泡沫轻质土在互通匝道路基填筑中的应用

钱茂华

(镇江市交通运输综合行政执法支队,江苏 镇江 212002)

0 引言

在桥梁与道路衔接段,采用石灰土等常规材料填筑路基时,由于路基和桥台刚性差异,在车辆、路面等长时间作用下,沉降差异越明显,桥头跳车越严重,行车舒适性与路面美观性大大降低,还增加了后期养护费用。泡沫轻质土是将发泡剂水溶液制成的泡沫,按照一定比例与水泥浆混合搅拌,在物理化学作用下硬化形成的一种轻质材料[1],其原材料简单易得,施工简易,安全环保,能有效控制桥头沉降,在工程建设领域有广泛应用前景[2-4]。因此,本文结合实际的公路工程项目,对泡沫轻质土在互通匝道路基填筑的实际应用进行分析。

1 工程概况

357省道丹阳至常州机场段改扩建工程位于镇江市丹阳市境内,沿线经过四个乡镇。全线按照双向六车道一级公路标准设计,设计速度为100 km/h,路线长19.277 km。其中B1标的南二环路互通为357省道与南二环路交叉设置的互通,为半苜蓿叶+半定向型立体交叉,共设有A、B、C、D、E、H六座匝道桥。齐梁路互通式立体交叉高架桥,分为I、J两座匝道桥。

互通匝道桥桥头路基填土高度为4～5 m左右。由于互通区地层大部分路段具有“表层普遍分布有约5 m厚硬壳层,下卧深厚软土层”的特点,市区施工工期较紧,因此匝道高填方桥头采用泡沫轻质土填筑路基,以达到减少工后沉降、避免桥头跳车的效果。同时,也减少了城市扬尘,在一定程度上缓解了土地资源紧张的问题。其主要工程数量见表1。

2 泡沫轻质土相关指标及特性

2.1 主要技术指标

本项目工程采用的泡沫轻质土主要技术指标有28 d抗压强度、湿密度等,详见表2。发泡剂性能指标见表3。土工膜厚度要求≥0.5 mm,采用φ1.5 mm@25 mm×25 mm的镀锌铁丝网。

表1 泡沫轻质土主要工程量一览表

表2 泡沫轻质土技术指标表

表3 发泡剂性能指标表

2.2 泡沫轻质土工程特性

泡沫轻质土比常见的施工材料的容重要低[5](见下页表4),地基中的自重应力相对较小,有利于控制路基沉降。可以通过不同的水泥、集料、发泡剂等配合比设计,调整泡沫轻质土的干密度,其范围为0.3～1.6 kg/m3,同时也可以调整无侧限抗压强度,范围为0.3～5.0 MPa[6]。制作的泡沫轻质土因具有良好的流动性,可采用输送管道进行输送。土在大量泡沫的物理化学作用下,可塑性增强,不需要占用大量的操作空间,且一次性浇筑成型,无须振捣、碾压和特别的养护,刚度比石灰土路基大,固化自立性良好,侧向变形较小,减小了对挡墙的侧向压力,对土体两侧结构物的稳定起到一定作用,能够缓解桥台处的刚性突变[7]。

表4 常见建筑材料容重一览表

3 泡沫轻质土的填筑

3.1 总体施工方案

该分项工程拟填筑8 000 m3的泡沫轻质土,利用高产能设备,由远程浆泵将水泥浆泵送至制备站(轻质土车载移动设备),沿路线两侧并行施工,提高施工效率,缩短工期。施工工序为:测量放线→边坡开挖→基底处理→分层浇筑→铺设钢丝网→分层浇筑→路面施工。

3.2 施工配合比强度试验

泡沫轻质土施工前,根据设计的强度、湿密度等指标要求,进行配合比设计。采用100 mm×100 mm×100 mm的施工配合比试块,与混凝土的试验方法基本相同,以2组12块试块分别检测7 d和28 d的抗压强度,结果不做尺寸折减。当检测出的7 d抗压强度值≥0.5倍设计要求,或者检测出的28 d抗压强度值≥设计要求时,该配合比满足施工要求。

3.3 基底处理及模板安装

(1)泡沫轻质土路段基底处理参考一般路基段,即20 cm厚5%的石灰土,压实度≥90%,其他指标满足规范。

(2)填筑前,应检查填筑基底,确保中线高程和路基宽度满足设计要求,且干净整洁。

(3)泡沫轻质土底部换填30 cm碎石,级配参考混凝土的集料级配,要求最大粒径≤5 cm,碾压密实。

(4)由于泡沫轻质土基底碎石碾压完成后,木方立柱斜撑无法嵌入碎石垫层中进行有力支撑,因此在泡沫轻质土模板安装前,应对基底整体进行浇筑10～15 cm泡沫轻质土垫层,然后再进行模板安装。

(5)泡沫轻质土模板由一块木模板(1.8 m×0.9 m)与立柱斜撑(4 cm×6 cm×1 m)组成。匝道安装模板时可以根据匝道固定宽度,对模板进行预加工,拆装便捷,节省工期。模板安装面必须水平一致,不能出现大面积漏浆现场。

(6)由于匝道泡沫轻质土顶面为5%纵坡,坡度较大,灰土调平层太厚会影响路基结构层,因此需要进行浇筑区模板划分。整体划分为多个模板区,上下浇筑层须错缝±80 cm。AK0+090.00～AK0+138.90段匝道模板安装、浇筑层划分如图1所示。

3.4 分层浇筑及钢丝网与土工膜铺设

(1)由于匝道泡沫轻质土顶部坡度较大,浇筑区不宜过大,否则顶部灰土调坡用量过大会影响路面整体结构,故浇筑区每层浇筑高度为50 cm,浇筑时间≤3 h,单个浇筑区面积为66.4 m2,单个浇筑区方量为33.2 m3,分层浇筑的间隔控制时间宜>6 h。

(2)浇筑每一层时要求设置横向变形缝,间隔距离为8 m,与上下层的施工缝位置错开,并及时将2 cm厚的泡沫塑料板填充进去。

图1 AK0+090.00～AK0+138.90段匝道模板安装、浇筑层划分示意图

(3)在顶层泡沫土中横向铺设一层1.5 mm@25 mm×25 mm型号的钢丝网,搭接的宽度≥100 mm。

(4)顶层泡沫土施工完毕后,横向铺设一层聚乙烯土工膜,搭接宽度≥100 mm。

(5)铺设完土工膜之后,应立即上灰土调坡,避免土工膜被工程机械与人工破坏。

3.5 施工过程质量控制

(1)湿密度对减轻土的侧压力和降低土的附加应力至关重要,可以进行配合比调节。现场实际施工湿密度为:距路床底≤1.2 m时为570 kg/m3,距路床底>1.2 m时为530 kg/m3。

(2)流动度是衡量泡沫轻质土流动性的重要指标,施工配合比设计的流动度为160～180 mm,这种情况下不易离析,输送距离较远,操作性较好。

(3)泡沫密度是保证湿密度稳定性的重要参数,设计泡沫密度为50 kg/m3。

过程控制指标详见表5。

表5 过程控制指标表

3.6 检验与沉降观测

抗压强度为公路路基填筑后的重要指标之一。分层填筑时,每个区段的每一浇筑层做1组试件,检测其28 d抗压强度。当泡沫轻质土填筑至最顶层时,每个区段的每一浇筑层做3组试件,分别作7 d和28 d抗压强度试验。试验检测方法与标准参考普通混凝土,且强度不做尺寸折减。

在泡沫轻质土路基底部放置一块材质为Q235,长度为500 mm×宽度500 mm的沉降板,中间采用镀锌管连接,沉降外套φ70 mm保护钢管,通过观测,当实际的沉降速率小于规定沉降速率时即可修筑路面。

4 应用效果分析

在匝道的泡沫轻质土路基填筑结束后,利用密度测量仪探测现场轻质土的密度,并将施工的轻质土装入模具进行恒温恒湿养护,相关检测结果见表6。根据检测结果可知,该泡沫轻质土的湿密度和抗压强度均能够满足项目施工要求。

表6 泡沫轻质土现场检测结果表

在互通匝道AK0+100.00断面(泡沫轻质土填筑)与AK0+080.00断面(石灰土填筑)开展交工质量核验路面沉降观测(2019年11月)和竣工质量复测路面沉降观测(2022年2月),观测数据见表7。由表7可知,将泡沫轻质土应用到既有互通匝道路基填筑中,能够在一定程度上降低荷载引起的沉降变形,保障桥梁路基过渡段的平整。

表7 路面沉降观测结果表

5 结语

相比于石灰土,泡沫轻质土单位体积造价是其数倍。但是,在互通匝道桥梁与路基过渡段采用泡沫轻质土填筑,不仅能够降低土的自重应力和对挡墙的侧向压力,而且能有效缓解桥台与路基的刚性突变,减小桥头跳车效果,增加行车舒适性和安全性,同时也提升施工速度与工程质量,其工程效益是可观的。但是,泡沫轻质土具有吸水率较高、易干燥收缩等缺点,是今后要重点解决的问题,以期为泡沫轻质土的进一步推广和普及奠定更坚实的基础,实现更为广泛的应用。