李粒生，谷　波

（1.東山縣交通運(yùn)輸局，福建 漳州 363400；2.江蘇兆通工程技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210000）

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泡沫輕質(zhì)混凝土在陡坡路基工程中的應(yīng)用

李粒生1，谷波2

（1.東山縣交通運(yùn)輸局，福建 漳州 363400；2.江蘇兆通工程技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210000）

摘要：文章結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)泡沫輕質(zhì)混凝土在陡坡路基工程中的應(yīng)用進(jìn)行介紹。研究表明，與普通公路填料相比，泡沫輕質(zhì)混凝土在強(qiáng)度與壓實(shí)度方面有明顯的優(yōu)勢(shì)，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，換填泡沫輕質(zhì)混凝土后，路基位移量和影響深度均滿(mǎn)足穩(wěn)定性要求。

關(guān)鍵詞：路基工程；泡沫輕質(zhì)混凝土；穩(wěn)定性；填筑方案

泡沫輕質(zhì)混凝土是用機(jī)械方法將發(fā)泡劑水溶液制備成泡沫，再將泡沫加入到含硅質(zhì)材料（砂、粉煤灰等) 、鈣質(zhì)材料（石灰、水泥等)、水及各種外加劑等組成的料漿中，經(jīng)混合攪拌、澆筑成型、養(yǎng)護(hù)而成的一種內(nèi)部含有大量封閉氣孔的混凝土，這種混凝土由于輕質(zhì)多孔，具有良好的物理力學(xué)性能［1-4］。

1　工程概況

1.1工程地質(zhì)

國(guó)省干線(xiàn)公路聯(lián)十五線(xiàn)東山生態(tài)環(huán)島公路S1標(biāo)段蘇峰山聯(lián)絡(luò)線(xiàn)陡坡路基段場(chǎng)區(qū)為低山斜坡夾山間凹地地貌，地形坡度15~30°，地表植被發(fā)育，部分基巖裸露。K4+900~K5+000路段以半填半挖、填方路基通過(guò)，最大填高9.5 m，地面橫坡最陡處約26°，折合比例坡度約為1∶2，屬典型的陡斜坡填方工程。

本路段起點(diǎn)K4+900處與挖方路基相接，挖方路基長(zhǎng)度約100 m，K4+840 處為蘇峰山2號(hào)大橋橋頭；由于本路段地形陡峻，難以另外開(kāi)辟抵達(dá)蘇峰山2號(hào)大橋的便道，故本段路基能否及時(shí)竣工，直接制約著蘇峰山2號(hào)大橋的施工進(jìn)度，同時(shí)制約著整個(gè)工程項(xiàng)目的施工進(jìn)度。

據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪及鉆探成果，上覆坡積含碎石粉質(zhì)黏土（Qdl），下伏基巖為上三疊統(tǒng)-侏羅系（T3-J)變粒巖。場(chǎng)址區(qū)巖土層及其工程地質(zhì)特征如下：表層為含碎石粉質(zhì)黏土：（Qdl），黃褐色，硬塑，以黏粉粒為主，碎石占 30%~40%，成分為強(qiáng)風(fēng)化云母片巖，地表見(jiàn)大量粒徑 50~150 cm 的塊石，本次探坑揭露厚度1.80 m，土石工程分級(jí)為Ⅱ級(jí)普通土。下層為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化云母片巖（T3-J），灰-灰黃色，變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，碎裂狀，裂隙 發(fā)育，見(jiàn)褐鐵浸染，巖體破碎，為較軟巖，巖芯呈碎塊狀，少量柱狀，本次探坑揭露厚度2.80 m，土石工程分級(jí)為Ⅳ級(jí)軟石。

場(chǎng)地地震基本烈度為7度，地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，構(gòu)造剝蝕低山丘陵地貌區(qū)基本為Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地，其地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期值為 0.35 s，抗震設(shè)計(jì)分組為第一組［5］。

1.2路基穩(wěn)定性驗(yàn)算

本路段修筑的泡沫輕質(zhì)混凝土路堤位于陡斜坡上，地面橫坡15~30°不等，折合比例坡度1∶3~1∶2，為陡坡路堤，故按陡坡路堤進(jìn)行穩(wěn)定性分析。分別選擇填方最高、地面橫坡最陡的斷面作為控制性驗(yàn)算斷面，對(duì)路堤與斜坡的整體穩(wěn)定性、路堤沿斜坡下滑的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

人行道人群荷載按3.0 kN/m2計(jì)算，行車(chē)道荷載按公路-Ⅰ級(jí)；路面結(jié)構(gòu)層按重度折算為等代土層厚度，計(jì)算厚度取2.0 m，路堤計(jì)算填高=路堤填高（持力層算起）+路面結(jié)構(gòu)層折算土柱厚度。穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。原設(shè)計(jì)采用路堤擋土墻處理是合理可靠的。

表1　路堤穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)取值

表2　路堤穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

1.3原設(shè)計(jì)主要工程量

原設(shè)計(jì)采用普通路基填方的形式通過(guò)，主要工程量有：（1)在路基右側(cè)設(shè)置了路堤擋土墻，墻高約5~11 m，總圬工數(shù)量約為 5 320 m3；（2)K4+965處設(shè)置一道2.0 m×2.0 m蓋板涵，涵長(zhǎng) 22 m；（3)路基填方總量約為10 300 m3。

2　路基填筑方案比選

方案1：換填泡沫輕質(zhì)混凝土，路面底面以下0~0.8 m強(qiáng)度等級(jí)為CF0.8，容重等級(jí)為W6；路面底面以下強(qiáng)度等級(jí)為CF0.6，容重等級(jí)為W5。流動(dòng)度為160~200 mm，鍍鋅鋼絲網(wǎng)規(guī)格為Φ1.5 mm@2.5 cm× 2.5 cm。

方案2：兩側(cè)路肩墻（左側(cè))和路堤擋土墻（右側(cè)）中間填土，以衡重式為主，墻高＜15 m，采用C15片石混凝土澆注；墻高＞15 m，采用C20片石混凝土澆注。路堤擋土墻：以重力式為主，墻高＜10 m，采用C15片石混凝土澆注；墻高＞10 m，采用C20片石混凝土澆注。

方案3：右側(cè)路堤擋土墻改為路肩墻，以衡重式為主，墻高＜15 m，采用C15片石混凝土澆注；墻高＞15 m，采用C20片石混凝土澆注。

3個(gè)方案的對(duì)比分析見(jiàn)表3。

表3　路基處理方案比選

3　泡沫輕質(zhì)混凝土路基研究

由于 K4+900~K5+000 路段位于陡斜坡上，且項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)降雨豐沛，故設(shè)計(jì)充分考慮采用泡沫輕質(zhì)混凝土填筑路堤的穩(wěn)定性、耐久性，結(jié)合完善的地表、地下排水系統(tǒng)，確保陡斜坡上泡沫輕質(zhì)混凝土路堤的安全運(yùn)營(yíng)。

3.1路基強(qiáng)度研究

泡沫輕質(zhì)混凝土自身具有較高的強(qiáng)度和較低的密度，與普通公路填料相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)，見(jiàn)表4。

表4　路基填料強(qiáng)度分析比較表

通過(guò)表中的數(shù)據(jù)比較可以看出，泡沫輕質(zhì)混凝土的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通填料，同時(shí)，在壓實(shí)度方面也具有明顯的優(yōu)勢(shì)。進(jìn)一步試驗(yàn)表明，道路用輕質(zhì)泡沫混凝土材料最小強(qiáng)度為0.3 MPa，而97%壓實(shí)度的土的強(qiáng)度只有0.05 MPa左右，輕質(zhì)泡沫混凝土強(qiáng)度比普通壓實(shí)土強(qiáng)度要高很多。

3.2耐久性研究

泡沫輕質(zhì)混凝土路堤必須具有足夠的耐久性，在車(chē)輛荷載、干濕循環(huán)等作用的長(zhǎng)期、反復(fù)作用下，性能指標(biāo)不出現(xiàn)明顯衰減。交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院進(jìn)行了包括疲勞、干濕循環(huán)、凍融循環(huán)等內(nèi)容的耐久性研究，結(jié)果表明：路面厚度＞25 cm 時(shí)，行車(chē)荷載在輕質(zhì)泡沫土路堤中引起的附加應(yīng)力約為總應(yīng)力的 1/5，應(yīng)力比約 0.2；根據(jù)回歸方程，當(dāng)應(yīng)力比=0.2時(shí)，95%保證率的疲勞壽命為 N≈1×1029次，完全滿(mǎn)足公路使用年限要求［6］。

根據(jù)國(guó)內(nèi)一些單位不同條件下的長(zhǎng)期養(yǎng)護(hù)（4~6年）試驗(yàn)結(jié)果，室外暴露養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度降低幅度達(dá)50%，浸水養(yǎng)護(hù)降幅與室外暴露養(yǎng)護(hù)降幅相當(dāng)，故泡沫輕質(zhì)土填筑體不得暴露在空氣中，須采取完善的防護(hù)及防、排水措施。

3.3底部抗滑穩(wěn)定計(jì)算

現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)混凝土路堤處于平面與斜坡面交界處時(shí)，可將其分成斜坡前和斜坡上兩部分計(jì)算滑動(dòng)力和滑動(dòng)抵抗力，計(jì)算示意圖見(jiàn)圖1?？够踩禂?shù)按式（1）進(jìn)行計(jì)算。

圖1　底面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算

式中：M1為沿水平面的抗滑力；M2為沿斜坡面的抗滑力；N1為沿斜坡面的下滑力；W1為斜坡前現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)混凝土的自重及路面荷重；W2為斜坡上現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)混凝土的自重及路面荷重；θ為斜坡面與水平面交角；f為現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)混凝土與地基土的摩擦因數(shù)，無(wú)實(shí)測(cè)資料時(shí)可取0.5；當(dāng)現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)混凝土與地基之間鋪設(shè)防水土工布時(shí)，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。

經(jīng)驗(yàn)算底面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿(mǎn)足穩(wěn)定性要求。

3.4泡沫輕質(zhì)混凝土路堤監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

本路段位于陡斜坡上，最大填方高度約9.5 m，應(yīng)按陡坡高路堤進(jìn)行監(jiān)測(cè)；根據(jù)地質(zhì)狀況，填方工區(qū)未見(jiàn)軟土等不良地質(zhì)，故本路段監(jiān)測(cè)項(xiàng)目以位移為主，通過(guò)位移樁、測(cè)斜孔對(duì)泡沫輕質(zhì)混凝土路堤的淺、深層位移進(jìn)行長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)。

根據(jù)路段內(nèi)地形、路基橫斷面設(shè)計(jì)情況，共布置2處淺層位移觀(guān)測(cè)點(diǎn)，1處深層位移觀(guān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)表5，實(shí)測(cè)位移見(jiàn)表6。

表5　位移觀(guān)測(cè)點(diǎn)布置一覽

表6　觀(guān)測(cè)點(diǎn)位移實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表 mm

由上述實(shí)測(cè)位移數(shù)據(jù)可以看出，施工后數(shù)月最大位移量小于10 mm，影響深度小于5 m，滿(mǎn)足穩(wěn)定性要求。

4　結(jié)語(yǔ)

泡沫輕質(zhì)混凝土是一種新型輕質(zhì)環(huán)保節(jié)能材料，具有質(zhì)輕、流動(dòng)性高、耐久性好、強(qiáng)度可調(diào)節(jié)以及施工簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于軟土地基路段、臺(tái)背填筑、道路擴(kuò)建、山區(qū)陡峭路段的填筑、

老路橋頭路基換填等公路工程領(lǐng)域，以提高路堤穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

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［3］奎永才，盧章天．泡沫瀝青發(fā)泡特性及其冷再生混合料性能研究［J］．公路交通技術(shù)，2015（4）：53-57.

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［6］中國(guó)公路工程咨詢(xún)集團(tuán)有限公司．國(guó)省干線(xiàn)公路聯(lián)十五線(xiàn)東山生態(tài)環(huán)島公路S1標(biāo)段蘇峰山聯(lián)絡(luò)線(xiàn)［R］.2015.

Application of Foamed Lightweight Cement in Subgrade Engineering with Steep Slope

Li Lisheng1， Gu Bo2
（1. Dongshan County Bureau of Transportation， Zhangzhou 363400， China；2. Jiangsu Zhaotong Engineering & Technology Ltd.， Nanjing 210000， China）

Abstract:Coming with engineering practice， the application of foamed lightweight cement in subgrade engineering with steep slope is analyzed. Researches show that foamed lightweight cement has obvious advantages in terms of strength and stability compared with ordinary highway filling. Monitoring results show that displacement and impact depth meet stability requirment by filling foamed lightweight cement.

Key words:subgrade engineering； foamed lightweight cement； stability； filling scheme

中圖分類(lèi)號(hào)：U416.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672–9889（2016）03–0021–03

收稿日期：（2016-03-15）

作者簡(jiǎn)介：李粒生（1963-），男，福建漳州人，工程師，主要從事道路工程管理工作。