王天寶

(海鹽縣交通投資集團有限公司 浙江 嘉興 314300)

杭嘉湖平原屬長江下游平原濕潤區(qū)，其中嘉興地區(qū)更是江、河、湖、海交匯之地，地勢平坦、水系發(fā)達、降水充沛是最主要的地理特點，因而其軟土層分布的范圍廣、厚度大、地層情況復雜，軟土地基的不均勻沉降一直以來都是公路工程建設(shè)中的重點處治方向。

目前，嘉興地區(qū)常規(guī)的軟土地基處治手段主要包括堆載預壓、排水固結(jié)法、水泥攪拌樁、樁承式加筋路堤以及輕質(zhì)路堤替換路基填筑材料等方式。自20 世紀90年代初，浙江省開展輕質(zhì)路堤的研究試驗并在滬杭高速等多個項目中應(yīng)用，經(jīng)過多年的試驗研究和工程應(yīng)用，已經(jīng)成熟應(yīng)用在工程實踐中的輕質(zhì)路堤材料包括EPS 塊狀輕質(zhì)路堤、EPS 顆?；旌陷p質(zhì)路堤以及泡沫砼輕質(zhì)路堤等材料。結(jié)合各地的實踐成果，該方法工程造價較高，應(yīng)用實例大多局限于高速公路、國道等規(guī)格較高的工程項目[1-4]。經(jīng)過近年來的不斷發(fā)展，泡沫砼被研究認為是一種具有力學性能較好的路基替代材料[5-6]。

1 工程概況

黃橋于2003 年原海王公路建設(shè)時建成，原橋頭臺背路基經(jīng)過多年的運營已基本穩(wěn)定。2020年初，因浙北高等級航道網(wǎng)集裝箱運輸通道建設(shè)工程的實施，黃橋需抬高橋梁高度以適應(yīng)航道要求，大樁號方向橋頭兩側(cè)的路基放坡因涉及基本農(nóng)田受到限制，經(jīng)多方討論，擬采用泡沫砼結(jié)合懸臂式擋土墻方案，具體如圖1所示。

圖1 黃橋改建工程路基示意圖

本工程路基處治的重點在于控制新舊路基之間的不均勻沉降，建設(shè)地點的地表從上至下分別為：①1素填土（meQ），厚度0.5～2.7 m；①2粉質(zhì)黏土（al-），厚度0.9～3.5 m；②1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（），厚度14.4～27.0 m；③1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（），厚度11.4～22.7 m；④1粉質(zhì)黏土（al-），厚度9.0～16.5 m；④3粉質(zhì)黏土夾粉土（al-），厚度3.4～5.7 m；⑤1粉質(zhì)黏土（），厚度3.1～5.1 m；⑤2粉質(zhì)黏土（），厚度3.3～8.2 m；⑥3含砂粉質(zhì)黏土（al-），最大層厚16.3 m；⑦1粉質(zhì)黏土（al-），最大層厚17.5 m。工程自上而下采用瀝青面層、水泥穩(wěn)定碎石基層、泡沫砼路堤，臺背路基最大高度3.05 m，兩側(cè)設(shè)置懸臂式擋土墻收縮坡腳，施工時采用分層填筑的方式，其中橋頭段設(shè)置水泥攪拌樁，樁長采用8～10 m，采用三角形布置，間距1.3 m，臺背填筑材料采用泡沫砼，具體如圖2所示。

圖2 軟土地基處理示意圖

2 泡沫砼的原理

泡沫砼是采用物理方式將發(fā)泡劑制作成泡沫，再將泡沫按預設(shè)的體積占比混入水泥漿料中，并摻入外加劑、摻合料等材料，凝固成含有大量均勻封閉氣孔的輕質(zhì)混凝土路堤材料。泡沫砼原理即通過泡沫占據(jù)混凝土中的氣孔，在相同體積占比的條件下更為輕盈，同時均勻的氣孔分布對混凝土骨架的強度影響較小，在更輕盈的條件下仍可保證一定的強度，滿足路基的強度要求。泡沫砼材料的干容重在3.0～9.0 kN/m3，用于路堤、路床填筑時大多采用A06級（5.5～6.5 kN/m3），較之浙江省常用的路基填料如宕渣（18.0 kN/m3）、摻灰土（17.2 kN/m3）等材料具有明顯的差別，在實際應(yīng)用中通過泡沫砼的輕自重、自立性等優(yōu)勢達到減小工后沉降、收縮用地等目的。

3 泡沫砼的設(shè)計參數(shù)

泡沫砼的主要設(shè)計參數(shù)如表1所示。

表1 泡沫砼設(shè)計參數(shù)一覽表

泡沫砼的設(shè)計長度取10～15 m，最大不超過15 m，超過15 m 時設(shè)置20 mm 沉降縫，采用瀝青麻絮填塞。泡沫砼底面鋪設(shè)50 cm 級配碎石作為透水墊層，兼做調(diào)平層，頂面設(shè)置20 cm C20砼水泥混凝土保護墊層。

4 泡沫砼的施工工藝

4.1 施工材料準備

（1）水泥：采用42.5級普通硅酸鹽水泥。

（2）發(fā)泡劑：采用合成類高分子表面活性劑，發(fā)泡劑發(fā)泡過程中產(chǎn)生的泡沫大小均勻且細密，直徑應(yīng)小于1.0 mm。發(fā)泡劑外觀應(yīng)均勻透明，常溫條件下無異物析出或沉淀，無異味或刺激性氣味，對環(huán)境無不良影響。發(fā)泡劑使用時稀釋倍數(shù)不應(yīng)小于60倍，主要性能指標如表2所示。

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表2 發(fā)泡劑（稀釋60倍）主要性能指標表

4.2 施工工藝

施工工藝：場地準備→開挖基坑坑槽和支立模板→泡沫砼制作→澆筑→養(yǎng)護。具體如圖3所示。

4.2.1 場地準備

施工前應(yīng)先清理施工區(qū)域基坑底部積水、雜物，保證在澆注時基坑底部無雜物、無積水。做好基層清潔，不能有油污、浮漿、殘灰等。

4.2.2 開挖基坑坑槽和支立模板

開挖基坑坑槽，對擋墻基底進行處理后支立模板，澆筑懸臂式擋土墻，在坑槽開挖好后應(yīng)在最低處開挖寬度不超過1 m的泄水口，防止槽內(nèi)積水。

4.2.3 泡沫砼制作

水泥漿料制作應(yīng)根據(jù)確定的施工配合比和工藝參數(shù)進行水泥漿料拌合，確保各組分混合均勻，然后將攪拌好的水泥漿料存儲在具備攪拌功能的儲罐內(nèi)，水泥漿沉淀在儲料罐中的儲存時間不應(yīng)超過2 h。泡沫制作應(yīng)根據(jù)發(fā)泡劑生產(chǎn)廠家提供的稀釋倍數(shù)稀釋發(fā)泡劑，再采用壓縮空氣對發(fā)泡劑水溶液加壓?；炫輹r將按配合比設(shè)定的泡沫與水泥漿料及時采用經(jīng)電子記量的混泡設(shè)備進行穩(wěn)壓混泡，形成符合設(shè)計要求的泡沫砼。

4.2.4 澆筑

泡沫砼的澆筑施工應(yīng)采用管路泵送方式。泵送前，應(yīng)檢查管接頭是否緊固，確保接頭密封牢固不泄漏。泵送過程中，澆筑管的壓力應(yīng)滿足揚程及輸送距離要求。泡沫砼澆筑時，澆筑管宜與澆筑面保持緩傾角度，不應(yīng)采用從上而下噴射方式進行澆筑，管口應(yīng)埋入泡沫砼內(nèi)不小于10 cm，以減少泡沫砼的消泡量，澆筑點由中心向四邊擴展或采用多點澆筑。

4.2.5 養(yǎng)護

泡沫砼每層澆筑完畢應(yīng)采用保濕養(yǎng)生，在上路床范圍時應(yīng)在養(yǎng)護28 d后實施路面工程。

5 泡沫砼對控制新舊路基沉降的效果分析

原有海王公路經(jīng)過近20年的使用，路基沉降已基本完成，為了評價泡沫砼在控制新舊路基間不均勻沉降的效果，分別對天然地基、水泥攪拌樁復合地基、“水泥攪拌樁復合地基+泡沫砼輕質(zhì)路堤”3個方案的工后沉降展開數(shù)值模擬的對比分析。

5.1 數(shù)值建模

采用理正軟件建立的數(shù)值模型如圖4所示。原有路基頂部寬度取值為16.0 m，高度為2.0 m，新建路基頂部寬度取值為40.0 m，高度為3.05 m，采用豎直坡，底部寬度為40.0 m，其中拓寬路基寬度為29.65 m，模型長度取20 m，選取新舊路基交界處路面作為分析點。

5.2 模擬結(jié)果與分析

天然地基、水泥攪拌樁復合地基以及水泥攪拌樁復合地基結(jié)合泡沫砼輕質(zhì)路堤的工后沉降曲線如圖5所示。

圖5 工后沉降曲線

由圖5（a）可知，隨著時間的推移，工后沉降逐步增加，增速逐漸減緩，明顯分為3 個階段：第一階段是竣工后24個月內(nèi)，時長約占基準期的13.3%,路基沉降較快，沉降量達到工后總沉降的40%左右；第二階段是竣工后25～60 個月，時長約占基準期的20.0%，路基沉降速率明顯減緩，沉降量占工后總沉降的25%左右；第三階段是竣工后60 個月至基準期結(jié)束，時長約占基準期的66.7%，該階段沉降量占工后總沉降的35%左右。

由圖5（b）可知，在軟土層厚度極大的條件下，采用水泥攪拌樁復合地基方案的工后沉降量相較于天然地基僅減小3.7 cm，減小約15.3%，收效甚微。而采用泡沫砼結(jié)合水泥攪拌樁復合地基的方案在基準期內(nèi)的工后沉降分別減小19.5 cm、15.8 cm，減小約80.6%、77.1%，在控制工后沉降方面效果顯著。

結(jié)合圖5 和工程實際分析，一級公路的首次罩面工程往往出現(xiàn)在竣工通車后5～10 年內(nèi)，即竣工后60～120 月，采用泡沫砼的方案能有效減少在通車10 年內(nèi)橋頭路基沉降以及新舊路基間的沉降，將沉降控制在3～4 cm，較另外兩種方案減小17.1 cm、13.8 cm，減小比例與基準期內(nèi)比例相仿，結(jié)合罩面工程能夠有效地處治橋頭跳車、沉降差等病害，與公路管養(yǎng)實踐中的管養(yǎng)周期和路面結(jié)構(gòu)衰變周期相適應(yīng)，有利于公路后期的運營和管養(yǎng)。

6 結(jié)論

本文以黃橋改建工程中泡沫砼的應(yīng)用為研究背景，首先介紹了泡沫砼的應(yīng)用情況、基本原理、設(shè)計參數(shù)和施工工藝，然后借助理正軟件建立軟基沉降計算模型，針對泡沫砼控制工后沉降效果的分析，得出以下結(jié)論。

（1）采用泡沫砼作為路基填料，對控制工后沉降效果極好，相較于天然地基、水泥攪拌樁復合地基在基準期內(nèi)的總沉降減少達到80.6%、77.1%，在軟土地區(qū)控制新舊路基沉降具有明顯優(yōu)勢。

（2）采用泡沫砼作為路基填料，工后沉降的速率曲線呈現(xiàn)三階段的明顯變化，主要沉降量在竣工通車后5 年內(nèi)完成，即第一階段、第二階段，應(yīng)用泡沫砼材料結(jié)合公路管養(yǎng)周期能很好地保證黃橋工程的服務(wù)水平，避免出現(xiàn)嚴重的縱橫向不均勻沉降。

（3）對于受基本農(nóng)田、通航等建設(shè)條件限制的情況，采用泡沫砼不僅在控制高填方橋頭的沉降量方面具有較好的優(yōu)勢，同時還能結(jié)合懸臂式擋土墻減小對土地的占用，與嘉興地區(qū)水網(wǎng)密布、基本農(nóng)田限制較多的條件十分契合，在未來一段時間的建設(shè)中可以更大范圍地推廣使用。