■梁偉峰

（廣東晶通公路工程建設(shè)集團(tuán)有限公司，廣州 510635）

近年來， 隨著我國高速公路事業(yè)大規(guī)模向山區(qū)、丘陵地帶擴(kuò)展，公路建設(shè)逐漸延伸到了地質(zhì)條件復(fù)雜、地基薄弱地區(qū)[1]，不僅增大了工程建設(shè)難度，更出現(xiàn)了橋頭跳車、地基沉降過大及高填方路基穩(wěn)定性不足等質(zhì)量通病，嚴(yán)重影響了道路運(yùn)營的舒適性和安全性[2]，因此，如何解決地形復(fù)雜地區(qū)橋頭跳車問題，以及提升臺(tái)背回填質(zhì)量已成為當(dāng)下學(xué)者亟需研究的熱門課題[3-4]。

目前，國內(nèi)外學(xué)者在臺(tái)背回填方面展開了大量研究，如苗學(xué)云等[5]采用液壓夯實(shí)工藝對(duì)涵洞臺(tái)背兩側(cè)進(jìn)行夯實(shí)，研究在不同攤鋪厚度、夯實(shí)遍數(shù)情況下的壓實(shí)效果情況，分析了不同工藝參數(shù)下的作業(yè)效率情況。 延倫[6]全面闡述了泡沫輕質(zhì)土的施工工藝原理、施工前準(zhǔn)備工作、泡沫生成和水泥漿制備、泡沫輕質(zhì)土的生成及現(xiàn)場(chǎng)澆筑等施工工藝和流程，并提出了能夠保證泡沫輕質(zhì)土在公路橋梁臺(tái)背回填中應(yīng)用效果的質(zhì)量控制措施。 羅吉慶[7]將氣泡輕質(zhì)土應(yīng)用在臺(tái)背回填、擋土墻及路基填筑在項(xiàng)目中，解決了通行凈寬不足、施工空間受限、地基承載力不足、路基失穩(wěn)等問題。 氣泡混合輕質(zhì)土因具有輕質(zhì)量高強(qiáng)度、 施工性好及優(yōu)良的耐久性等特點(diǎn)，已在我國公路工程中得到廣泛應(yīng)用，但在淤泥質(zhì)地基中應(yīng)用效果還有待進(jìn)步不深入。 基于此，本研究針對(duì)氣泡混合輕質(zhì)土的性能進(jìn)行了研究，并針對(duì)氣泡混合輕質(zhì)土在淤泥地基的應(yīng)用情況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)分析，最終證明氣泡混合輕質(zhì)土在路基臺(tái)背回填中的優(yōu)良效果。

1 工程概括

1.1 工程簡(jiǎn)介

本研究以某高速公路連接線項(xiàng)目為工程背景，該線路全長(zhǎng)2.32 km，路面總寬度為24.5 m，車道設(shè)計(jì)為雙向四車道，最高行駛速度為80 km/h。 項(xiàng)目包含一座現(xiàn)澆整體板式橋，橋梁全長(zhǎng)35 m，總寬度為25.5 m，橋面包含2 m×0.75 m 防撞護(hù)欄+1.5 m 中央隔離帶+2 m×11.25 m 行車道，橋面橫坡為2%。該地區(qū)地勢(shì)相對(duì)平坦，經(jīng)考察發(fā)現(xiàn)地質(zhì)層主要表現(xiàn)為淤泥土層和軟土層，保障路基穩(wěn)定的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層在地下1.8～2.4 m，厚度在2.5～4.0 m，采用靜力觸探測(cè)得臺(tái)背地基最大承載力為100 kPa， 由此可確定該項(xiàng)目屬于高填方軟基臺(tái)背回填工程。 通過綜合分析地質(zhì)分布情況、土層特性、地基承載力以及路基填筑高度等因素的影響，計(jì)劃采用氣泡混合輕質(zhì)土對(duì)路基臺(tái)背進(jìn)行回填。

1.2 氣泡混合輕質(zhì)土特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

氣泡混合輕質(zhì)土主要由水泥、水、發(fā)泡劑以及外摻材料按照一定比例，經(jīng)機(jī)械充分混合、攪拌后形成的填充材料，相對(duì)于傳統(tǒng)填充材料，氣泡混合輕質(zhì)土具有以下優(yōu)勢(shì)：（1）輕質(zhì)量高強(qiáng)度，可有效降低對(duì)地基的荷載，避免差異沉降病害的出現(xiàn)。 （2）流動(dòng)性強(qiáng)，增強(qiáng)了泵送距離，可不受地形、場(chǎng)地限制，施工速度塊、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)。 （3）直立性好，可減少土石方數(shù)量，節(jié)約施工成本，縮短工期。 （4）經(jīng)濟(jì)性好，相對(duì)于傳統(tǒng)填土施工更為簡(jiǎn)便，成本低，工期短，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 氣泡混合輕質(zhì)土臺(tái)背回填設(shè)計(jì)

根據(jù)CJJ/T 177-2012《氣泡混合輕質(zhì)土填筑工程技術(shù)規(guī)程》規(guī)范要求，氣泡混合輕質(zhì)土填筑路基濕容重取值為600 kg/m3， 強(qiáng)度取值為1.0 MPa，流動(dòng)度取值為180 mm（±20 mm）。 由于該路段地基地下水位不高，為防止氣泡混合輕質(zhì)土過量吸水而導(dǎo)致其性能下降，需對(duì)提前對(duì)氣泡混合輕質(zhì)土做好防滲設(shè)計(jì)， 可采用防水土工布包裹， 搭接寬度為35 cm，同時(shí)對(duì)接縫處進(jìn)行密封。 路基與氣泡混合輕質(zhì)土的搭接處設(shè)計(jì)高度為1.2 m， 寬度為1.5 m 的臺(tái)階， 路基兩側(cè)邊緣設(shè)計(jì)高度為1.2 m， 寬度為0.75 m 的臺(tái)階，以確保氣泡混合輕質(zhì)土與路基銜接良好。 臺(tái)背回填斷面設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 臺(tái)背回填斷面設(shè)計(jì)

2 氣泡混合輕質(zhì)土性能分析

2.1 配合比設(shè)計(jì)

試驗(yàn)所用原材料主要包括水、PO42.5R 型水泥、TYFPJ-25 型發(fā)泡劑和TYWJJ-35 型外加劑，按照一定比例進(jìn)行混合制備滿足設(shè)計(jì)要求的氣泡混合輕質(zhì)土試件，并對(duì)試件進(jìn)行性能檢測(cè)，測(cè)得其流動(dòng)度為190 mm， 濕容重為608 kg/m3，28 d 抗壓強(qiáng)度為1.2 MPa，性能指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。氣泡混合輕質(zhì)土配合比設(shè)計(jì)為水泥350 kg、發(fā)泡劑42 kg、外加劑4 kg、混合水189 kg。

2.2 性能分析

2.2.1 力學(xué)性能

為檢測(cè)氣泡混合輕質(zhì)土的力學(xué)性能，在施工過程中需隨機(jī)留樣檢測(cè)， 測(cè)試試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，針對(duì)氣泡混合輕質(zhì)土試件7～180 d周期的無側(cè)抗壓強(qiáng)度進(jìn)行分析，結(jié)果見圖2。

圖2 不同周期-抗壓強(qiáng)度變化曲線

由圖2 可知，隨著檢測(cè)周期由7 d 增至180 d，氣泡混合輕質(zhì)土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度呈不斷增大趨勢(shì)變化， 其中氣泡混合輕質(zhì)土周期7～28 d 的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增幅比較顯著，增幅達(dá)64.8%，而氣泡混合輕質(zhì)土周期28～180 d 的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增幅相對(duì)較小，增幅為20.5%，原因是氣泡混合輕質(zhì)土內(nèi)部水泥在28 d 周期內(nèi)水作用較大，強(qiáng)度增幅明顯，超過28 d 周期后水泥水化作用逐漸下降，強(qiáng)度增幅隨之減小， 但最終氣泡混合輕質(zhì)土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到了1.41 MPa，滿足該工程所需的規(guī)范設(shè)計(jì)要求。

2.2.2 水穩(wěn)定性能

為檢測(cè)氣泡混合輕質(zhì)土的水穩(wěn)定性能，分別計(jì)算氣泡混合輕質(zhì)土試件7～180 d 周期的水穩(wěn)定系數(shù)，結(jié)果見圖3。

圖3 不同周期-水穩(wěn)定系數(shù)變化曲線

由圖3 可知，隨著檢測(cè)周期由7 d 增至180 d，氣泡混合輕質(zhì)土的水穩(wěn)定系數(shù)呈逐漸增大趨勢(shì)變化， 其中氣泡混合輕質(zhì)土周期7～60 d 的水穩(wěn)定系數(shù)增幅較小，可忽略不計(jì)，而氣泡混合輕質(zhì)土周期60～180 d 的水穩(wěn)定系數(shù)增幅相對(duì)明顯， 增幅約10%，說明氣泡混合輕質(zhì)土泡水周期越長(zhǎng)，其水穩(wěn)定系數(shù)就越高，但考慮到氣泡混合輕質(zhì)土自身濕容重較大，泡水后會(huì)降低其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，因此在施工階段還需做好防水設(shè)計(jì)。

3 監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)與分析

3.1 方案設(shè)計(jì)

為研究氣泡混合輕質(zhì)土在路基臺(tái)背回填中的實(shí)際效果，在施工過程中提前預(yù)埋土壓力盒和沉降管，針對(duì)臺(tái)背地基土壓力（1～2 號(hào)土壓力盒）、臺(tái)背側(cè)壓力（3～6 號(hào)土壓力盒）以及臺(tái)背地基與路基的沉降量（A、B 沉降管）進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，預(yù)埋位置見圖4。

圖4 土力盒及沉降管埋設(shè)位置

3.2 結(jié)果與分析

3.2.1 臺(tái)背地基土壓力

路基施工完成后，針對(duì)1、2 號(hào)土壓力盒數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，定期采集土壓力盒實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，周期為每月1 次，匯總后得到臺(tái)背地基土壓力變化曲線見圖5。

圖5 臺(tái)背地基土壓力變化曲線

由圖5 可知，臺(tái)背地基1 號(hào)位置的土壓力要大于2 號(hào)位置，原因是1 土力盒的埋設(shè)位置靠近地基邊緣，而2 號(hào)土力盒靠近地基中心位置。 臺(tái)背地基1、2 號(hào)位置的土壓力隨著時(shí)間的推移均呈先增后減，最后逐漸趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)變化，原因是路基澆筑過程中荷載會(huì)不斷增大，澆筑完成后氣泡混合輕質(zhì)土中的水泥由于水化作用自重下降，其壓力值也會(huì)隨之減小。 臺(tái)背地基1、2 號(hào)位置的最大土壓力值分別為41.8 kPa 和56.3 kPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原地基測(cè)得的最大承載力100 kPa， 由此說明該地基的實(shí)際承載力足以支撐路基所需荷載，證明采用氣泡混合輕質(zhì)土進(jìn)行臺(tái)背回填的設(shè)計(jì)方案具有可行性。

3.2.2 臺(tái)背側(cè)壓力

路基施工完成后，針對(duì)3～6 號(hào)土壓力盒數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，定期采集土壓力盒實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，周期為每月1 次，匯總后得到臺(tái)背側(cè)壓力變化曲線見圖6。

圖6 臺(tái)背側(cè)壓力變化曲線

根據(jù)圖6 可知，臺(tái)背側(cè)3、5 號(hào)位置的壓力值要大于4、6 號(hào)位置，原因是3、5 號(hào)土力盒的埋設(shè)位置靠近地基頂部，而4、6 號(hào)土力盒靠近地基底部。 臺(tái)背側(cè)3～6 號(hào)位置的土壓力隨著時(shí)間的推移均不斷減小，最后逐漸趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)變化，原因?yàn)闅馀莼旌陷p質(zhì)土產(chǎn)生水化作用后， 內(nèi)部結(jié)構(gòu)完成固化，不再對(duì)路基側(cè)部產(chǎn)生壓力。 臺(tái)背側(cè)3～6 號(hào)位置的最大土壓力值分別為2.89、3.14、2.79 和3.14 kPa，4 個(gè)位置的最大臺(tái)背側(cè)壓力均較小，基本不會(huì)對(duì)臺(tái)背側(cè)產(chǎn)生較大影響，由此說明該地基采用氣泡混合輕質(zhì)土進(jìn)行臺(tái)背回填可以滿足臺(tái)背側(cè)壓力的設(shè)計(jì)要求。

3.2.3 路基及地基沉降量

路基施工完成后，針對(duì)A、B 號(hào)管沉降情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并每月定期記錄1 次沉降值，匯總后得到沉降值變化曲線見圖7。

由圖7 可知，路基、地基沉降管的沉降值均隨著時(shí)間在0.01～0.22 mm 范圍內(nèi)波動(dòng)， 路基A 沉降管最大值和最小值分別為0.01 mm 和0.22 mm，地基B 沉降管最大值和最小值分別為0.02 mm 和0.22 mm，說明路基與地基的沉降變化基本一致。 路基A 沉降管的最終沉降值為-0.12 mm，地基B 沉降管的最終沉降值為0.21 mm， 且在監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)路基和地基達(dá)到的最大沉降值均為0.22 mm， 說明在監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)路基與地基均未發(fā)生較大沉降差異。 綜合來看，采用氣泡混合輕質(zhì)土進(jìn)行路基臺(tái)背回填不會(huì)產(chǎn)生路基變形以及地基沉降過大的問題，可以保障路基的安全穩(wěn)定性。

圖7 路基、地基沉降變化曲線

4 結(jié)論

本研究通過配合比設(shè)計(jì)以及監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)，針對(duì)氣泡混合輕質(zhì)土的力學(xué)性能、水穩(wěn)定性能、臺(tái)背地基土壓力、 臺(tái)背側(cè)壓力以及沉降情況進(jìn)行分析，得到以下主要結(jié)論：（1）氣泡混合輕質(zhì)土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與水穩(wěn)定系數(shù)均會(huì)隨著時(shí)間推移不斷增大，但氣泡混合輕質(zhì)土自身濕容重較大，泡水后會(huì)降低其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，因此在施工階段還需做好防水設(shè)計(jì)。 （2）臺(tái)背地基的最大土壓力值為56.3 kPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原地基測(cè)得的最大承載力100 kPa， 由此說明該地基的實(shí)際承載力足以支撐路基所需荷載要求。 （3）臺(tái)背側(cè)最大土壓力值為3.14 kPa，4 個(gè)位置的最大臺(tái)背側(cè)壓力均不會(huì)對(duì)臺(tái)背側(cè)產(chǎn)生較大影響，說明該地基采用氣泡混合輕質(zhì)土進(jìn)行臺(tái)背回填可以滿足臺(tái)背側(cè)壓力的設(shè)計(jì)要求。 （4）路基、地基沉降管的最終沉降值為分別為-0.12、-0.21 mm，且在監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)路基與地基均未發(fā)生較大沉降差異，說明氣泡混合輕質(zhì)土進(jìn)行路基臺(tái)背回填不會(huì)出現(xiàn)路基變形以及地基沉降過大的問題。