王云麗
(中交二航局第三工程有限公司,江蘇 鎮(zhèn)江 212000)
高速公路的路堤填料是剛度較小的土體,橋臺(tái)材料則是剛度較大的混凝土,兩者抗變形能力不同,在車輛荷載反復(fù)作用下,路堤填料變形小于橋臺(tái)材料變形,兩者之間形成沉降差,導(dǎo)致高速公路橋頭跳車問(wèn)題。對(duì)此,采用復(fù)合地基、堆載預(yù)壓、強(qiáng)夯等傳統(tǒng)處理措施的施工工期較長(zhǎng),無(wú)法從根本上解決不均勻沉降問(wèn)題[1]。因此,需深入研究高速公路橋臺(tái)路基泡沫輕質(zhì)土施工質(zhì)量控制技術(shù)。
泡沫輕質(zhì)土是指在原料土中按設(shè)計(jì)比例加入固化劑、發(fā)泡劑、水等材料,均勻拌和而成的微孔混凝土。原料土為細(xì)砂、黏性土、砂質(zhì)土等,最大粒徑宜不大于5mm。當(dāng)原材料不符合要求時(shí),應(yīng)在拌和前進(jìn)行篩分處理。固化劑有主固化劑(水泥)和輔助固化劑(石膏粉、硅粉等)兩類。泡沫輕質(zhì)土拌和宜使用飲用水,不可使用污染水源[2]。
大量工程實(shí)踐表明,泡沫輕質(zhì)土的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在重度、流動(dòng)性、抗壓強(qiáng)度三個(gè)方面,具體闡述如下。
1.2.1 重度
泡沫輕質(zhì)土的重度在5~12kN/m3,其值在粉煤灰和泡沫塑料塊輕質(zhì)土(EPS)之間,但EPS 價(jià)格昂貴,抗浮性能差,一般不用作路基填料。影響泡沫輕質(zhì)土重度的因素如下:一是單層澆筑高度。泡沫輕質(zhì)土澆筑時(shí)的重力會(huì)壓縮土體內(nèi)氣泡,使下部重度大于上部。單層澆筑高度越大,上、下部重度差異越大,故單層澆筑高度不宜大于1.0m。二是水固比。本文測(cè)定了不同水固比下泡沫輕質(zhì)土的重度,試驗(yàn)結(jié)果如圖1 所示。
圖1 不同水固比下泡沫輕質(zhì)土重度
圖1 表明:當(dāng)水固比小于1∶1.6 時(shí),泡沫輕質(zhì)土的重度增加速率較快;反之,泡沫輕質(zhì)土重度增加速率變緩。主要原因在于:水固比越大,水泥固化劑的含量越高。同時(shí),水泥的重度大于水的重度。
1.2.2 流動(dòng)性
新拌和的泡沫輕質(zhì)土流動(dòng)性強(qiáng),但隨拌和時(shí)間的增加,泡沫輕質(zhì)土?xí)a(chǎn)生硬化現(xiàn)象。為了保證泡沫輕質(zhì)土的施工質(zhì)量,其流值宜取160~200mm,最大泵送距離和泵送高度不宜超過(guò)500m 和30m。如果泡沫輕質(zhì)土在泵送過(guò)程中有中繼泵,可適當(dāng)增大泵送距離。
1.2.3 抗壓強(qiáng)度
泡沫輕質(zhì)土的抗壓強(qiáng)度高于普通路堤填料,但遠(yuǎn)小于混凝土。相關(guān)研究成果顯示,泡沫輕質(zhì)土的抗壓強(qiáng)度受以下因素影響較大[3]:第一,固化劑。固化劑摻量越高,泡沫輕質(zhì)土強(qiáng)度越大。第二,氣泡含量。氣泡含量較低時(shí),泡沫輕質(zhì)土強(qiáng)度高;氣泡含量過(guò)高時(shí),會(huì)在土體內(nèi)產(chǎn)生大量裂縫,使土體強(qiáng)度衰減。第三,養(yǎng)護(hù)齡期。泡沫輕質(zhì)土的強(qiáng)度和養(yǎng)護(hù)齡期呈正相關(guān)趨勢(shì);但養(yǎng)護(hù)28d 后,其強(qiáng)度基本不再增加。
2.1.1 路線走向
工程案例為鹽城至洛陽(yáng)國(guó)家高速公路江蘇省宿城至泗洪段SS-1 施工標(biāo)段。該標(biāo)段工程起點(diǎn)位于與淮徐高速公路交叉的倉(cāng)集樞紐(樁號(hào)為K0+000),向西南跨越規(guī)劃S268,設(shè)置屠園互通,向南穿越洪澤湖(宿城區(qū))重要濕地,跨越古山河后與SS-2 施工標(biāo)段起點(diǎn)相接(樁號(hào)為K8+100),路線長(zhǎng)為8.1km。
2.1.2 地質(zhì)條件
SS-1 施工標(biāo)段路線位于洪澤湖西北側(cè),傍依成子湖,穿越洪澤湖滯洪區(qū),沿線多為農(nóng)田,局部地段穿過(guò)村莊、河流及已建道路。路線所在區(qū)域?qū)儆谛旎袋S泛沖積平原,區(qū)內(nèi)崗?fù)蓍g布,地勢(shì)略有起伏。
2.2.1 處理思路
泡沫輕質(zhì)土的重量輕、抗壓強(qiáng)度大、直立性強(qiáng),能有效減小路堤填料的附加荷載、減小路基變形,且無(wú)須機(jī)械碾壓,對(duì)橋臺(tái)產(chǎn)生的水平壓力小,可取消橋頭搭板,將U 形橋臺(tái)或肋板式橋臺(tái)優(yōu)化成樁柱式,以降低橋梁建設(shè)成本。
2.2.2 處理方案
SS-1 施工標(biāo)段的S268 主線上跨橋大樁號(hào)橋頭側(cè)(24#橋臺(tái))、苗鄭引河大橋(0#、6#橋臺(tái))、屠園互通C匝道橋兩側(cè)橋臺(tái)、洪澤湖濕地特大橋兩側(cè)橋臺(tái)全部采用泡沫輕質(zhì)土處理,具體處理方案如表1 所示。
表1 橋臺(tái)處理方案
3.1.1 配合比設(shè)計(jì)
泡沫輕質(zhì)土中水泥為P·O42.5 普通硅酸鹽水泥,經(jīng)檢測(cè),標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為28%,密度為3.09g/cm3,三氧化硫含量為0.78%,氧化鎂含量為1.86%,燒失量為3.82%,初凝時(shí)間為193min,終凝時(shí)間為255min,28d 抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別為8.5MPa、50.5MPa,各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。發(fā)泡劑型號(hào)為FP-188型,經(jīng)檢測(cè),發(fā)泡劑1h 沉降距為2mm,1h 泌水率為23mL,氣泡群用量為50kg/m3,密度為1.023g/mL,pH 值為7.62,各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。泡沫輕質(zhì)土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為0.6MPa,經(jīng)試驗(yàn)選擇配合比設(shè)計(jì)為:水泥∶水∶氣泡群=353kg∶205kg∶680.8L,經(jīng)檢測(cè),流動(dòng)度為173mm,濕容重為5.7kN/m3,7d、28d 平均強(qiáng)度分別為0.62MPa、0.84MPa。
3.1.2 測(cè)量放樣
施工前,測(cè)量部門應(yīng)按照施工圖紙對(duì)里程樁號(hào)、距離路基位置等開(kāi)展復(fù)核作業(yè)。復(fù)核無(wú)誤后,使用全站儀放樣坐標(biāo)控制點(diǎn),實(shí)測(cè)原地面標(biāo)高,并填寫放樣記錄表。施工人員進(jìn)場(chǎng)后應(yīng)及時(shí)找到埋設(shè)板位置,同時(shí),應(yīng)在一側(cè)掛設(shè)標(biāo)識(shí)牌,防止機(jī)械或人工破壞埋設(shè)板。
3.1.3 模板安裝
在施工期間,模板按“分層分塊”的原則進(jìn)行安裝。為了防止外力使模板傾倒,可采取以下措施:第一,模板兩側(cè)打入直徑為20mm 的鋼筋進(jìn)行固定;第二,次梁方木按間距400mm 橫向布置,斜向采用方木支撐在次梁方木下緣(與地面夾角呈30~45°),斜向方木端頭處打入鋼筋支擋;第三,相鄰模板的拼縫位置可使用止?jié){條填塞。
3.1.4 泡沫輕質(zhì)土配合比檢驗(yàn)
泡沫輕質(zhì)土的生產(chǎn)工藝如圖2 所示。
圖2 泡沫輕質(zhì)土生產(chǎn)工藝
在橋臺(tái)路基填筑之前,試驗(yàn)室應(yīng)先檢驗(yàn)泡沫輕質(zhì)土的施工配合比,檢測(cè)方法依據(jù)《氣泡混合輕質(zhì)土填筑工程技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 177—2012),制備10cm×10cm×10cm 的立方體2 組(每組6 塊)分別測(cè)定泡沫輕質(zhì)土在第7d、28d 的強(qiáng)度,強(qiáng)度值滿足設(shè)計(jì)要求后才能開(kāi)展?jié)仓鳂I(yè)[4]。
3.2.1 澆筑區(qū)和澆筑層劃分
施工單位應(yīng)結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)情況繪制泡沫輕質(zhì)土澆筑區(qū)劃分、施工順序平面圖。泡沫輕質(zhì)土單層澆筑厚度控制在0.5m 左右,單個(gè)澆筑區(qū)的面積應(yīng)根據(jù)設(shè)備產(chǎn)能劃分,且最大澆筑面積不大于400m2。
3.2.2 澆筑參數(shù)
澆筑時(shí)間:橋臺(tái)路基的每一澆筑層應(yīng)在水泥漿初凝時(shí)間內(nèi)澆筑完成,且澆筑時(shí)間不大于3h。上下相鄰澆筑層的澆筑間隔時(shí)間應(yīng)以下層澆筑層硬化為標(biāo)準(zhǔn),不宜小于8h。
澆筑順序:泡沫輕質(zhì)土在澆筑時(shí)應(yīng)沿澆筑區(qū)長(zhǎng)軸方向從一端向另一端澆筑。需注意,泡沫輕質(zhì)土在澆筑期間,不宜左右移動(dòng)澆筑管。確實(shí)需要移動(dòng)時(shí),應(yīng)沿澆筑管的前后方向移動(dòng)。
3.2.3 檢測(cè)指標(biāo)
泡沫輕質(zhì)土在澆筑期間,要檢測(cè)每一澆筑層的質(zhì)量,檢測(cè)指標(biāo)可取濕密度、流動(dòng)性、泡沫密度等,具體檢測(cè)方法如表2 所示[5]。
表2 泡沫輕質(zhì)土檢測(cè)指標(biāo)
3.2.4 加強(qiáng)施工管理
橋臺(tái)路基泡沫輕質(zhì)土填筑時(shí)不僅要采取經(jīng)濟(jì)、合理的技術(shù)方案,還應(yīng)加強(qiáng)施工管理,具體措施如下。第一,加強(qiáng)培訓(xùn)。項(xiàng)目經(jīng)理部應(yīng)定期組織職業(yè)培訓(xùn),增強(qiáng)工程師和工人的技術(shù)水平和責(zé)任意識(shí)。第二,建立施工方案審查制度。技術(shù)人員編制好泡沫輕質(zhì)土澆筑方案后,應(yīng)提交部門負(fù)責(zé)人復(fù)核,并提交總工程師審核。第三,建立嚴(yán)格的考核制度。項(xiàng)目經(jīng)理部應(yīng)建立嚴(yán)格的獎(jiǎng)罰制度,以便約束施工人員的行為。
為了驗(yàn)證泡沫輕質(zhì)土在橋臺(tái)路基中的應(yīng)用效果,利用理正巖土軟件計(jì)算泡沫輕質(zhì)土澆筑高度為2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m、4.5m 時(shí),橋臺(tái)路基的工后沉降,具體如圖3 所示。
圖3 不同泡沫輕質(zhì)土澆筑高度下橋臺(tái)路基工后沉降
橋臺(tái)路基的工后沉降隨泡沫輕質(zhì)土澆筑高度的增大而增加,且兩者之間基本呈線性正相關(guān)關(guān)系。泡沫輕質(zhì)土澆筑高度為2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m、4.5m 時(shí),橋臺(tái)路基工后沉降分別是0.9cm、1.3cm、1.8cm、2.3cm、2.7cm、3.2cm,均滿足現(xiàn)行設(shè)計(jì)和施工規(guī)范要求。由此可知,泡沫輕質(zhì)土澆筑高度每增加0.5m,橋臺(tái)路基工后沉降平均增加0.46cm。
本文分析了泡沫輕質(zhì)土的材料組成、物理力學(xué)性能及其在鹽洛高速SS-1 施工標(biāo)段中的具體應(yīng)用,得到以下研究成果:一是泡沫輕質(zhì)土由原料土、固化劑、發(fā)泡劑、水等材料組成,具有重度小、流動(dòng)性好、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度高等特點(diǎn)。二是橋臺(tái)路基泡沫輕質(zhì)土在澆筑之前要開(kāi)展測(cè)量放樣、模板安裝、配合比檢驗(yàn)等作業(yè)。三是泡沫輕質(zhì)土澆筑過(guò)程中應(yīng)合理劃分澆筑區(qū)和澆筑層,沿澆筑區(qū)長(zhǎng)軸方向從一端向另一端澆筑,且澆筑管不宜左右移動(dòng)。四是建議以濕密度、流動(dòng)性、泡沫密度等為評(píng)價(jià)指標(biāo),檢測(cè)泡沫輕質(zhì)土路基的施工質(zhì)量。