■謝子明

（三明廈沙高速公路有限責(zé)任公司，三明 365000）

1 引言

隨著我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，道路交通量與日俱增，現(xiàn)有的公路網(wǎng)絡(luò)已無法滿足其增長(zhǎng)需求，故實(shí)施道路改擴(kuò)建工程以提高交通服務(wù)能力已成為必然趨勢(shì)，其中既有道路拼寬方式作為改擴(kuò)建工程的主要方式之一，尤其在用地范圍有限、車流量較大、地質(zhì)條件較差的工點(diǎn)凸顯其優(yōu)勢(shì)。

泡沫輕質(zhì)土是19世紀(jì)80年代后期由日本、荷蘭等國(guó)研制出的用發(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、摻合料、外加劑按照一定的比例混合攪拌，形成的一種輕質(zhì)材料[1]。本文介紹了泡沫輕質(zhì)土在某高速公路路基拼寬工程中的應(yīng)用，總結(jié)了設(shè)計(jì)、施工要點(diǎn)，對(duì)類似工點(diǎn)的建設(shè)具有一定的參考意義。

2 工程概況

2.1 地形地貌

本文依托工點(diǎn)所在場(chǎng)區(qū)沿線山嶺綿延，山脈主體多呈北東～近南北向延伸，與區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造線相一致，局部由北西向分布?？傮w地勢(shì)為東高西低。該路段為剝蝕丘陵地貌，植被較發(fā)育。線路橫向地形起伏大，山坡自然坡度約 10～45°。

2.2 地層巖性

該高速公路場(chǎng)區(qū)地表上覆第四系坡積土（Qdl）、粉質(zhì)粘土及砂土狀地層，厚度約1.4～4.2m，下伏碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖及中風(fēng)化花崗巖，其中碎塊狀地層風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖芯以碎塊狀為主，部分呈短柱狀；工程所在范圍內(nèi)未見滑坡等不良地質(zhì)跡象；鉆孔揭示地下水位較高，路線位于丘陵斜坡地帶，地表徑流條件相對(duì)較好。

2.3 方案比選及變更過程簡(jiǎn)介

該段落高速公路原路面寬度為24m，左線路基外側(cè)設(shè)計(jì)為兩級(jí)邊坡（見圖1），第一階坡率為1∶0.2，坡高為約12m，采用漿砌片石擋墻支擋；第二階坡率為1∶1.5，坡高約7m。第一階擋墻外側(cè)為約42m寬斜坡地形，平均坡度約為 15°。

為滿足擴(kuò)建需求，在線路兩側(cè)進(jìn)行拼寬：右側(cè)往里開挖拓寬，左側(cè)采取填方進(jìn)行拼寬，拼寬寬度1～3m，接入交匯高速匝道。

圖1 原線路橫斷面示意圖

針對(duì)左幅路基拼寬，共提出三種方案以供比選。

方案一：如圖1，在左線路基外側(cè)約42m斜坡范圍進(jìn)行征地，對(duì)原路基邊坡實(shí)施填土反壓，填土覆蓋原二級(jí)邊坡。自用地界至拼寬后路肩外側(cè)填筑三級(jí)邊坡，第一至第三階坡率分別為 1∶2.0、1∶1.75、1∶1.5， 一階坡腳設(shè)護(hù)腳擋墻，段落填土近27000m3。該方案雖通過提供反壓力學(xué)支撐實(shí)現(xiàn)拼寬，使整個(gè)路基穩(wěn)定性增加，但涉及征地范圍較大，且需大量填土供應(yīng)，經(jīng)濟(jì)合理性欠缺。同時(shí)，該方案施工需修筑大量便道，工期較長(zhǎng)，不能盡早實(shí)現(xiàn)線路通車，因此提出方案二如下。

方案二：通過現(xiàn)澆C20混凝土及小導(dǎo)管注漿實(shí)現(xiàn)拼寬（見圖2），在原路肩外側(cè)邊緣以臺(tái)階方式向下開挖至第一階擋墻墻頂標(biāo)高，臺(tái)階寬度為2.5m，高度為1m，開挖后立即施打小導(dǎo)管注漿，間距為1.0×1.0m，并采取噴混凝土臨時(shí)支護(hù)。臺(tái)階外小導(dǎo)管預(yù)留一定長(zhǎng)度埋置于現(xiàn)澆混凝土內(nèi)，開挖完畢后現(xiàn)澆C20混凝土至路面標(biāo)高。

因新增澆筑混凝土自重較大，對(duì)下部擋墻產(chǎn)生一定的水平向附加應(yīng)力，即其在上部自重的作用下，加之漿砌片石擋墻墻身近直立，較高陡，傾覆破壞的可能性增加，針對(duì)上述不利因素，提出在既有擋墻上澆筑錨索地梁，每道地梁設(shè)置3排4束預(yù)應(yīng)力錨索，每根錨索提供400kN錨固力，在一定程度上可改善擋墻的抗傾覆能力及整個(gè)路基邊坡穩(wěn)定性。由此可見，方案二相對(duì)于方案一更具經(jīng)濟(jì)性及實(shí)現(xiàn)快通車的優(yōu)勢(shì)，但因拼寬后填土體量增加且混凝土相對(duì)于原路基填土重度較大，即必須考慮其豎向附加應(yīng)力對(duì)擋墻下部地基承載力提出的要求，同時(shí)還需考慮拼寬后整幅路基的不均勻沉降問題[2]。即針對(duì)現(xiàn)澆C20混凝土重度較大，對(duì)既有支擋結(jié)構(gòu)及路基安全性存在一定威脅問題，提出采用能夠替代現(xiàn)澆混凝土，重度較小且同樣滿足強(qiáng)度要求的輕質(zhì)填料：泡沫輕質(zhì)土路基方案（方案三）由此推出。

圖2 方案二橫斷面示意圖

為保證路基加寬后路堤漿砌片石擋墻的穩(wěn)定，泡沫輕質(zhì)土路基方案中保留對(duì)原路堤漿砌片石擋墻需采取錨索地梁加強(qiáng)的思路。為最大限度減少填方路基加寬對(duì)線路通車的影響，最終確定同意采取泡沫輕質(zhì)土進(jìn)行加寬的方案。下文將對(duì)泡沫輕質(zhì)土方案進(jìn)行詳述。

3 設(shè)計(jì)方案及技術(shù)要點(diǎn)

3.1 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介

根據(jù)前文所述，對(duì)三種方案進(jìn)行詳細(xì)論證，主要對(duì)現(xiàn)澆C20混凝土加小導(dǎo)管注漿（方案二）和泡沫輕質(zhì)土路基方案（方案三）進(jìn)行比選，得出采用后者不僅能實(shí)現(xiàn)減載及強(qiáng)度安全性要求，亦可加快施工工期，同時(shí)泡沫輕質(zhì)土施工工序簡(jiǎn)單，且經(jīng)濟(jì)上合理可行，現(xiàn)對(duì)泡沫輕質(zhì)土路基方案進(jìn)行詳述，方案示意見圖3。

（1）現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土澆筑路基體高約5～6m；選用泡沫輕質(zhì)土主要性能參數(shù)為：重度6kN/m3，立方體試塊抗壓強(qiáng)度為1.0MPa；填筑體上部及外側(cè)坡面及底板均澆筑20cm厚C25鋼筋混凝土板。

（2）為減小拼寬填筑后對(duì)既有路基外側(cè)一階擋墻穩(wěn)定性的影響，在擋墻原位設(shè)置錨索地梁，通過張拉3排4束錨索進(jìn)行加固，要求錨索錨固段進(jìn)入砂土狀強(qiáng)風(fēng)化層以上巖層不小于12m，改善擋墻抗傾覆性的同時(shí)提高路基邊坡整體穩(wěn)定性。

圖3 輕質(zhì)泡沫土路基方案橫斷面示意圖

（3）交通管制后，先對(duì)原有路基邊坡坡面進(jìn)行清表，清表厚度為50cm；橫向沿線路中心線9m位置以臺(tái)階形式分級(jí)開挖，每級(jí)臺(tái)階寬2.5m，高1m，縱向開挖坡率及臺(tái)階尺寸參照橫向開挖要求執(zhí)行。

（4）因開挖路基臺(tái)階階數(shù)較多，為保證開挖臺(tái)階面的自穩(wěn)性，要求開挖一級(jí)臺(tái)階立即施打小導(dǎo)管注漿，并初次噴射5cm厚C20混凝土作為臨時(shí)支護(hù)，方可繼續(xù)開挖下一級(jí)臺(tái)階，重復(fù)以上步驟直至到開挖設(shè)計(jì)標(biāo)高[3]。開挖完畢后，沿臺(tái)階坡面鋪設(shè)Φ8@10cm×10cm鋼筋網(wǎng)，并第二次噴射5cm厚C20混凝土進(jìn)行封閉。小導(dǎo)管為Φ50mm無縫鋼管，壁厚 4mm，間距 1.5m×1.5m，L=8m，進(jìn)入土體7m，外露段1m留置于泡沫輕質(zhì)土填料內(nèi)，外露端頭部制成直角彎鉤狀，見圖4所示。

圖4 小導(dǎo)管布設(shè)示意圖

（5）為保證泡沫輕質(zhì)土保有足夠的長(zhǎng)期強(qiáng)度，必須對(duì)其進(jìn)行防、隔水處理，并對(duì)周邊地下水進(jìn)行疏排，故在泡沫輕質(zhì)土底板下鋪設(shè)50cm厚級(jí)配碎石墊層（圖5），墊層頂面控制出外傾4%坡度，于墊層中部打設(shè)Φ10cmPVC管，要求打入至泡沫輕質(zhì)土填筑內(nèi)側(cè)壁以內(nèi)。同時(shí)，在泡沫輕質(zhì)土內(nèi)側(cè)及底板上方鋪設(shè)一層防水土工膜以防入滲。為防止墊層碎石中細(xì)集料受水流沖刷流失，且提高輕質(zhì)體的穩(wěn)定性，在填料坡腳設(shè)置一道C25護(hù)腳墻，如圖5所示。

圖5 泡沫輕質(zhì)土路基方案細(xì)部結(jié)構(gòu)圖

（6）為提高泡沫輕質(zhì)土的整體性及抗裂能力，在基底以及外側(cè)墻面設(shè)置20cm厚C25鋼筋混凝土板 （側(cè)壁），底板及外側(cè)壁板內(nèi)加設(shè)Φ8@10cmx10cm鋼筋網(wǎng) （圖5）；泡沫輕質(zhì)土頂面以下50cm及中部處設(shè)置一道Φ8@10cmx10cm鋼筋網(wǎng)；外側(cè)壁板施工時(shí)，應(yīng)做好拉結(jié)鋼筋埋設(shè)，拉結(jié)筋為Φ12鋼筋，長(zhǎng)度L=1.5m，間距 1.0m×1.5m（豎直方向1.0m，沿路基方向1.5m），使其與泡沫輕質(zhì)土拉結(jié)。以上工作完畢后，泡沫輕質(zhì)混凝土應(yīng)分層分段澆筑。

（7）如圖6所示，為保證拼寬后路面與泡沫輕質(zhì)土填料間排水的通暢，輕質(zhì)體C25面板在路面范圍加高10cm，再鋪設(shè)級(jí)配碎石墊層，輕質(zhì)土頂面設(shè)4%外傾坡度，墊層底部打折排水平孔，墊層外側(cè)澆筑150cm高片砼護(hù)肩作護(hù)欄基礎(chǔ)，同時(shí)為控制不均勻沉降及提高整體性，在護(hù)肩與路面層內(nèi)設(shè)置連接鋼筋。

圖6 泡沫輕質(zhì)土路基頂部細(xì)部結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)

泡沫輕質(zhì)土之所以在實(shí)現(xiàn)減載，緩解附加應(yīng)力的應(yīng)用背景下備受青睞，主要因其自身密度較一般填土小而自身穩(wěn)定性及強(qiáng)度卻較高，因此如何更具針對(duì)性地選擇泡沫輕質(zhì)土的性能指標(biāo)，充分發(fā)揮其材料特性優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)顯得尤為重要。參照現(xiàn)有的泡沫輕質(zhì)土制作技術(shù)，其抗壓輕度一般在0.4～7.5MPa范圍內(nèi)[4]，已可滿足路基強(qiáng)度方面要求，但其表觀密度卻在250～1650kg/m3范圍內(nèi)，即對(duì)于其密度的選擇則應(yīng)因地制宜，綜合考慮工點(diǎn)所在的周邊環(huán)境及工程地質(zhì)條件。在本案例中，由于泡沫輕質(zhì)土充當(dāng)高速公路拼寬部分路基，其強(qiáng)度不應(yīng)過低，以滿足后期在行車振動(dòng)荷載及地震等不利工況下的強(qiáng)度要求，即本工程取強(qiáng)度指標(biāo)為1.0MPa。在可達(dá)到1.0MPa強(qiáng)度的前提下，綜合考慮汛期地下水位過高時(shí)浮力對(duì)路基的影響，又盡可能實(shí)現(xiàn)其減載的設(shè)計(jì)初衷，工程選用表觀密度為600kg/m3，即重度6kN/m3的泡沫輕質(zhì)土。

（1）泡沫輕質(zhì)土通過發(fā)泡劑實(shí)現(xiàn)填料內(nèi)充滿空隙，其吸水性要遠(yuǎn)大于一般填土，其泡水后重度大幅增加，失去“輕質(zhì)”的意義，且強(qiáng)度損失，從而產(chǎn)生安全隱患。本工點(diǎn)中，設(shè)置鋼筋混凝土面板及底板并鋪設(shè)防水土工膜以實(shí)現(xiàn)對(duì)輕質(zhì)填料體的隔、防水保護(hù)。同時(shí)，設(shè)置排水平孔結(jié)合路基坡面排水系統(tǒng)對(duì)拼寬填料周邊地下水進(jìn)行疏導(dǎo)。此外，泡沫輕質(zhì)土在拌合制作過程中對(duì)含水量的要求較嚴(yán)格，施工遇雨期時(shí)，應(yīng)對(duì)材料及澆筑后未固化的泡沫輕質(zhì)土進(jìn)行遮擋[5]。

（2）前已述，為保證泡沫輕質(zhì)土自身以及其與既有路基的整體性，在泡沫輕質(zhì)土面板與輕質(zhì)土間設(shè)拉結(jié)鋼筋，小導(dǎo)管預(yù)留部分長(zhǎng)度澆筑于填料內(nèi)，施工中應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)說明施工。

（3）泡沫輕質(zhì)土雖制備簡(jiǎn)單，澆筑時(shí)間短，但其內(nèi)部水化熱較大，澆筑后溫度比普通混凝土要高，因此制作過程及施工工藝應(yīng)嚴(yán)格控制環(huán)境溫度、濕度等因素[5]。施工應(yīng)加強(qiáng)管理，控制澆筑速度，在0.3～0.8m范圍，需等上一層澆筑終凝后方可澆筑下一層。

（4）泡沫輕質(zhì)土路基沿線路縱向應(yīng)設(shè)置沉降縫，本工程中設(shè)置沉降縫間距為15m，沉降縫填縫材料采用聚苯乙烯板或10～20mm厚夾板，并應(yīng)采用止水帶進(jìn)行止水，防止水滲入。

4 結(jié)論

本文對(duì)某高速公路左幅路基拼寬工程方案比選及變更過程進(jìn)行說明，對(duì)最終所選泡沫輕質(zhì)土路基方案進(jìn)行詳細(xì)說明，同時(shí)對(duì)泡沫輕質(zhì)土路基方案的設(shè)計(jì)、施工控制要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，為類似工點(diǎn)建設(shè)提供一定參考。

（1）現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土在類似路基拼寬工程中，充分體現(xiàn)其重度輕，強(qiáng)度高且性能可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)[6]；同時(shí)，其施工工藝簡(jiǎn)單快速，有效緩解了通車任務(wù)緊急的問題；并在諸如施工場(chǎng)地有限、施工難度大、環(huán)境條件差等不利條件下往往作為工程方案首選；

（2）泡沫輕質(zhì)土設(shè)計(jì)應(yīng)考慮其形態(tài)要求，確保其整體穩(wěn)定性，并應(yīng)做好防水設(shè)施；制作過程應(yīng)加強(qiáng)管理，合理安排工序，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求施工；

（3）泡沫輕質(zhì)土路基在本工程中已投入使用，節(jié)省了大量造價(jià)，結(jié)果印證了其可行性及經(jīng)濟(jì)性。

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[2]楊春風(fēng)，莊燦，李洪亮，李寶，高恒楠.泡沫輕質(zhì)土用于軟基路基拓寬時(shí)應(yīng)力應(yīng)變分析[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，41（01）：234-245.

[3]GB5008-2001，錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范[s].

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[5]CJJ/T 177-2012，氣泡混合輕質(zhì)土填筑工程技術(shù)規(guī)程[S].

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[7]JTG D30-2015，公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].