趙新宇（石濟(jì)鐵路客運(yùn)專線有限公司，河北石家莊　050051）

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氣泡輕質(zhì)土在既有高速鐵路路基加寬工程中的應(yīng)用

趙新宇
（石濟(jì)鐵路客運(yùn)專線有限公司，河北石家莊050051）

摘要利用氣泡輕質(zhì)土加寬既有高速鐵路路基可有效減輕路基填筑荷載，從而減少路基加寬導(dǎo)致的原路基的附加沉降和側(cè)移，并能縮短施工工期，保證工程質(zhì)量。本文分析了泡沫輕質(zhì)土的工程特性、材料使用要求和材料性能的影響因素，并結(jié)合某高速鐵路車站路基加寬應(yīng)用實(shí)例闡述了輕質(zhì)土路基設(shè)計(jì)及施工關(guān)鍵技術(shù)。監(jiān)測結(jié)果表明，氣泡輕質(zhì)土加寬路基對既有路基產(chǎn)生的影響輕微，效果良好。

關(guān)鍵詞高速鐵路；路基加寬；氣泡輕質(zhì)土；沉降控制

我國高速鐵路建設(shè)時(shí)，為節(jié)約用地，提高線路利用效率，新老線路交叉及并行問題不可避免。但在既有高速鐵路路基兩側(cè)新建路基可能導(dǎo)致原有的路基產(chǎn)生附加沉降甚至側(cè)移。由于既有線路的允許工后附加沉降及側(cè)移量非常小，因此既有高速鐵路路基的加寬成為一個(gè)難題。輕質(zhì)材料路基尤其是氣泡輕質(zhì)土的應(yīng)用為解決此問題提供了有效方法。

氣泡輕質(zhì)土密度通常在300～1 300 kg/m3，僅為路基土質(zhì)填料的1 /5～1 /3，具有輕質(zhì)性、密度可調(diào)性，采用普通硅酸鹽水泥與發(fā)泡劑生成泡沫，混合后泵送澆筑，取材容易、施工簡單。該材料還具有固化后自立性、低彈減震性、耐久性、隔熱及抗凍融性、環(huán)保性等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)應(yīng)用在建筑工程、道路工程等多個(gè)領(lǐng)域。作為路基填筑材料主要用于：①減輕路基重量，控制沉降，減少側(cè)向土壓力，收攏坡腳，減少用地；②過渡段沉降變形控制；③半挖半填路基的剛度控制；④困難施工條件下的填方路基，路基的加寬等方面的應(yīng)用［1-3］。不同的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)形成了多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)［4-6］。

1氣泡輕質(zhì)土性能的主要影響因素

輕質(zhì)土為多孔結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度除了受發(fā)泡劑形成的氣孔形狀影響外，還受孔壁材料強(qiáng)度和氣孔的孔隙率（氣泡引入量）影響。對于同一強(qiáng)度的水泥漿，強(qiáng)度主要受水灰比影響。水泥凈漿的水灰比和泡沫摻入量是影響材料性能的2個(gè)重要因素。

1. 1水灰比對輕質(zhì)土性能的影響

水灰比的降低能減少空洞，提高強(qiáng)度，但水泥用量增加導(dǎo)致成本增加。水灰比過低時(shí)導(dǎo)致漿液粘稠，流動(dòng)性較差，使得漿體與氣泡混合過程中泡沫易于破裂匯聚，造成泡徑不均勻。同時(shí)由于用水量過少，使水泥水化反應(yīng)不完全，造成強(qiáng)度增長受限。水灰比過高，泡沫輕質(zhì)土?xí)驗(yàn)樗嗍Y(jié)構(gòu)收縮和水分蒸發(fā)而產(chǎn)生微管和裂縫，而且硬化后多余的水也會(huì)在水泥石中形成大量不同孔徑的孔隙。這些都會(huì)降低泡沫輕質(zhì)土的強(qiáng)度，甚至影響耐久性能等指標(biāo)［7-8］。為了提高漿體的流動(dòng)性能，保證水泥漿體與泡沫充分混合均勻，使泡沫均勻地分布于體系中，則需要確定合理的水灰比。

400 kg/m3濕密度時(shí)氣泡輕質(zhì)土抗壓強(qiáng)度隨水灰比的變化曲線見圖1?？梢婋S著水灰比的降低強(qiáng)度逐漸增加，強(qiáng)度最大時(shí)水灰比約0. 3，隨后由于用水的減少，漿液與泡沫很難攪拌均勻，強(qiáng)度降低。實(shí)際施工時(shí)，水灰比過低導(dǎo)致氣泡輕質(zhì)土制備困難，流動(dòng)性差，輸送困難。因此目前施工常用的水灰比一般為0. 5～0. 7。

圖1　氣泡輕質(zhì)土抗壓強(qiáng)度與水灰比關(guān)系曲線

1. 2氣泡摻入量對輕質(zhì)土性能的影響

氣泡輕質(zhì)土的主要強(qiáng)度是靠孔壁的支撐作用產(chǎn)生的，氣孔的形狀、尺寸、氣孔壁的組成成分、壁厚等決定了氣泡混凝土的性能。氣泡引入量大時(shí)增加了輕質(zhì)土中的空洞，使輕質(zhì)土重度降低，減少了水泥的用量。氣孔含量增加減小孔壁厚度，使強(qiáng)度降低。

氣泡輕質(zhì)土抗壓強(qiáng)度隨干密度的變化曲線見圖2。鐵路路基用氣泡輕質(zhì)土強(qiáng)度通常為0. 8～4. 0 MPa，對應(yīng)的干密度為450～700 kg/m3。

圖2　氣泡輕質(zhì)土抗壓強(qiáng)度與干密度關(guān)系曲線

2　氣泡輕質(zhì)土的現(xiàn)場應(yīng)用

2. 1工程概況

某高鐵車站利用既有車站作為新線車站，進(jìn)入車站后需要新增2站臺(tái)和6股道。既有車站路基高度約7 m，新增站臺(tái)填方高度最大約8. 3 m，軌道下填方高度約6. 3 m。由于新增站臺(tái)及線路緊貼既有運(yùn)營高鐵線路，采用常規(guī)的填方施工方法不可行。主要有2個(gè)難點(diǎn)：①填方高度大，新填方的附加荷載直接作用在坡面及坡腳，對既有線路產(chǎn)生附加應(yīng)力，導(dǎo)致不均勻沉降。②常規(guī)的填方方案需進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)碾壓，施工過程對既有線路擾動(dòng)較大，可能會(huì)引起既有線路的沉降變形。

2. 2路基填筑方案

為保證既有運(yùn)營高鐵的安全，通過增強(qiáng)地基的處理方法已經(jīng)不能解決運(yùn)營線路的附加沉降問題。選用氣泡輕質(zhì)土進(jìn)行填筑，可以降低加寬路基的附加應(yīng)力，同時(shí)避免施工對既有線路的擾動(dòng)。

氣泡輕質(zhì)土加寬路基的設(shè)計(jì)斷面見圖3。既有線路坡腳仍然采用預(yù)應(yīng)力管樁加固，樁間距2. 0 m，正方形布置，應(yīng)力影響線之內(nèi)預(yù)應(yīng)力管樁30 m長，樁頂設(shè)置0. 15 m厚碎石墊層，碎石墊層頂設(shè)置0. 5 m厚C35鋼筋混凝土板。氣泡輕質(zhì)土的主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

圖3　氣泡輕質(zhì)土加寬路基設(shè)計(jì)斷面

表1　泡沫輕質(zhì)土路基施工濕密度及強(qiáng)度

2. 3施工技術(shù)

輕質(zhì)土澆筑前根據(jù)施工現(xiàn)場邊界條件先進(jìn)行澆筑區(qū)、澆筑層劃分，檢查基底確保無雜物、無積水，基底高程滿足設(shè)計(jì)要求且應(yīng)符合3點(diǎn)要求：①單個(gè)澆筑區(qū)頂面面積最大不應(yīng)超過400 m2，單個(gè)澆筑區(qū)長軸方向長度不宜超過20 m；②相鄰澆筑區(qū)用1. 8 cm厚的木夾板支擋間隔分縫，木夾板為臨時(shí)支檔模板并兼作變形縫填充物，不得抽掉；③單層澆筑層的厚度宜控制在0. 3～1. 0 m，輕質(zhì)土路基頂部0. 8 m厚度須作為獨(dú)立的澆筑層，每層應(yīng)一次性澆筑完畢。

施工控制要點(diǎn)：①當(dāng)氣溫不低于15℃時(shí)同一區(qū)段上下相鄰澆筑層澆筑間隔時(shí)間最短可按8 h控制，否則澆筑間隔時(shí)間應(yīng)不低于12 h；②單個(gè)澆筑層的澆筑時(shí)間應(yīng)控制在2 h內(nèi)；③應(yīng)沿澆筑區(qū)長軸方向自一端向另一端澆筑，如采用1條以上澆筑管澆筑時(shí)則可并排地從一端開始澆筑，或采用對角澆筑方式；④澆筑過程中當(dāng)需要移動(dòng)澆筑管時(shí)應(yīng)沿澆筑管放置的方向前后移動(dòng)而不宜左右移動(dòng)，澆筑管如確實(shí)需要左右移動(dòng)，則應(yīng)盡可能將澆筑管提至當(dāng)前已澆筑輕質(zhì)土表面后再移動(dòng)；⑤澆筑過程中澆筑管出料口盡可能置于當(dāng)前澆筑面以下，在掃平表面等情況下澆筑管出料口離當(dāng)前澆筑面的距離不宜高于1. 5 m。

3　現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果

為保證線路運(yùn)營安全，在第5～7股道沿路線方向布置3條測線，沿線布設(shè)自動(dòng)監(jiān)測點(diǎn)。每一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)上安裝位移計(jì)，每一個(gè)位移計(jì)安裝于軌道底板下路基封閉層混凝土上。監(jiān)測結(jié)果顯示：第5，6，7道的最大沉降量分別是1. 43，1. 80，1. 86 mm，最小沉降量分別為0. 09，0. 09，0. 03 mm?？梢姡敬温坊訉捠┕ひ鸺扔芯€沉降輕微，采用氣泡輕質(zhì)土加寬填筑保證了既有高速鐵路的安全。

4　結(jié)語

利用氣泡輕質(zhì)土加寬既有高速鐵路路基可有效減輕新路基填筑荷載、減少路基加寬導(dǎo)致的原路基的附加沉降和側(cè)移，并能縮短施工工期，保證工程質(zhì)量。本文結(jié)合某客運(yùn)專線車站路基加寬應(yīng)用實(shí)例，總結(jié)提出了輕質(zhì)土路基設(shè)計(jì)及施工關(guān)鍵技術(shù)。既有線路基加寬氣泡輕質(zhì)土路基填筑監(jiān)測結(jié)果表明：氣泡輕質(zhì)土路基可以降低加寬路基引起的附加應(yīng)力，減小既有路基的沉降變形，同時(shí)避免了施工對既有線路擾動(dòng)。采用氣泡輕質(zhì)土加寬既有線路基方案是合理的。

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（責(zé)任審編葛全紅）

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

中圖分類號(hào)TU528. 2；U418. 5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

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

文章編號(hào)：1003-1995（2016）06-0096-03

收稿日期：2016-04-11；修回日期：2016-04-25

作者簡介：趙新宇（1962—），男，高級(jí)工程師。