻质土的应用为解决此问题提供了有效方法。

气泡轻质土密度通常在300～1 300 kg/m3，仅为路基土质填料的1 /5～1 /3，具有轻质性、密度可调性，采用普通硅酸盐水泥与发泡剂生成泡沫，混合后泵送浇筑，取材容易、施工简单。该材料还具有固化后自立性、低弹减震性、耐久性、隔热及抗冻融性、环保性等优点，已经应用在建筑工程、道路工程等多个领域。作为路基填筑材料主要用于：①减轻路基重量，控制沉降，减少侧向土压力，收拢坡脚，减少用地；②过渡段沉降变形控制；③半挖半填路基的刚度控制；④困难施工条件下的填方路基，路基的加宽等方面的应用［1-3］。不同的应用领域已经形成了多个标准［4-6］。

1气泡轻质土性能的主要影响因素

轻质土为多孔结构，强度除了受发泡剂形成的气孔形状影响外，还受孔壁材料强度和气孔的孔隙率（气泡引入量）影响。对于同一强度的水泥浆，强度主要受水灰比影响。水泥净浆的水灰比和泡沫掺入量是影响材料性能的2个重要因素。

1. 1水灰比对轻质土性能的影响

水灰比的降低能减少空洞，提高强度，但水泥用量增加导致成本增加。水灰比过低时导致浆液粘稠，流动性较差，使得浆体与气泡混合过程中泡沫易于破裂汇聚，造成泡径不均匀。同时由于用水量过少，使水泥水化反应不完全，造成强度增长受限。水灰比过高，泡沫轻质土会因为水泥石结构收缩和水分蒸发而产生微管和裂缝，而且硬化后多余的水也会在水泥石中形成大量不同孔径的孔隙。这些都会降低泡沫轻质土的强度，甚至影响耐久性能等指标［7-8］。为了提高浆体的流动性能，保证水泥浆体与泡沫充分混合均匀，使泡沫均匀地分布于体系中，则需要确定合理的水灰比。

400 kg/m3湿密度时气泡轻质土抗压强度随水灰比的变化曲线见图1。可见随着水灰比的降低强度逐渐增加，强度最大时水灰比约0. 3，随后由于用水的减少，浆液与泡沫很难搅拌均匀，强度降低。实际施工时，水灰比过低导致气泡轻质土制备困难，流动性差，输送困难。因此目前施工常用的水灰比一般为0. 5～0. 7。

图1　气泡轻质土抗压强度与水灰比关系曲线

1. 2气泡掺入量对轻质土性能的影响

气泡轻质土的主要强度是靠孔壁的支撑作用产生的，气孔的形状、尺寸、气孔壁的组成成分、壁厚等决定了气泡混凝土的性能。气泡引入量大时增加了轻质土中的空洞，使轻质土重度降低，减少了水泥的用量。气孔含量增加减小孔壁厚度，使强度降低。

气泡轻质土抗压强度随干密度的变化曲线见图2。铁路路基用气泡轻质土强度通常为0. 8～4. 0 MPa，对应的干密度为450～700 kg/m3。

图2　气泡轻质土抗压强度与干密度关系曲线

2　气泡轻质土的现场应用

2. 1工程概况

某高铁车站利用既有车站作为新线车站，进入车站后需要新增2站台和6股道。既有车站路基高度约7 m，新增站台填方高度最大约8. 3 m，轨道下填方高度约6. 3 m。由于新增站台及线路紧贴既有运营高铁线路，采用常规的填方施工方法不可行。主要有2个难点：①填方高度大，新填方的附加荷载直接作用在坡面及坡脚，对既有线路产生附加应力，导致不均匀沉降。②常规的填方方案需进行机械振动碾压，施工过程对既有线路扰动较大，可能会引起既有线路的沉降变形。

2. 2路基填筑方案

为保证既有运营高铁的安全，通过增强地基的处理方法已经不能解决运营线路的附加沉降问题。选用气泡轻质土进行填筑，可以降低加宽路基的附加应力，同时避免施工对既有线路的扰动。

气泡轻质土加宽路基的设计断面见图3。既有线路坡脚仍然采用预应力管桩加固，桩间距2. 0 m，正方形布置，应力影响线之内预应力管桩30 m长，桩顶设置0. 15 m厚碎石垫层，碎石垫层顶设置0. 5 m厚C35钢筋混凝土板。气泡轻质土的主要设计参数见表1。

图3　气泡轻质土加宽路基设计断面

表1　泡沫轻质土路基施工湿密度及强度

2. 3施工技术

轻质土浇筑前根据施工现场边界条件先进行浇筑区、浇筑层划分，检查基底确保无杂物、无积水，基底高程满足设计要求且应符合3点要求：①单个浇筑区顶面面积最大不应超过400 m2，单个浇筑区长轴方向长度不宜超过20 m；②相邻浇筑区用1. 8 cm厚的木夹板支挡间隔分缝，木夹板为临时支档模板并兼作变形缝填充物，不得抽掉；③单层浇筑层的厚度宜控制在0. 3～1. 0 m，轻质土路基顶部0. 8 m厚度须作为独立的浇筑层，每层应一次性浇筑完毕。

施工控制要点：①当气温不低于15℃时同一区段上下相邻浇筑层浇筑间隔时间最短可按8 h控制，否则浇筑间隔时间应不低于12 h；②单个浇筑层的浇筑时间应控制在2 h内；③应沿浇筑区长轴方向自一端向另一端浇筑，如采用1条以上浇筑管浇筑时则可并排地从一端开始浇筑，或采用对角浇筑方式；④浇筑过程中当需要移动浇筑管时应沿浇筑管放置的方向前后移动而不宜左右移动，浇筑管如确实需要左右移动，则应尽可能将浇筑管提至当前已浇筑轻质土表面后再移动；⑤浇筑过程中浇筑管出料口尽可能置于当前浇筑面以下，在扫平表面等情况下浇筑管出料口离当前浇筑面的距离不宜高于1. 5 m。

3　现场监测结果

为保证线路运营安全，在第5～7股道沿路线方向布置3条测线，沿线布设自动监测点。每一个监测点上安装位移计，每一个位移计安装于轨道底板下路基封闭层混凝土上。监测结果显示：第5，6，7道的最大沉降量分别是1. 43，1. 80，1. 86 mm，最小沉降量分别为0. 09，0. 09，0. 03 mm。可见，本次路基加宽施工引起既有线沉降轻微，采用气泡轻质土加宽填筑保证了既有高速铁路的安全。

4　结语

利用气泡轻质土加宽既有高速铁路路基可有效减轻新路基填筑荷载、减少路基加宽导致的原路基的附加沉降和侧移，并能缩短施工工期，保证工程质量。本文结合某客运专线车站路基加宽应用实例，总结提出了轻质土路基设计及施工关键技术。既有线路基加宽气泡轻质土路基填筑监测结果表明：气泡轻质土路基可以降低加宽路基引起的附加应力，减小既有路基的沉降变形，同时避免了施工对既有线路扰动。采用气泡轻质土加宽既有线路基方案是合理的。

参考文献

［1］谢学钦，陈忠平.气泡混合轻质填土技术在解决中江高速公路桥头跳车中的应用［C］/ /全国高速公路地基处理学术研讨会论文集.北京：人民交通出版社，2005：495-499.

［2］谭少华，黄正昌.气泡混合轻质土技术在广佛高速公路扩建工程中的应用［J］.广东公路交通，2007（1）：1-5.

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［5］中华人民共和国住房和城乡建设部. CJJ/T 177—2012气泡混合轻质土填筑工程技术规程［S］.北京：中国建筑工业出版社，2012.

［6］天津市市政公路管理局. TJG F10 01—2011现浇泡沫轻质土路基设计施工技术规程［S］.天津：天津市市政公路管理局，2011.

［7］张磊蕾，王武祥.水料比对泡沫混凝土孔结构和性能的影响研究［J］.建材技术与应用，2011（5）：1-3.

［8］刘伟，邢锋，谢友均.水灰比、矿物掺合料对混凝土孔隙率的影响［J］.低温建筑技术，2006（1）：9-11.

（责任审编葛全红）

Application of Foamy Lightweight Soil in Subgrade Widening of Existing High Speed Railway

ZHAO Xinyu
（Shijiazhuang - Jinan Railway Passenger Dedicated Line Co.，Ltd.，Shijiazhuang Hebei 050051，China）

AbstractFoamy lightweight soil was used to widen existing high speed railway subgrade，effectively reducing the filling load of the new roadbed and the additional settlement and lateral displacement of old roadbed，shortening construction period and ensuring project quality. In this paper，the factors affecting characteristics of the foamy lightweight soil，material properties and requirements were analyzed. T he application to station subgrade widening was introduced to demonstrate lightweight soil design and construction. T he monitoring results show that the foamy lightweight soil in the subgrade widening has little side-effect on the existing subgrade.

Key wordsHigh speed railway；Subgrade widening；Foamy lightweight soil；Settlement control

中图分类号TU528. 2；U418. 5

文献标识码A

DOI:10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 06. 26

文章编号：1003-1995（2016）06-0096-03

收稿日期：2016-04-11；修回日期：2016-04-25

作者简介：赵新宇（1962—），男，高级工程师。