畢 偉 濤

(陜西通宇新材料有限公司，陜西 西安 710077)

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氣泡混合輕質(zhì)土在黃土地區(qū)公路工程中的應(yīng)用★

畢 偉 濤

(陜西通宇新材料有限公司，陜西 西安 710077)

介紹了氣泡混合輕質(zhì)土的性能，從淤地壩地基、高填方黃土路基、臺(tái)背回填、山區(qū)路基四方面，闡述了氣泡混合輕質(zhì)土在黃土地區(qū)公路工程中的應(yīng)用，指出氣泡混合輕質(zhì)土具有高強(qiáng)性、耐久性、低碳環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。

氣泡混合輕質(zhì)土，公路工程，路基，黃土地區(qū)

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)高速公路正以飛快的速度在發(fā)展。陜西省高速公路建設(shè)項(xiàng)目也在熱火朝天的進(jìn)行中；特別是近年來(lái)高速公路的發(fā)展已經(jīng)伸入到陜北黃土高原山區(qū)、河谷等地質(zhì)條件復(fù)雜、地基薄弱的地帶[1]。出現(xiàn)了一些有待解決的技術(shù)難題，例如陜北淤地壩地基(地基含水量可達(dá)22%，承載力為100 kPa左右)的工后沉降問(wèn)題、高填土路堤的邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題、三背填土(擋土墻墻背、橋臺(tái)臺(tái)背及涵洞臺(tái)背)、橋頭橋車問(wèn)題等。這些問(wèn)題不僅嚴(yán)重影響公路的正常通行，也加大了公路的后期維修費(fèi)用，同時(shí)很大程度的降低了運(yùn)營(yíng)服務(wù)質(zhì)量甚至造成安全事故，危及人身財(cái)產(chǎn)安全。

提高公路工程質(zhì)量，必須從根本上解決這些技術(shù)難題。氣泡混合輕質(zhì)土作為一種新型的輕質(zhì)填充材料已經(jīng)逐漸被應(yīng)用在公路交通行業(yè)[2]。本文通過(guò)對(duì)氣泡混合輕質(zhì)土特性的一些分析，結(jié)合黃土地區(qū)公路路基目前存在的一些問(wèn)題，探討其在黃土地區(qū)公路建設(shè)中的應(yīng)用前景。

1 氣泡混合輕質(zhì)土的特性

氣泡混合輕質(zhì)土是通過(guò)專用設(shè)備的發(fā)泡系統(tǒng)將發(fā)泡劑用機(jī)械方式充分發(fā)泡形成泡沫，并將泡沫與固化劑(水泥)、砂子、水和其他外摻材料均勻混合，然后利用泵送系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)澆施工，經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)形成的一種含有大量封閉氣孔的新型輕質(zhì)填充材料，其具有以下特點(diǎn)。

1.1 輕質(zhì)高強(qiáng)性

氣泡混合輕質(zhì)土的主要特點(diǎn)是容重比普通的填土小(通常為普通填土的1/3)，而強(qiáng)度確比普通的填土高，且可以根據(jù)不同的工程需要調(diào)整容重和強(qiáng)度大小，解決不同的工程難題。且由于其具有輕質(zhì)和高強(qiáng)特點(diǎn)，對(duì)地基產(chǎn)生的荷載較小，因此用于路基拓寬填料中，能有效避免產(chǎn)生差異沉降。

1.2 彈性模量大

氣泡混合輕質(zhì)土的彈性模量較一般路基填料大，填筑后變形小，后期沉降小，適合作為剛?cè)峤Y(jié)合處的路基填筑。

1.3 良好的施工性

由于不含大顆粒骨料，所以其流動(dòng)性較高，可以填充任何不規(guī)則空間，且自密實(shí)性好；可通過(guò)軟管輸送，節(jié)省施工便道；可進(jìn)行并行操作，進(jìn)而縮短工期；可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，實(shí)現(xiàn)800 m的遠(yuǎn)距離輸送，且由于施工不需要大型設(shè)備親臨現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，大大降低了施工荷載，進(jìn)而保證了結(jié)構(gòu)的安全性。

1.4 直立性

由于采用水泥作為固化劑，澆筑后可固化直立，因此可大大減少土石方數(shù)量，進(jìn)而節(jié)約建設(shè)成本；同時(shí)由于固化后的直立性可大大減少占用農(nóng)田的數(shù)量及拆除路邊建筑物的數(shù)量，與國(guó)家節(jié)約土地的大政方針一致；而且固化后的直立性可大大減少填料對(duì)護(hù)面的側(cè)壓力，進(jìn)而縮小防護(hù)工程的規(guī)模。

1.5 優(yōu)良的耐久性

氣泡混合輕質(zhì)土是水泥基的閉孔發(fā)泡材料，屬于無(wú)機(jī)硅酸鹽類材料，與其他高分子填充材料相比，其耐久性、耐熱、抗紫外線以及抗油污能力強(qiáng)，具有水泥混凝土材料同等的耐久性。

1.6 低碳環(huán)保

氣泡混合輕質(zhì)土的主要原材料為水泥和起泡劑。起泡劑為中性材料，不含苯、甲醛等有害物質(zhì)，避免了環(huán)境污染和消防隱患。該材料屬于無(wú)機(jī)類填充材料，與其他化工類輕質(zhì)填充材料相比，不污染水源，不造成環(huán)境污染，其碳排放當(dāng)量幾乎為零。

2 黃土地區(qū)的應(yīng)用展望

黃土是干旱或半干旱氣候條件下形成的疏松均質(zhì)堆積物，是一種特殊黏性土，粉粒含量高，孔隙率大(一般在35%～60%之間)[3]。黃土顆粒遇水浸潤(rùn)后因內(nèi)部凝結(jié)力減小而形成滑移，產(chǎn)生一定的沉陷或位移即濕陷。黃土透水性差，干燥時(shí)堅(jiān)硬，浸濕后不易干燥，強(qiáng)度急劇下降，過(guò)干時(shí)具有很高的強(qiáng)度，過(guò)濕時(shí)易形成彈簧土，還會(huì)產(chǎn)生收縮開(kāi)裂，不是填筑路基的理想材料。另外，黃土還具有脹縮性、崩解性、多孔裂隙性、強(qiáng)度衰減性、濕陷性、滲水性等缺點(diǎn)。

2.1 淤地壩地基

隨著我省交通公路的大力發(fā)展，陜北淤地壩地基大量出現(xiàn)在路基工程中，如青蘭高速、綏延高速、延延高速、黃延擴(kuò)能等。淤地壩是在黃土溝道中修建的以攔泥、淤地為目的水土保持工程措施[4]。此類地基具有含水量高(最高含水量可達(dá)22%)，地基早期強(qiáng)度低、壓縮性較高(屬高壓縮性土)，土質(zhì)結(jié)構(gòu)較松散、地基承載力較低(一般在100 kPa左右)等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響淤地壩地區(qū)高速公路路基的安全穩(wěn)定性。淤地壩地基常規(guī)的處理方法見(jiàn)表1。

表1 淤地壩地基常用處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)

通過(guò)表1，我們可以發(fā)現(xiàn)，針對(duì)陜北淤地壩地基，常規(guī)的處理方法都存在一定的弊端，難以滿足淤地壩地基特有的工程需要。且常規(guī)的地基處理多為隱蔽工程，施工質(zhì)量難以保證，而氣泡混合輕質(zhì)土工法屬非隱蔽工程，施工質(zhì)量較易控制，可靠度高。而且氣泡混合輕質(zhì)土路基填筑常用濕容重為450 kg/m3～650 kg/m3，僅為普通填土容重1/4～1/3左右。因此，對(duì)于陜北淤地壩地基，氣泡混合輕質(zhì)土可作為輕質(zhì)路基填料，尤其是向原地面以下進(jìn)行置換填筑時(shí)，可顯著降低基底應(yīng)力，不需再對(duì)軟基進(jìn)行處理，可將路基沉降控制在允許范圍內(nèi)。其施工質(zhì)量直觀可控、施工期短、路基整體性好，在陜北淤地壩地基(尤其是深厚軟基)中應(yīng)用具有顯著的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

2.2 高填方黃土路基

高填方黃土路基由于填土高度高，具有自重大、穩(wěn)定性差等問(wèn)題，常常出現(xiàn)路基整體下沉或局部沉降等問(wèn)題；引起道路的縱橫向裂縫，路基滑動(dòng)或邊坡坍塌等破壞。特別是在填挖結(jié)合部和地貌起伏較大的地段，這些現(xiàn)象更為嚴(yán)重。研究表明，路基安全系數(shù)隨路基高度的增大逐漸減小，路基填筑高度越大，安全性能越難保證。一般填土高度大的路基必須采取有效加固措施進(jìn)行處理[5]。

而氣泡混合輕質(zhì)土由于具有輕質(zhì)高強(qiáng)和直立性的特點(diǎn)，用于高填路基填筑時(shí)(見(jiàn)圖1)可以進(jìn)行直立填筑，不需要進(jìn)行振搗和機(jī)械碾壓作業(yè)，降低了對(duì)周圍建筑物的影響，不需要放坡，避免征地和建筑物拆遷等問(wèn)題，節(jié)省大量資金。由于氣泡混合輕質(zhì)土是水泥基的，因此受水的影響較小，且不會(huì)發(fā)生滑移、滑坡的問(wèn)題，且穩(wěn)定性良好，固化自立、無(wú)需加固等優(yōu)點(diǎn)，因而在高填方黃土地區(qū)具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.3 臺(tái)背回填

普通臺(tái)背回填由于橋臺(tái)附近地方狹窄，施工時(shí)壓實(shí)機(jī)具不能完全靠近臺(tái)背，對(duì)緊靠臺(tái)背、耳墻、八字墻的邊角難以碾壓密實(shí)，造成壓實(shí)度難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，施工質(zhì)量無(wú)法保證。常常引起橋(涵)頭跳車，行車不暢、道路早期破壞等問(wèn)題，目前已經(jīng)成為公路建設(shè)中屢見(jiàn)不鮮的質(zhì)量通病，引起了交通部門(mén)和社會(huì)人士的極大關(guān)注。而氣泡混合輕質(zhì)土具有良好的流動(dòng)性、自密實(shí)、施工過(guò)程中不需要振搗和機(jī)械碾壓作業(yè)等特點(diǎn)，可有效解決臺(tái)背回填難壓實(shí)問(wèn)題。該材料的彈性模量較大，用于臺(tái)背回填可緩解橋臺(tái)與臺(tái)背填土的剛?cè)嵬蛔?，徹底消除填料施工后自身沉降?wèn)題。筆者在參與陜西省交通項(xiàng)目“陜北淤地壩地基氣泡混合輕質(zhì)土應(yīng)用研究”時(shí)，針對(duì)氣泡混合輕質(zhì)土實(shí)體工程臺(tái)背回填側(cè)向壓力測(cè)試(見(jiàn)圖2)。測(cè)出的土壓力在1 kPa～2 kPa左右，基本上可以忽略不計(jì)。因此，氣泡混合輕質(zhì)土用于臺(tái)背回填具有固化直立，對(duì)橋臺(tái)結(jié)

構(gòu)物無(wú)側(cè)向壓力等特點(diǎn)，用于臺(tái)背回填處，具有較高的技術(shù)和安全優(yōu)勢(shì)。

2.4 山區(qū)路基

針對(duì)山區(qū)路段，普通黃土回填需要放坡，施工周期較長(zhǎng)，且山區(qū)路段施工便道花費(fèi)成本較大。而氣泡混合輕質(zhì)土用于山區(qū)路基(見(jiàn)圖3)可垂直填筑，不需要放坡，避免拆遷和減少征地費(fèi)用，節(jié)約昂貴的土地資源；采用泵送施工，無(wú)需大型設(shè)備親臨現(xiàn)場(chǎng)，節(jié)約巨額修便道成本；可降低填土荷重、提高路基的抗滑穩(wěn)定性；可簡(jiǎn)化擋土墻結(jié)構(gòu)，減少挖填方量，避免原有地形、地貌等自然環(huán)境的破壞等優(yōu)點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

氣泡混合輕質(zhì)土因其許多優(yōu)越特性，在南方溫暖的氣候條件下得到了廣泛的應(yīng)用。但是在寒冷的北方特別是針對(duì)黃土地區(qū)特有地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境下的應(yīng)用卻未大量開(kāi)展。筆者所在的公司已經(jīng)著手開(kāi)展了氣泡混合輕質(zhì)土在陜北淤地壩地基路基填筑和榆林砂土地基臺(tái)背回填中的應(yīng)用，目前取得了良好應(yīng)用的效果。希望能進(jìn)一步提高技術(shù)水平，加快氣泡混合輕質(zhì)土在黃土地區(qū)中的應(yīng)用。同時(shí)針對(duì)黃土地區(qū)氣泡混合輕質(zhì)土應(yīng)用規(guī)范及相應(yīng)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)加快制訂，以確保施工質(zhì)量，促進(jìn)氣泡混合輕質(zhì)土在黃土地區(qū)公路工程中的大規(guī)模應(yīng)用。

[1] 劉英樸，翁 陽(yáng).碎石樁在淤地壩地基處治中的應(yīng)用[J].山西建筑，2012，38(4)：76-77.

[2] 鐘 勝.氣泡混合輕質(zhì)土在公路建設(shè)中的應(yīng)用[J].中國(guó)水運(yùn)，2006，4(11)：26-28.

[3] 李彥武.黃土地區(qū)公路路基病害分析與防治對(duì)策研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文，2001.

[4] 姜 峻，都全勝.陜北淤地壩發(fā)展特點(diǎn)及其效益分析[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2008，24(1)：53-54.

[5] 李喜忠.斜坡高填方黃土路基破壞機(jī)理與加固措施[J].北方交通，2013(5)：28-31.

The application of bubbles mix light soil in highway engineering of loess area★

Bi Weitao

(ShaanxiTongyuNewMaterialsLimitedCompany,Xi’an710077,China)

This paper introduced the performance of bubbles mix light soil, from the silt dam foundation, high embankment loess sub-grade, abutment, mountain sub-grade four aspects, elaborated the bubbles mix light soil had high strength, durability, low carbon and environmental protection and other advantages, and had broad application prospects.

bubbles mix light soil, highway engineering, sub-grade, loess area

1009-6825(2016)27-0132-02

2016-07-15★：陜西省交通廳科技項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：13-11K)

畢偉濤(1984- )，男，碩士，工程師

U412.14

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