◎金建軍 姜忠忠 浙江交工集團(tuán)股份有限公司港航分公司

目前，國內(nèi)外通過用輕質(zhì)填料代替普通土填料，以達(dá)到減小路基沉降、節(jié)省路基處理費(fèi)用這一目的。通過這種處理手段，可使路堤具有較高的回彈模量，不易被壓縮，大大減小輕質(zhì)填料土對路基的附加荷載，從而使軟弱地基的路堤穩(wěn)定性要求達(dá)標(biāo)，同時還減少了后期養(yǎng)護(hù)、加固等施工費(fèi)用。輕質(zhì)混合土最近在國內(nèi)外都有較深入的研究使用，與普通填料土相比，輕質(zhì)填料土具有超輕性、耐壓縮性、自立性、高強(qiáng)度性等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使路堤不會產(chǎn)生較大的沉降與變形，不僅保證路堤穩(wěn)定性，也為降低路堤的壓實要求提供了優(yōu)良條件。因此，在國內(nèi)也得到了較為廣泛的應(yīng)用，有效解決了公路橋頭跳車問題與軟基過渡段的沉降和不均勻沉降問題，具有較好的工程實踐效果。輕量化技術(shù)能夠有效增加廢棄資源的利用效率，這一技術(shù)可以將各種廢棄泡沫塑料、工業(yè)固體廢棄物和工程廢棄土等結(jié)合轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)混合土，在兼顧環(huán)境問題的基礎(chǔ)上，同時用于社會基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，具有非常好的社會、經(jīng)濟(jì)與環(huán)保效益。充分利用廢棄泡沫塑料、工業(yè)固廢和工程廢棄土，符合國家發(fā)展戰(zhàn)略要求。

1.工程概況

1.1 公路施工概況

紹興市濱海產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)新東線（新二村-東二區(qū)）路線工程項目起點(diǎn)位于紹興市濱海產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)西區(qū)與蕭山區(qū)臨江新城交匯處（紹興縣新二村)，即臨化一號路與環(huán)西路交叉處，起點(diǎn)樁號為K0+000。道路向東方向布置與柯海線、興濱路相交，通過當(dāng)時正在施工中的濱海大橋跨過曹娥江后，再向東于K15+160處下穿嘉紹高速公路后進(jìn)入上虞濱海新城，終點(diǎn)則設(shè)在上虞市東部與余姚市交匯處，終點(diǎn)樁號為K29+442.494，全道路路線長27.445km。

紹興濱海產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)新東線（新二村-東二區(qū)）公路工程軟土地基處置方案為：K15+160～K19+829段和K25+315～K29+443.177，采用吹填再聯(lián)合真空井點(diǎn)降水及強(qiáng)夯處治后就地固化填筑路基。

1.2 工程地質(zhì)

EPS（Expanded PolyStyrol，簡稱EPS顆粒）泡沫顆?；旌陷p質(zhì)土路基試驗段位于紹興上虞地區(qū)錢塘江南岸沖海積平原區(qū)，淺部沖海積粉土、粉砂層厚14.40～26.80m，狀態(tài)松散～中密，性質(zhì)較差，局部具液化趨勢。中部為厚層海積淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土層，流塑～軟塑狀，厚度3.10～26.70m；壓縮性高，性質(zhì)差。中下部主要為海積軟塑～可塑狀粉質(zhì)黏土，局部夾沖湖積硬土層。

2.輕質(zhì)土施工方案與技術(shù)

2.1 原材料要求及配比設(shè)計

EPS泡沫塑料顆粒：取自浙江省杭州市某工廠，成分為阻燃型發(fā)泡聚苯乙烯，是一類輕型的高分子聚合物,為圓球狀顆粒，粒徑1～2mm，密度15～20kg/m。經(jīng)密度試驗測算，EPS顆粒堆積體的密度為0.0314g/cm，EPS純顆粒的密度為0.0586g/cm。EPS球粒中的戊烷由于受熱而汽化，在微粒中迅速擴(kuò)展并產(chǎn)生了很多密閉的小腔室，因而使其密度非常小。

固化劑：采用諸城市九七建材有限公司制造的硅酸鹽水泥,強(qiáng)度等級42.5MPa的普通硅酸鹽水泥，初凝時間大于3h、終凝時間大于6h；采用連云港某堿廠所提供的堿渣，堿渣中的主要成分為CaCO、CaSO、NaCl、CaCl、Mg(OH)；采用鹽城某工廠所提供的廢棄石膏，主要成分為CaSO、CaSiO、3CaO·AlO等。

水：采用自來水。

原料土：按就地取材的原則，選用粉砂土為原料土。粉砂土天然含水率為25.4%，塑限為16%，液限為27%，最優(yōu)含水率為12%，最大干密度為1.85g·cm。

2.2 EPS顆粒加入方法

EPS球粒的加入量主要有二種方式：一種方式是EPS球粒與原料粉砂土相互之間的質(zhì)量比例，而第二種方式則是EPS球粒與原料粉砂土相互之間的體積比例。因為EPS球粒的粒徑大小與密度受發(fā)泡劑特性的影響，在工廠中制造出的EPS球粒的粒徑大小通常都會有某個變動范圍。所以，當(dāng)使用質(zhì)量百分比當(dāng)作EPS球粒加入的控制準(zhǔn)則時，同樣品質(zhì)體積的EPS球粒，其質(zhì)量也不一定相等，因而導(dǎo)致加入同樣重量的EPS球粒后所制作成的輕質(zhì)混合粉砂土試樣的物理性質(zhì)、力學(xué)特征不同的情況。為確保所生產(chǎn)出的輕質(zhì)混合土試樣能夠性質(zhì)保持穩(wěn)定，以便使各種配比的輕質(zhì)混合土試樣的物理性質(zhì)、力學(xué)特征均具備良好可靠性，本文采用EPS顆粒與原料土之間的體積比作為輕質(zhì)材料的添加標(biāo)準(zhǔn)。

在本試驗中所控制的EPS顆粒與粉砂土的體積之比分別是0.4、0.6、0.8、1.0、1.2。

在室內(nèi)測試中所提及的EPS球粒的體積均指純粒子體積，而不是粒子聚集體的總體積。這兩個體積的測定方法分別為：把EPS球粒放入開口面積較小的已知總?cè)莘e為v的容器中，那么容器的總體積也就是EPS球粒堆積體的總?cè)莘e。采用精度較高的電子天平稱取其質(zhì)量為ml，然后在容器上方開口處蒙一個孔徑小于EPS球顆最小粒徑的紗網(wǎng)，采用一定的水壓向容器中注水，注滿時稱取質(zhì)量，再注水稱取質(zhì)量，直到前后兩次稱取的質(zhì)量基本不變?yōu)橹?。此時認(rèn)為容器內(nèi)EPS顆粒堆積體的孔隙中已全部充水。記錄此時的質(zhì)量為m。則在EPS顆粒堆積體中，純EPS顆粒的體積所占的比率為：

根據(jù)式（1）可以換算出EPS顆粒堆積體中的純EPS顆粒體積。采用純顆粒體積進(jìn)行試驗設(shè)計具有兩個優(yōu)點(diǎn)：一是概念明確，所測定的試驗數(shù)據(jù)波動較??；二是采用不同種類的泡沫塑料顆粒制備輕質(zhì)混合土試樣時，可以達(dá)到輕質(zhì)材料的同體積置換效果，因此不同輕質(zhì)混合土試樣之間的物理、力學(xué)指標(biāo)具有可比性。

2.3 室內(nèi)預(yù)配比試驗

本試驗選用現(xiàn)場原位粉砂土作為原料土，發(fā)泡聚苯乙烯顆粒作為輕質(zhì)材料，水泥作為輕質(zhì)土固化劑的主要材料并摻加一定的堿渣和廢石膏來制備粉砂泡沫塑料顆粒輕質(zhì)混合土。現(xiàn)場改良固化劑配比使用8%水泥+4%堿渣+2.4%廢棄石膏，在此基礎(chǔ)上摻加不同比例的EPS泡沫塑料顆粒，制作試樣，測量其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，從中挑選適用工程的EPS顆粒摻量進(jìn)行現(xiàn)場試驗。

EPS顆?；旌陷p質(zhì)土配比設(shè)計目標(biāo)：容重不超過13kN/m，28天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.8MPa。

根據(jù)室內(nèi)預(yù)配比試驗的強(qiáng)度及容重比較，從容重數(shù)值分析可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)EPS顆粒摻量為60%時，試驗容重約為11.9kN/m；當(dāng)EPS顆粒摻量為80%時，試驗容重約為11.5kN/m；當(dāng)EPS顆粒摻量為100%時，試驗容重約為11.0kN/m。三個配比的容重均符合配比設(shè)計目標(biāo)，容重不超過13kN/m。從強(qiáng)度數(shù)值上分析，當(dāng)EPS顆粒摻量為60%時，28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.99MPa；當(dāng)EPS顆粒摻量為80%時，28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.84MPa；當(dāng)EPS顆粒摻量為100%時，28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.71MPa。當(dāng)EPS顆粒摻量為60%和80%時，符合配比設(shè)計目標(biāo)，28天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.8MPa。

通過室內(nèi)預(yù)配比試驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)60%是EPS顆?；旌戏凵巴恋囊粋€較為理想的摻量，故在現(xiàn)場試驗段試驗中選用固化劑配比為8%水泥+4%堿渣+2.4%廢棄石膏；EPS泡沫塑料顆粒體積摻量比（EPS顆粒與原料土之間堆散體積比）為40：60。

2.4 施工設(shè)備

攪拌設(shè)備：ALLU固化強(qiáng)力攪拌頭。

攤鋪設(shè)備：1臺PC200挖掘機(jī)。

強(qiáng)力攪拌頭是一種專業(yè)型的立體攪拌裝置，使用挖機(jī)液壓驅(qū)動，將兩個混合攪拌頭以合理的夾角相對布置于連桿機(jī)構(gòu)噴嘴二端，以進(jìn)行三維的混合攪拌。同時，在旋轉(zhuǎn)攪拌過程中，固化劑通過后給料系統(tǒng)送至攪拌頭出口，以實現(xiàn)同時混合和穩(wěn)定的目的。

目前國內(nèi)強(qiáng)力攪拌頭的設(shè)計方案：①攪拌頭按不同尺寸設(shè)計，便于連續(xù)搭接并形成板體，單次攪拌面積不小于1m。②上部拉桿的長度大于等于3米，可設(shè)置加長桿，使最大處理深度一般不小于7米。③攪拌效率：50-100m/小時。

當(dāng)設(shè)計固化深度小于1.2m時，宜選用攪拌頭高度不超過0.8m的設(shè)備。

強(qiáng)力攪拌并添加固化劑的施工方法可噴送粉體及漿體。國外設(shè)備是粉末，所以是粉末輸送設(shè)備。然而，通過現(xiàn)場試驗發(fā)現(xiàn)，水泥處理的攪拌均勻性優(yōu)于粉狀，無粉塵，環(huán)保性更好。為此，現(xiàn)場還準(zhǔn)備了固化劑供料裝置。固化劑加料設(shè)備的加料壓力不小于3MPa，可同時加入多種固化劑強(qiáng)力攪拌。

2.5 施工準(zhǔn)備流程

（1）根據(jù)施工設(shè)備、勞動力、材料等要求，編撰制定施工計劃?？紤]混合輕質(zhì)土在施工過程中需要考慮的各項因素。

（2）由于粉砂土局部具有液化趨勢，所以在施工前需做好路基排水工作。在部分路段，需在距離坡腳至少2m處開挖排水溝，清除積水。

（3）進(jìn)行室內(nèi)預(yù)配比試驗，得出滿足強(qiáng)度的混合料顆粒組成和含水量。

2.6 就地固化流程

現(xiàn)場流程如下所示：

（1）驗證固化土強(qiáng)度滿足設(shè)計要求。

（2）在固化之前，清除樹根、石頭等其他障礙。如果有硬殼層，則應(yīng)盡可能早地使用挖掘機(jī)松土。

（3）對固化區(qū)域進(jìn)行分塊，常規(guī)的劃分尺寸為5m×5m或5m×6m左右的處理區(qū)域，對路基范圍內(nèi)粉砂土就地固化，固化深度為3.0m。

（4）漿劑水灰比宜為0.6。

（5）在固化區(qū)域挖出40%的原位土，傾倒入預(yù)配比計算的EPS顆粒，采用挖機(jī)進(jìn)行初步拌和。

（6）初步拌和后采用ALLU強(qiáng)力攪拌頭，將EPS顆粒與坑內(nèi)剩余原位土進(jìn)行就地強(qiáng)力攪拌。就地拌合時，將固化劑與混合土逐步攪拌到地基處理深度，攪拌應(yīng)均勻。攪拌頭先向下后向上運(yùn)行逐漸深入拌和并噴射改良固化劑，直至達(dá)到路基設(shè)計最底部。

（7）當(dāng)固化區(qū)域拌和完成后，應(yīng)立即預(yù)壓，可采用滿足設(shè)計要求的填土材料對拌和后的土體進(jìn)行堆載預(yù)壓，或采用機(jī)械進(jìn)行預(yù)壓。不宜過度壓實，避免出現(xiàn)EPS顆粒大量壓碎、壓扁的現(xiàn)象。

（7）地基表層土碾壓整平，且平整度滿足現(xiàn)場要求。

（8）養(yǎng)護(hù)加強(qiáng)場地排水，減少外界水環(huán)境影響，養(yǎng)護(hù)時間保證在7d以上。

3.路基檢測方案

3.1 十字板剪切試驗

對就地固化加固后土體進(jìn)行不同深度處十字板剪切試驗，對加固后的土體厚度每20cm深度進(jìn)行1次十字板剪切試驗，得到了各試驗工況下加固后28d加固區(qū)范圍內(nèi)土體不同深度處十字板剪切強(qiáng)度。

3.2 靜力觸探試驗

靜力觸探試驗主要應(yīng)用于判定軟泥、一般粘性土、粉土和砂土的自然土壤地基，和通過換填處理墊板、預(yù)壓、壓實、擠密、夯實處理過程后的人工地基的地基承載能力、土壤變化基本參數(shù)，以及評估地基處理效率。對辦理的地基土方質(zhì)量問題實行質(zhì)量驗收檢查時，單位施工的檢查數(shù)量不應(yīng)低于十點(diǎn)，同時檢查同一土層的檢驗單位有效數(shù)量也不應(yīng)低于六個。對就地固化加固后土體進(jìn)行不同深度處靜力觸探試驗，在現(xiàn)場借助靜壓力將圓錐形探頭按一定速率勻速壓入土層，量測貫入阻力。對加固后的土體厚度每10cm深度進(jìn)行檢測，得到了各試驗工況下加固后28d加固區(qū)范圍內(nèi)土體不同深度處的錐尖阻力。

3.3 靜載試驗

對就地固化加固后土體進(jìn)行不同深度處靜載試驗，采用慢速維持荷載法，對加固后的土體進(jìn)行檢測，逐級加載，每級荷載達(dá)到相對穩(wěn)定后加下一級荷載，直到試樁破壞，然后分級卸載到零。得到了各試驗工況下28d加固區(qū)范圍內(nèi)土體的容許承載力。

3.4 均勻性檢測試驗

對現(xiàn)場條件下養(yǎng)護(hù)齡期為1d的各深度輕質(zhì)土鉆取芯樣，每間距0.3m使用直徑為0.15m的PVC管選取一段輕質(zhì)土，并置于自然養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至28d，測算各段容重及其28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

4.施工過程注意事項條例

4.1 施工前EPS顆粒妥善存放

EPS顆粒密度小，暴露易吹散，為避免顆粒飛散，對EPS顆粒的存放，應(yīng)考慮放于避風(fēng)處，并加罩存放。

4.2 拌和時間需試拌確定

區(qū)別于其他輕質(zhì)路基，EPS顆?；旌陷p質(zhì)粉砂土在拌和過程中，需將EPS顆粒與粉砂土充分拌和均勻。若未拌和均勻，各部分容重不同，路基穩(wěn)定性降低。拌和時間由現(xiàn)場試拌確定。

4.3 預(yù)壓及碾壓程度不宜過大

EPS顆?；旌陷p質(zhì)粉砂土不宜過度預(yù)壓及碾壓，會壓縮EPS泡沫塑料顆粒，甚至壓碎、壓扁，導(dǎo)致失去回彈模量，容重增加，輕質(zhì)性減弱。

4.4 施工后控制平整度

在施工后，部分EPS顆粒會隨水泥漿上浮。需在施工后，采用挖掘機(jī)鏟斗鏟平的方法，鏟去漂浮EPS顆?？刂屏己闷秸?。

5.結(jié)束語

通過EPS顆粒混合輕質(zhì)粉砂土在紹興市濱海產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)新東線（新二村─東二區(qū)）路線工程項目的試驗區(qū)應(yīng)用，發(fā)EPS顆粒輕質(zhì)土的路基承載力較普通固化土路基較差，但仍具有較好的填筑效果?，F(xiàn)場均勻性低于室內(nèi)均勻性，EPS顆粒輕質(zhì)土的壓實度略低于水泥固化土?，F(xiàn)場平均無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值為0.90MPa，仍滿足配比設(shè)計目標(biāo)，不小于0.80MPa。表明了以粉砂土為EPS原料土能達(dá)到良好的施工效果，達(dá)到了減小路堤自重，增加穩(wěn)定性，減少沉降的目的。

EPS顆粒輕質(zhì)粉砂土是一種新型的輕質(zhì)填土材料，不僅具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、快硬性、施工工期短、施工機(jī)具簡單等優(yōu)點(diǎn)，還能將工業(yè)廢棄物堿渣和石膏作為再生資源進(jìn)行有效利用，在兼顧環(huán)境問題的基礎(chǔ)上，同時用于社會基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，具有非常好的經(jīng)濟(jì)、社會與環(huán)保效益。