气泡轻质土在泸定延伸线路基加宽中的应用

顾涛 王东 袁泉

摘 要：本文分析了气泡轻质土的工程特性及其施工性能主要影响因素，以雅康高速泸定延伸线路基加宽工程为例，介绍了传统圬工支挡防护措施与气泡轻质土路基加宽设计比选分析，为类似工程设计提供一条设计思路。

关键词：气泡轻质土；路基加宽；施工性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.096

1 气泡轻质土工程特性及其应用目的

随着我国经济的高速发展，国内高速公路、低等级公路建设得到了迅猛发展。在工程建设时，为节约占地，提高线路利用效率，新老路线交叉及并行问题不可避免，在既有路基两侧或单侧加宽路基存在因填筑填料不同而产生不均匀沉降或侧向滑移等地质病害问题。采用气泡轻质土填筑加宽路基，是一种十分高效的处理措施。

气泡轻质土密度通常在500～1 500 kg /m?，每换填1m厚度的气泡轻质土可减少12～14Kpa荷载，具有轻质性、容重可调性、高流动性，采用普通硅酸盐水泥与发泡剂生成泡沫，混合后泵送浇筑，占地少，可与拌合场分离，施土简单、快捷。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，已在道路、铁路等工程领域得到应用。作为路基填筑材料主要用于：①减轻路基重量，控制不均匀沉降及侧向滑移，减少用地；②半挖半填路基的刚度控制；③困难施土条件下的填方路基，路基的加宽等方面的应用[1-3]。

2 施工性及其主要影响因素

气泡轻质土材料常采用泥浆泵等进行压送浇注。其施工性能主要从气泡轻质土的流动性、分离性和输送性等性能进行分析。一般在满足流动性能后，才能保证在输送过程中不出现滞留堵塞现象，在保证流动性的前提下，还需要将浇筑后出现的材料分离控制在一定范围内。

另外，在施工时选用的输送设备压力大小、设备类型选择，如全手动式泡沫混凝土设备、半手动式泡沫混凝土设备、半自动化设备、自动化泡沫混凝土设备等，选用不同类型设备，对材料输送效率、发泡质量、材料混合均质性等方面均有不同程度影响，从而影响到气泡轻质土的施工性。

当流动性较好时，可能会出现分离现象，而流动性较差时，反过来又会影响流动性。因此，要取得良好的施工性能指标，就必须对分析各指标之间的相互关系。

2.1 流动性及其影响因素分析

影响流动性的主要因素为水灰比和气泡体积量，在施工过程中，一般通过水灰比来调整气泡轻质土的流动性能。随着水灰比的增加，泡沫轻质土会因水泥石结构收缩和水分蒸发而产生微裂隙，大大降低其流动性能，同时也会降低泡沫轻质土的强度，甚至影响耐久性能等指标[4-5]。顾欢达曾用流动指标值[6]来研究水灰比与流动指标值之间的相互关系（图1），并得出施工时气泡轻质土流动指标值一般控制在（180±20）mm范围。

影响流动性的另一因素为气泡体积量，气孔的形状、尺寸大小、气孔壁厚等影响到气泡体积量，从而对气泡轻质土流动性产生影响。当气泡体积量增大时，增加了轻质土的空洞，重度降低，水泥量减少，使得气泡轻质土流动性降低。

2.2 离析性及其影响因素分析

气泡轻质土离析是指各种混合材料混合后因容重不同而产生的分层现象，它是控制施工性能的另一个重要指标。由于气泡混合轻质土由大量气泡、水泥、水、粉煤灰等胶凝材料组成，各种混合材料容重相差较大，容重大的材料在自重作用下向下沉淀，容重小的材料将在浮力作用下上浮，从而产生材料的离析。

为控制施工质量，必须将施工过程中气泡轻质土离析控制在一定范围内，这主要是通过调节水灰比来控制材料离析。一般随着水灰比的增大，离析率（离析后水的体积与离析前气泡混合浆液的体积比）也将随之增大，而水灰比降低时将会导致浆液粘稠度增大，离析性减弱，但过低的水灰比又会使浆液和泡沫很难搅拌均匀，导致气泡轻质土制备困难，流动变差，输送困难。因此，工程上常用的水灰比一般控制在0.5～0.7。

3 气泡轻质土应用案例分析

3.1 工程概况

泸定延伸线工程位于泸定县境内高山峡谷区，属于雅安至康定高速公路泸定连接线延伸段，总长约0.85Km，路线位于四湾老滑坡体前缘，前缘坡脚紧邻大渡河（图2），地形横坡陡峭，滑坡堆积层厚度80～120m，表部松散至稍密，中下部中密至密实。

本段原为G318国道，路基宽度6.5～10m不等，根据地方政府诉求借助雅康高速泸定互通将本段延伸线打造成泸定县市政形象工程，將路基宽度统一为8.5m，右侧增加2.5m人行道。由于受地形控制，延伸线大部分路段加宽需要采取支挡防护措施。填方直立边坡高度一般3～12m不等。

3.2 设计及施工技术难度

根据现场调查，设计施工技术难度主要受如下因素影响：

（1）承载力较低：浅表为松散块碎石土堆积，较为松散，地基承载力小于250Kpa；

（2）作业空间有限：地形横坡陡峭，紧邻大渡河，不具备大型机械作业便道平台条件；

（3）征地难度大：加宽段施工为当地村民荒地，位于少数民族地区，征地难度极大，当地村民不允许陡斜坡上施工挖方弃土堆积于大渡河岸边；

（4）保通压力较大：为解决施工期间当地治安维稳目的，施工期间老路不允许全部断道，需要保持当地村民自由出行，这个顺利施工带来较大的干扰；

（5）施工周期较短：雅康高速位于泸定县境内段，要求12月底必须通车试运营，而延伸线道路线型指标较低，不满足高速车辆出收费站后进县城需要，交通拥堵压力极大，必须确保12月底延伸线加宽同步完成施工，在未完成征地拆迁情况下时间仅剩2个多月，施工压力较大。

3.3 设计方案比选分析

为确定最佳设计方案，设计从技术可行性、施工难以程度、工程规模等方面进行了综合比选分析，初步选用4种方案进行比选分析论证。

（1）挡墙方案：采用挡墙存在承载力不足，为满足基础襟边要求，需对基础进行大开挖，造成坡体扰动破坏，部分路段挡墙高达15～20m，且因基础开挖需对原路基造成破坏，占地较多，施工周期较长，施工作业空间有限，容易造成安全事故；

（2）锚索桩板墙方案：地形横坡较陡，挡墙基础襟边不足，为满足襟边，需将桩基加深导致抗滑桩悬臂段长达25m，此方案悬臂较长，风险较高，且施工周期较长，锚索在土体内张拉效果较差，工程费用较高；

（3）悬挑方案：采用斜支撑角钢形式代替填土，但由于加宽段无基岩、地表土体密实不足，斜支撑结构基础没有有效持力层，难以支撑上部承重；

（4）轻质土方案：利用老路基右侧已建挡墙为模板，在面板侧增加支模，直接浇筑泡沫轻质土。为避免轻质土面侧过高产生倾倒问题以及与老路差异浇筑产生断裂错位问题，面侧采用注浆锚杆将轻质土与老路基形成整体受力。此种方案占地最小，施工周期最短，且对老路基车辆通行干扰较小。

经过比选分析，设计最终采用气泡轻质土方案（图3）。

工程施工从10月底开始，至12月底工程基本完成泡沫轻质土浇筑（图4）和注浆锚杆加固工程，提前完成雅康高速公路试运营期间车辆通行的要求，大大缓解了地方政府交通管制压力，赢得了当地政府和业主的一致好评。

4 结论

（1）气泡轻质土具有轻质性、流动性、可调节性、自立性等工程特性，可广泛应用于公路、铁路、市政基坑等工程，大大缩短施工周期，提高施工质量。

（2）为使气泡轻质土具有良好的施工性能，必须控制水灰比和气泡体积量，一般将水灰比控制在0.5～0.7。

（3）在作业空间受限、土地十分宝贵、施工周期较短的情况下，与传统圬工支挡防护措施相比，气泡轻质土方案具有一定的优越性，可优先采用气泡轻质土方案。

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研究会论文集.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（01）：1-5.

[3]陈忠平，王樹林.气泡混合轻质土及其应用综述 [J].中外公路，

2003，23（05）：117-120.

[4]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（05）：1-3.

[5]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（01）：9-11.

[6]顾欢达，顾熙.影响气泡轻质土工材料施工稳定性的因素及其试验研究[J].岩土工程技术，2003（01）：24-27.

作者简介：顾涛（1982-），男，工程师，主要从事地质勘察及不良岩土体设计工作。