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        泡沫輕質(zhì)土在路基抬高工程設(shè)計中的應(yīng)用
        ——以石家莊市西三環(huán)跨線橋工程為例

        2018-06-11 10:39:04狄兆華熊志欣
        城市道橋與防洪 2018年5期
        關(guān)鍵詞:輕質(zhì)擋墻填料

        狄兆華,熊志欣,陳 磊

        (上海市政工程設(shè)計研究總院(集團(tuán))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(biāo)準(zhǔn)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(hù)困難、景觀性差等缺陷[1],特別對于一些改擴(kuò)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(shí)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(hù)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(hù)結(jié)構(gòu)(見圖2)。考慮實(shí)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(diǎn),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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)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(biāo)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(jì)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(dá)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(jì)指標(biāo),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(jī)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(dāng)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(qiáng)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(jìn)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(hù)與擋土墻防護(hù)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(jìn)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(yàn)和控制標(biāo)準(zhǔn);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(jī)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(jì)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(rèn)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(diǎn),采用泡沫輕質(zhì)土換填部分路基填土(見圖6),達(dá)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(hù)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(shí)現(xiàn)路基抬高。此外,泡沫輕質(zhì)土澆筑,省去了壓實(shí)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(qiáng)度可以實(shí)時進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(xué)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(qiáng)度的可調(diào)節(jié)性

        根據(jù)工程上的不同需要,通過適當(dāng)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(qiáng)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(hù)面(見圖9),并且可以進(jìn)行垂直澆筑,節(jié)約空間資源。

        圖9 輕質(zhì)混凝土護(hù)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(shí)現(xiàn)通車,除去霧霾停工的影響,實(shí)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(shí)現(xiàn)西三環(huán)主線抬升,路基填料各項檢測指標(biāo)滿足設(shè)計要求。工程的實(shí)施,對進(jìn)一步完善城市骨干路網(wǎng),改善城市的交通出行條件,促進(jìn)沿線區(qū)域的開發(fā)與發(fā)展,具有重要的意義。

        參考文獻(xiàn):

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