蒋艳玲?蒋勋
摘 要:在社会经济高速发展的今天,我国交通运输事业也得到了极大的发展,大量已建运营多年的公路工程都面临着改扩建的问题,将新型泡沫轻质土用于公路拓宽施工,不仅能够节约用地,还能降低对沿线道路的影响。为此,本文在全面了解泡沫轻质土路用性能的基础上,通过规范施工工艺及工后沉降监测,表明泡沫轻质土的应用可有效控制路基差异沉降,降低施工难度,具有可行性。
关键词:泡沫轻质土;路基工程;工程概况
DOI:10.12249/j.issn.1005-4669.2020.26.302
伴随公路建设事业的高速发展,也带来了大量技术难题,如路基膨胀问题、软基上桥头跳车问题等。这些问题的产生,不仅会增加后期维修费用,还会影响行车舒适性、安全性。为有效处理路基差异沉降问题,提高工程质量,可选用一种轻质工程材料代替传统路基填筑材料,如泡沫轻质土。泡沫轻质土是一种新型的轻质填料,其特点为质轻、垂直浇筑、强度可控及保护环境。这种填料在公路工程施工中的应用,可大大减少施加于地基的荷载,消除或降低软弱地基段工后沉降的难题。
1 泡沫轻质土的性能分析
泡沫轻质土材料属于新兴材料,在多个领域应用较为广泛,如公路建设、建筑工程等,该材料的应用,可有效处理桥头跳车、新老路基差异沉降等问题。此类材料是通过气泡机发泡系统由发泡剂水溶液形成泡沫,随后按照一定比例均匀混合水泥浆、外加剂等材料,经物理、化学及自然养护所形成的材料。此类材料优点包括流动性强、施工便捷、环保、轻质性良好等。在道路施工中,此类材料可替代常规填土或常规填充工程材料。该材料的应用,可有效减少软基、路基荷载附加应力。为更好了解泡沫轻质土的应用效果,需对其性能进行分析。
1)抗压性能。泡沫轻质土抗压强度和水泥掺量之间为正比例关系,选28天龄期泡沫轻质土为研究对象,当水泥掺量每增加50kg,则泡沫轻质土抗压强度随之增加,将提升15%。此外,于泡沫轻质土抗压强度而言,养护龄期影响作用较大,在28天龄期时,将强度增加幅度变化为“快速-缓慢-稳定”。2)弯拉性能。泡沫轻质土弯拉强度特性和抗压性能基本一致,同样和水泥掺量之间呈正比例关系,同样在水泥掺量每增50kg,28天龄期时弯拉强度将随之增加,可提升13%。3)疲劳性能。对泡沫轻质土疲劳性能来讲,水泥掺量影响较大。在试验过程中,如以0.5为应力比,每增50kg水泥掺量,则泡沫轻质土承受的循环荷载次数将增加300%。
2 工程概况
某公路工程所处地形较为平坦,地势起伏小,位于亚热带季风气候区,降雨量充足,雨热同期。全长6.64km,路基宽8~16m,按照路面结构勘测结果显示,本路段软弱土层较为深厚,主要为淤泥质土等,仅做软基换填碎石,未进行深层处理。建成通车多年,交通量日益增长,局部路段逐步趋于饱和。为满足经济社会发展要求,进一步提高通行能力,决定对此路段进行改扩建施工。为有效控制路基差异沉降问题,可选用泡沫轻质土用于本工程施工。
3 泡沫轻质土施工技术要点
1)铺设土工膜、金属网。可在金属网上方铺设轻质土路基顶部防渗土工膜,可选用热焊法搭接处理,5cm为搭接宽度,需展平拉紧铺设,防止局部卷起,或做好锚固作业。在土工布铺筑前,需将一层碎石垫层铺设到基底,30cm为垫层厚度,且均匀分布。2)浇筑区、浇筑层与变形缝设置。按照施工具体情况,现浇泡沫轻质土施工,需合理控制单个浇筑区面积,一般顶面面积可控制在400㎡以内,长轴向长度最大不得超过20m。需在纵向上设置一道沉降缝,一般选取夹板、泡沫板作为沉降缝材料,且厚度控制在1.5cm以内。同时,需在1m内控制单层浇筑层厚度,待浇筑层划分好之后,需一次性完成每层浇筑工作。3)澆筑泡沫轻质土。(1)基底检查。每次浇筑前,必须检查好基底情况,保证基底没有任何杂物、积水,同时对基底高程进行测量,保证与设计要求相符。(2)浇筑施工要点。针对相同区段上下相邻浇筑层,需合理控制施工气温、浇筑间隔,通常温度控制在15℃以上,间隔时间控制在8~12小时。浇筑过程中,必须顺着浇筑区长轴方向的一端逐步浇筑至另一端,如浇筑时选用多条浇筑管,则需并排由一端逐步开始浇筑,或通过对角法进行施工。4)养护。浇筑至设计高程位置后,需在表面覆盖塑料薄膜,做好保湿养生工作。也可选取无纺布+洒水的方式进行养护,且在7天以上控制养护时间。在施工轻质土路基顶部路面时,严禁车辆通行。
4 泡沫轻质土施工监测效果分析
1)沉降观测效果。通车1年后,针对路面使用情况进行检测,经检测可知,泡沫轻质土路基的路面具有很小工后沉降情况,最大仅有4.5mm。且相同横断面路肩、路面中线部位,工后沉降几乎无差别,可认为本路面基本无沉降情况。由此可见,软土路基处理选择泡沫轻质土,可对路面工后沉降进行合理控制,且效果显著。2)地基分层沉降观测。经沉降观测可知,从监测起,本路段沉降呈直线下降趋势,工后60d沉降逐渐趋于稳定,经检测,通车2年之后,最终沉降在37cm以内。整体来看,本工程地基各土层沉降均较小,工后60d为最终沉降完成周期。当地基土体深度加深,则沉降量降低。在地表沉降最大,当深度18.5m时,通车2年后三个横断面累计沉降分别为K30+900为7.51m;K31+100为4.22m,K31+305为10.1m,当深度为28.3时,三个横断面基本无沉降现象。由此可见,在软土地基处理中,泡沫轻质土沉降影响深度具有相应范围。因泡沫轻质土具有质轻的特点,且减载成效良好。通过这种方法处理软弱地基,可有效控制工后沉降。3)水平位移观测成果及分析。(1)地基土体内部水平位移。上述三个断面,地基土体最大侧向位移发生深度各有不同,分别为K30+900位于4m处、K31+100位于8m处、K31+305位于11m,且最大侧向位移量也不尽相同,最大发生于K30+900处,该部位软土层深厚。由此可见,在地表下4~11m之间为最大侧向位移处。据相关研究表明,位移速率、荷载大小均会影响侧向位移量。当荷载持续加载,则位移量将随之增多,位移速率也会随之加快,填土结束后,则反之,位移量将随之降低,位移速率则会越来越小,甚至与零相近。侧向位移速率最大值状态时,填土为2.81~3.78m高,这与沉降速率变化规律具有统一性。也就是说,随着路基填土高度增加,地基土部分结构极易被损坏,将大大增加土体的塑性流动性,此时土体极易产生侧向挤出现象,从而导致侧向位移增大,为此,在整个过程中,必须做好土地位移监测工作,保证工程质量。(2)地表土体水平位移。本文采用观测边桩位移获取地表土体水平位移,经观测,上述三断面地表土体水平位移累计量范围为8~14mm,均产生于路堤坡脚相距10m左右部位,每天最大速率可达到1.2mm。
通过上述分析可知,填筑路基阶段,土体内部、地表土体均发生水平位移现象,而泡沫轻质土的应用,可有效控制土体水平位移速率。
5 结束语
综上所述,伴随社会经济的迅速发展,我国公路建设事业也取得了显著的成绩。在公路施工建设过程中,由于沿线较长,往往需要跨越很多复杂、多变的地层,甚至不得不修建于软土地基之上。因为软土自身的特殊性,使其多存于深厚土层以内,为此,在整个施工环节,应严格遵循施工要求,做好软土地基处理工作,如泡沫轻质土的应用,可有效避免产生路基不均匀沉降或路基失稳等问题,从而有效提升路基施工质量。
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