狄兆華，熊志欣，陳 磊

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

0　引言

為保證路基工作區(qū)處于干燥狀態(tài)，并綜合考慮道路排水、路基凍深、防止外界入侵、道路兩側(cè)聯(lián)系通道凈空限制等因素，平原地區(qū)公路工程（特別是高等級公路工程）的路基結(jié)構(gòu)常采取填方路堤的斷面形式，且路堤填筑高度通常較高，如石家莊市西三環(huán)路（按照一級公路標準建設(shè)），主線路基高約5～9 m（見圖1）。但高路堤在滿足其結(jié)構(gòu)、交通性能的同時，也存在取土量大、占地大（特別是采用邊坡放坡的路堤）、沉降量大、養(yǎng)護困難、景觀性差等缺陷[1]，特別對于一些改擴建公路項目來說，控制沉降與占地，與工程質(zhì)量及投資息息相關(guān)，更是決定項目能否實施的主要決策依據(jù)。

一般來說，路基沉陷受地表處理、路基填料、施工質(zhì)量控制、荷載及自然環(huán)境等多方面因素的影響[2-5]，但路基填料作為路基構(gòu)成的主體，對路基的質(zhì)量起著極其重要的作用。在用地受限區(qū)域，通過支擋結(jié)構(gòu)替代邊坡放坡，能夠極大范圍內(nèi)減少占地。因此，路基填料的選取、邊坡支擋與防護措施在路基設(shè)計過程中尤為重要。

1　工程概況

石家莊西三環(huán)路為河北省一條重要的省級干線公路，主線按照一級公路標準建設(shè)，設(shè)計車速80 km/h，雙向6車道規(guī)模。主線東側(cè)設(shè)有地面輔路，雙向4車道規(guī)?！，F(xiàn)狀道路標準段路基寬33 m，路基高約5～9 m，主要采用加筋土擋墻作為支護結(jié)構(gòu)（見圖2）?？紤]實際交通發(fā)展需要，擬將石家莊市裕華路在西三環(huán)位置打通繼續(xù)向西延伸。本工程為裕華路穿越西三環(huán)節(jié)點，擬采用西三環(huán)上跨裕華路的跨線橋方式。工程平面布置見圖3。

圖1　石家莊市西三環(huán)路

圖2　現(xiàn)狀西三環(huán)路主線標準橫斷面（東半幅，單位：cm）

圖3　工程平面布置圖

2　工程關(guān)鍵點及方案比選

為滿足裕華路道路凈空高度要求，西三環(huán)主線需在現(xiàn)狀標高基礎(chǔ)上最大抬高約2 m左右。路基抬高不僅對既有路基產(chǎn)生影響，如何安全、便捷、經(jīng)濟地設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)亦是工程設(shè)計需要考慮的關(guān)鍵因素。為使工程設(shè)計方案達到更優(yōu)的效果，提出下述三個方案并綜合考量各方案的技術(shù)經(jīng)濟指標，比選出工程推薦方案。

2.1　方案一：現(xiàn)狀加筋土擋墻拆除，新建鋼筋混凝土扶壁式擋墻

鋼筋混凝土扶臂式擋墻由底板及固定在底板上的立壁（面板）和扶臂構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性機理和懸臂式擋墻類似，都是依靠踵板上的土體重力平衡擋土構(gòu)筑物側(cè)壓力，抵抗傾覆和滑移。但由于當墻背填土較高時，懸臂式擋墻立壁下部的彎矩較大，為保證結(jié)構(gòu)強度需要大量增加鋼筋和混凝土用量，此時采用扶臂式擋墻，通過扶臂將底板及立壁有效連接，能夠改善墻體整體受力條件，提高結(jié)構(gòu)的剛度和整體性，減小立壁的變形。扶壁式擋墻的構(gòu)造見圖4。

圖4　鋼筋混凝土扶壁式擋墻

鋼筋混凝土扶臂式擋墻施工工藝成熟，結(jié)構(gòu)可靠，施工便捷，節(jié)省工期。其面板可直立，節(jié)省占地，通過外立面景觀亮化設(shè)計，可提高其美觀性。但是對于本工程，若采用鋼筋混凝土扶臂式擋土墻，需拆除原西三環(huán)主線既有加筋土擋土墻，且原西三環(huán)主線采用建筑垃圾作為路基填料，開挖路基進行擋土墻施工過程中容易發(fā)生路基失穩(wěn)，需要采取施工支擋措施，因此造價較高。

2.2　方案二：保留現(xiàn)狀加筋土擋墻，采用錨桿式擋墻接高加固

錨桿式擋墻技術(shù)是在錨桿防護與擋土墻防護基礎(chǔ)上組合發(fā)展而來，一般由鋼筋混凝土板和錨桿組成，依靠錨固在巖土層內(nèi)的錨桿的水平拉力平衡土體側(cè)壓力，使整體結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定。錨桿式擋墻的構(gòu)造見圖5。

圖5　錨桿式擋墻

采用錨桿式擋墻對工程范圍內(nèi)現(xiàn)狀加筋土擋墻進行接高加固，對現(xiàn)狀三環(huán)影響較小，亦可節(jié)省投資。但是錨桿式擋土墻一般應(yīng)用于巖石路基，填土路基應(yīng)用的相關(guān)案例較少，并且缺乏成熟的質(zhì)量檢驗和控制標準；此外，錨桿擋墻施工工藝要求較高，需要鉆孔、灌漿等配套的專用機械設(shè)備，本工程的西三環(huán)主線現(xiàn)狀路基采用建筑垃圾回填，成孔可靠性差，且注漿效果差異性很大，因此質(zhì)量控制難度大。

2.3　方案三：保留利用加筋土擋墻，采用泡沫輕質(zhì)土填筑路基

上世紀七、八十年代，日本開始將泡沫輕質(zhì)土大規(guī)模應(yīng)用于替代填土的工程領(lǐng)域，隨著后期的深入研究及工程推廣，其在工程建設(shè)領(lǐng)域的各種優(yōu)良特性已經(jīng)越來越得到認可，特別在公路路基拓寬、橋梁臺背換填、管線回填等工程中得到了成功的應(yīng)用[6-8]。

考慮現(xiàn)狀加筋土擋墻的拆除難度，保留現(xiàn)狀加筋土擋墻，利用泡沫輕質(zhì)土（輕質(zhì)混凝土）質(zhì)輕的特點，采用泡沫輕質(zhì)土換填部分路基填土（見圖6），達到不增加擋墻荷載的作用，并可有效控制橋頭工后沉降；由于泡沫輕質(zhì)土固化后具有良好的自立性，因此路基抬高范圍只需要簡單的面板護面，結(jié)構(gòu)簡單、施工迅速，內(nèi)部通過填筑泡沫輕質(zhì)土實現(xiàn)路基抬高。此外，泡沫輕質(zhì)土澆筑，省去了壓實振搗過程，大大縮短工期?，F(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土在施工過程中，濕密度及強度可以實時進行現(xiàn)場稱重、取樣檢測，質(zhì)量可以充分得到保證。

圖6　輕質(zhì)混凝土填筑路基標準橫斷面（東半幅）（單位：cm）

相對于土石填料、工業(yè)廢渣等常規(guī)路基填料，泡沫輕質(zhì)土的造價相對較高，因此價格仍是限制其大范圍推廣使用的因素之一。

2.4　方案比選

從結(jié)構(gòu)可靠性、工程投資等若干方面對三個方案進行對比，見表1。采用泡沫輕質(zhì)土填筑路基對現(xiàn)狀三環(huán)影響較小，施工速度快，并且能夠有效控制工后沉降，因此，將方案三作為工程推薦方案。

表1　方案比選

3　泡沫輕質(zhì)土的基本特性

泡沫輕質(zhì)土，一般是指用物理方法將發(fā)泡劑水溶液制備成泡沫，與必須組分水泥基膠凝材料、水及可選組分集料、摻和料、外加劑按照一定的比例混合攪拌，并經(jīng)物理化學作用硬化形成的一種輕質(zhì)材料。其具有以下特性：

3.1　輕質(zhì)性

表2　幾種常用土建材料的容重比較[10,11]　kN/m3

3.2　容重及強度的可調(diào)節(jié)性

根據(jù)工程上的不同需要，通過適當調(diào)整氣泡輕質(zhì)土各組分的含量，可使其容重在5～12 kN/m3的范圍內(nèi)、強度在0.3～5 MPa的范圍內(nèi)調(diào)整[12,13]。

3.3　高流動性

類似傳統(tǒng)水泥漿，氣泡輕質(zhì)土具有良好的流動性，可通過配管泵送施工。泵送距離長，施工便捷。圖7、圖8為輕質(zhì)混凝土攪拌站及現(xiàn)場澆筑情況。

圖7　輕質(zhì)混凝土攪拌站

圖8　輕質(zhì)混凝土澆筑

3.4　固化后的自立性

泡沫輕質(zhì)土通常在澆筑4 h后開始固化自立，固化后的垂直臨空側(cè)壓力約為0，對支擋結(jié)構(gòu)幾乎沒有推擠力，因而只要簡單的面板護面（見圖9），并且可以進行垂直澆筑，節(jié)約空間資源。

圖9　輕質(zhì)混凝土護面墻

3.5　其他特性

根據(jù)泡沫輕質(zhì)土的自身結(jié)構(gòu)特征，其還具有良好的隔熱、隔音、抗凍融、耐久等特性。

4　工程效果

該工程于2016年9月21日開工，于2017年5月15日實現(xiàn)通車，除去霧霾停工的影響，實際工期約4個月，工程受到建設(shè)單位及市民廣泛好評。工程采用輕質(zhì)混凝土作為路基填料，實現(xiàn)西三環(huán)主線抬升，路基填料各項檢測指標滿足設(shè)計要求。工程的實施，對進一步完善城市骨干路網(wǎng)，改善城市的交通出行條件，促進沿線區(qū)域的開發(fā)與發(fā)展，具有重要的意義。

參考文獻：