陶潔

（蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇南京 210017）

0 引言

對(duì)于采用傳統(tǒng)填料的高速公路改擴(kuò)建工程，搭接部位處理不當(dāng)易產(chǎn)生較大沉降變形，新舊路基間易產(chǎn)生不均勻沉降導(dǎo)致路面開(kāi)裂。目前通過(guò)減輕拼寬路基自重來(lái)改善該問(wèn)題的泡沫輕質(zhì)土材料在高速公路改擴(kuò)建中應(yīng)用較為成功。本文結(jié)合泡沫土材料特點(diǎn)，在高速公路的輕質(zhì)土拼寬路基部位埋置壓力盒，測(cè)定施工及運(yùn)營(yíng)階段輕質(zhì)土路基的壓力變化，更好地了解泡沫輕質(zhì)土受力分布規(guī)律和受力特點(diǎn)。

1 泡沫輕質(zhì)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

1.1 泡沫輕質(zhì)土基本特性

泡沫輕質(zhì)土是一種由水泥漿、水、泡沫按照一定比例均勻攪拌后，通過(guò)發(fā)泡機(jī)進(jìn)行泵送澆筑形成干密度約為一般黏土1/3的材料，此材料在經(jīng)過(guò)自然養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間后形成含有大量封閉孔的結(jié)構(gòu)材料。組成中主要含有基質(zhì)土、固化劑、發(fā)泡劑等材料[1]。

輕質(zhì)土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和氣泡的含量有關(guān)，根據(jù)泡沫摻量的不同，輕質(zhì)土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度通常為1.3～1.6MPa。

1.2 改擴(kuò)建泡沫輕質(zhì)土路堤的優(yōu)點(diǎn)

采用泡沫輕質(zhì)土填筑具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①輕質(zhì)土填筑可減輕拼寬路基自重，提高結(jié)構(gòu)整體性，減小地基沉降差，降低路基破壞程度；

②泡沫輕質(zhì)土施工時(shí)采用泵管輸送，占用施工空間小，施工方便，結(jié)構(gòu)凝固后即可進(jìn)行下一層澆筑，施工周期短，對(duì)通行影響??；

③輕質(zhì)土結(jié)構(gòu)多采用垂直擋板作為支擋，可有效降低建設(shè)成本，在高速公路改擴(kuò)建中具有很大的優(yōu)勢(shì)[2]。

2 高速公路改擴(kuò)建工程的病害機(jī)理分析及控制

2.1 高速公路的加寬方式

目前我國(guó)高速公路常用的加寬類(lèi)型為：兩側(cè)加寬、單側(cè)加寬、中央分隔帶預(yù)留加寬、分離式加寬、混合加寬。無(wú)論何種加寬方式都會(huì)對(duì)原有路基產(chǎn)生附加荷載，對(duì)新舊路基之間的沉降、應(yīng)力、位移、孔隙水壓力都會(huì)有不同程度的影響[3]。

2.2 高速公路加寬的病害機(jī)理研究

高速公路改擴(kuò)建中需要重點(diǎn)控制路基拼接的不均勻沉降，最常出現(xiàn)的病害有新舊路基搭接裂縫、新舊路基不均勻沉降、路基整體抗變形能力差、穩(wěn)定性差等，以下就拼寬路基沉降變形的作用機(jī)理進(jìn)行分析[4]。

傳統(tǒng)的路基填料采用自重較大的填土或穩(wěn)定性較好的砂性土，其對(duì)舊路和拼寬路基的地基應(yīng)力分布影響較大，使得路面結(jié)構(gòu)更易破壞，對(duì)軟弱地基段落的路基荷載的影響更為明顯，采用干密度較小的輕質(zhì)土能夠有效減小地基沉降，減少道路病害。

3 泡沫輕質(zhì)土在改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用

3.1 工程概況

本次以某城市高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目為例，拼寬路基采用泡沫輕質(zhì)土，邊部設(shè)置臺(tái)階采用土方及防滲土工膜進(jìn)行包邊，以保護(hù)輕質(zhì)土結(jié)構(gòu)同時(shí)便于防護(hù)工程實(shí)施。包邊土最小寬度L=1.5m，邊坡坡率采用1∶1.5；輕質(zhì)土搭接開(kāi)挖臺(tái)階寬度需要大于2m，保證搭接的整體性。

3.2 泡沫輕質(zhì)土加寬路基的土壓力分析

為更好地分析輕質(zhì)土加寬路基的受力，采用埋置壓力盒測(cè)定輕質(zhì)土路基的壓力變化，為研究泡沫輕質(zhì)土的變形、位移、應(yīng)力分布規(guī)律提供數(shù)據(jù)依據(jù)，圖1為檢測(cè)斷面圖：

更為值得關(guān)注的是，如果說(shuō)形式創(chuàng)新是一種必然，那么對(duì)于鹽湖股份公司這樣的大牌國(guó)企、老牌國(guó)企來(lái)說(shuō)，思維方式的創(chuàng)新則是一種顛覆性變革——“7621”模式在混合所有制形式創(chuàng)新方面，更打造了一個(gè)農(nóng)資新樣板。他們采取國(guó)企民營(yíng)企業(yè)聯(lián)合、所有制形式融合的方式，創(chuàng)新機(jī)制，聯(lián)合并帶動(dòng)了一批口碑好、品牌強(qiáng)、具有實(shí)力的農(nóng)資龍頭企業(yè)，共同組建市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)新主體。

圖1 壓力監(jiān)測(cè)斷面

根據(jù)上述布置五個(gè)壓力盒（4號(hào)盒、5號(hào)盒、6號(hào)盒、7號(hào)盒、14號(hào)盒），壓力盒監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自2013年10月15日至2014年8月15日的壓力變化曲線如圖2所示，豎向荷載影響分布如圖3所示：

圖2 壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖3 邊部拼寬豎向荷載影響分布圖

從輕質(zhì)土澆筑及其施工間歇、包邊土填筑及施工間歇、路面鋪筑及運(yùn)營(yíng)期的整個(gè)施工及運(yùn)營(yíng)過(guò)程的檢測(cè)結(jié)果可知，拼寬路基部分的受力情況如下：

（1）各測(cè)點(diǎn)的壓力值總體呈上升趨勢(shì)，每個(gè)施工階段開(kāi)始時(shí)壓力值跳躍式增加，其后緩慢下降。原因在于輕質(zhì)土自身抗壓強(qiáng)度和容重在固結(jié)過(guò)程中的不斷變化，澆筑前期泡沫輕質(zhì)土容重較大，應(yīng)力呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，隨著干燥固結(jié)，輕質(zhì)土容重減小，應(yīng)力隨之降低。

（2）下層臺(tái)階的外側(cè)壓力盒4號(hào)比上層臺(tái)階的外側(cè)壓力盒14號(hào)壓力值更大，內(nèi)側(cè)壓力盒6號(hào)比7號(hào)壓力值更大。分原因在于下部輕質(zhì)土臺(tái)階作用荷載受上部輕質(zhì)土和周邊填土的影響外，還受到輕質(zhì)土自身的抗彎性能和強(qiáng)度的影響。6號(hào)盒位于輕質(zhì)土底的邊部，受到上部荷載作用，由于自身有一定的強(qiáng)度，底部有一定的抗彎性能，會(huì)在底部產(chǎn)生較大應(yīng)變作用。7號(hào)盒處于輕質(zhì)土中部位置，受到輕質(zhì)土應(yīng)力影響較小。

（3）在同一臺(tái)階，第一級(jí)臺(tái)階14號(hào)盒比7號(hào)盒壓力值大，第二級(jí)臺(tái)階4號(hào)盒比5號(hào)、6號(hào)盒的壓力值大，同時(shí)5號(hào)盒比6號(hào)盒更小。說(shuō)明同一臺(tái)階的外側(cè)壓力盒壓力值比內(nèi)側(cè)的更大，臺(tái)階中部受壓力最小。這是由于14號(hào)盒處于輕質(zhì)土路基的中部位置，由于輕質(zhì)土在強(qiáng)度形成和受土壓力作用下，在14號(hào)盒處產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力比邊部7號(hào)盒受到壓力作用大，同時(shí)14號(hào)盒在土壓力作用下會(huì)產(chǎn)生部分彎拉應(yīng)變。4號(hào)盒處于輕質(zhì)土臺(tái)階部位，在土壓力作用下會(huì)產(chǎn)生擠壓和彎拉作用，5號(hào)盒、6號(hào)盒在臺(tái)階位置，因此在應(yīng)力作用下受到彎拉作用相較于4號(hào)盒要小，6號(hào)盒處于輕質(zhì)土邊部，會(huì)產(chǎn)生部分壓縮作用，因此，4號(hào)盒壓力變化大于6號(hào)盒壓力變化，6號(hào)盒壓力變化要大于5號(hào)盒壓力變化。

（4）整個(gè)施工及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，7號(hào)盒壓力值受各施工階段影響均較小，壓力值總增加較小。其主要原因在于7號(hào)盒所處的位置與土體交界面是斜面搭接，輕質(zhì)土受到的土壓力主要是由于重力作用產(chǎn)生的荷載，此處受到豎直向下的荷載作用比較小，輕質(zhì)土壓縮和彎拉性能變化不明顯，因此7號(hào)盒的壓力變化最小。

（5）對(duì)于5號(hào)壓力盒，僅包邊土填筑及其施工間歇對(duì)其影響較大，主要原因在于5號(hào)盒處主要受到上部豎向荷載影響，在輕質(zhì)土施工期間和間歇期臺(tái)階平臺(tái)位置壓力變化較小。當(dāng)邊坡包邊土施工時(shí)，由于上部土體自重對(duì)輕質(zhì)土臺(tái)階位置產(chǎn)生豎向荷載，使得5號(hào)壓力盒處應(yīng)力變化增大，施工完成后上部豎向荷載變化較小，即對(duì)5號(hào)盒的影響不明顯，因此5號(hào)盒只有在填筑包邊土過(guò)程中應(yīng)力變化增大。

4 結(jié)論

本文通過(guò)研究高速公路拼寬一般特點(diǎn)和輕質(zhì)土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合壓力盒測(cè)試對(duì)高速公路改擴(kuò)建泡沫輕質(zhì)土路基受力特點(diǎn)進(jìn)行分析，總結(jié)為幾點(diǎn)：

（1）對(duì)輕質(zhì)土的基本特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)研究，可知輕質(zhì)土由于自重輕、施工技術(shù)相對(duì)成熟的特點(diǎn)，在路基改擴(kuò)建工程中使用可減少舊路受力，減小拼寬路基沉降；

（2）對(duì)高速公路改擴(kuò)建中常用拼寬方式和拼寬病害作用機(jī)理進(jìn)行分析，可知主要拼寬病害是由路基不均勻沉降引起；

（3）利用實(shí)際工程的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)輕質(zhì)土不同部位的壓力監(jiān)測(cè)及邊部拼寬豎向荷載影響分布結(jié)果得出結(jié)論：

①由4號(hào)盒、5號(hào)盒、6號(hào)盒分析結(jié)果得出，對(duì)輕質(zhì)土臺(tái)階兩側(cè)邊部影響要大于中部；

②由6號(hào)盒、7號(hào)盒和4號(hào)盒、14號(hào)盒的應(yīng)力變化過(guò)程可以看出，底部臺(tái)階與土體接觸，受到土壓力作用大于輕質(zhì)土上部臺(tái)階，在臺(tái)階受到彎拉作用部位土壓力變化更為明顯；

③拼寬部位的輕質(zhì)土不僅受上部荷載作用影響，同時(shí)也受到輕質(zhì)土自身強(qiáng)度及抗彎拉性能的影響，對(duì)提高路基整體性有一定幫助。