泡沫輕質混凝土在陡坡路基工程中的應用

泡沫輕質混凝土在陡坡路基工程中的應用李粒生;谷波【摘要】文章結合工程實際，對泡沫輕質混凝土在陡坡路基工程中的應用進行介紹.研究表明，與普通公路填料相比，泡沫輕質混凝土在強度與壓實度方面有明顯的優(yōu)勢,監(jiān)測結果表明，換填泡沫輕質混凝土后，路基位移量和影響深度均滿足穩(wěn)定性要求.【期刊名稱】《現(xiàn)代交通技術》【年（卷），期】2016（013）003【總頁數(shù)】4頁（P21-23,46）【關鍵詞】路基工程;泡沫輕質混凝土;穩(wěn)定性;填筑方案【作者】李粒生;谷波【作者單位】東山縣交通運輸局，福建漳州363400;江蘇兆通工程技術有限公司，江蘇南京210000【正文語種】中文【中圖分類】U416.1泡沫輕質混凝土是用機械方法將發(fā)泡劑水溶液制備成泡沫，再將泡沫加入到含硅質材料（砂、粉煤灰等）、鈣質材料（石灰、水泥等）、水及各種外加劑等組成的料漿中，經(jīng)混合攪拌、澆筑成型、養(yǎng)護而成的一種內部含有大量封閉氣孔的混凝土，這種混凝土由于輕質多孔，具有良好的物理力學性能［1-4］。1.1工程地質國省干線公路聯(lián)十五線東山生態(tài)環(huán)島公路S1標段蘇峰山聯(lián)絡線陡坡路基段場區(qū)為低山斜坡夾山間凹地地貌，地形坡度15~30°，地表植被發(fā)育，部分基巖裸露。K4+900~K5+000路段以半填半挖、填方路基通過，最大填高9.5m，地面橫坡最陡處約26°，折合比例坡度約為1:2，屬典型的陡斜坡填方工程。本路段起點K4+900處與挖方路基相接，挖方路基長度約100m,K4+840處為蘇峰山2號大橋橋頭；由于本路段地形陡峻，難以另夕卜開辟抵達蘇峰山2號大橋的便道，故本段路基能否及時竣工，直接制約著蘇峰山2號大橋的施工進度，同時制約著整個工程項目的施工進度。據(jù)工程地質調繪及鉆探成果，上覆坡積含碎石粉質黏土（Qdl），下伏基巖為上三疊統(tǒng)-侏羅系（T3-J）變粒巖。場址區(qū)巖土層及其工程地質特征如下：表層為含碎石粉質黏土：（Qdl），黃褐色，硬塑，以黏粉粒為主，碎石占30%~40%，成分為強風化云母片巖，地表見大量粒徑50~150cm的塊石，本次探坑揭露厚度1.80m，土石工程分級為H級普通土。下層為碎塊狀強風化云母片巖（T3-J），灰-灰黃色，變晶結構，片狀構造，碎裂狀，裂隙發(fā)育，見褐鐵浸染，巖體破碎，為較軟巖，巖芯呈碎塊狀，少量柱狀，本次探坑揭露厚度2.80m，土石工程分級為IV級軟石。場地地震基本烈度為7度，地震動峰值加速度為0.15g，構造剝蝕低山丘陵地貌區(qū)基本為H類場地，其地震動反應譜特征周期值為0.35s，抗震設計分組為第一組[5]。1.2路基穩(wěn)定性驗算本路段修筑的泡沫輕質混凝土路堤位于陡斜坡上，地面橫坡15~30°不等，折合比例坡度1：3~1:2,為陡坡路堤，故按陡坡路堤進行穩(wěn)定性分析。分別選擇填方最高、地面橫坡最陡的斷面作為控制性驗算斷面，對路堤與斜坡的整體穩(wěn)定性、路堤沿斜坡下滑的穩(wěn)定性進行計算，計算參數(shù)見表1。人行道人群荷載按3.0kN/m2計算，行車道荷載按公路-I級；路面結構層按重度折算為等代土層厚度，計算厚度取2.0m，路堤計算填高=路堤填高（持力層算起）+路面結構層折算土柱厚度。穩(wěn)定性計算結果見表2。原設計采用路堤擋土墻處理是合理可靠的。1.3原設計主要工程量原設計采用普通路基填方的形式通過，主要工程量有：（1）在路基右側設置了路堤擋土墻，墻高約5~11m，總圬工數(shù)量約為5320m3；（2）K4+965處設置一道2.0mx2.0m蓋板涵，涵長22m;（3）路基填方總量約為10300m3。方案1：換填泡沫輕質混凝土，路面底面以下0~0.8m強度等級為CF0.8，容重等級為W6；路面底面以下強度等級為CF0.6，容重等級為W5。流動度為160~200mm，鍍鋅鋼絲網(wǎng)規(guī)格為^x2.5cmo方案2:兩側路肩墻（左側）和路堤擋土墻（右側）中間填土，以衡重式為主，墻高＜15m,采用C15片石混凝土澆注；墻高＞15m,采用C20片石混凝土澆注。路堤擋土墻：以重力式為主，墻高＜10m,采用C15片石混凝土澆注；墻高＞10m，采用C20片石混凝土澆注。方案3:右側路堤擋土墻改為路肩墻，以衡重式為主，墻高＜15m,采用C15片石混凝土澆注；墻高＞15m,采用C20片石混凝土澆注。3個方案的對比分析見表3。由于K4+900~K5+000路段位于陡斜坡上，且項目區(qū)域內降雨豐沛，故設計充分考慮采用泡沫輕質混凝土填筑路堤的穩(wěn)定性、耐久性，結合完善的地表、地下排水系統(tǒng)，確保陡斜坡上泡沫輕質混凝土路堤的安全運營。3.1路基強度研究泡沫輕質混凝土自身具有較高的強度和較低的密度，與普通公路填料相比具有明顯的優(yōu)勢，見表4。通過表中的數(shù)據(jù)比較可以看出，泡沫輕質混凝土的強度遠遠大于普通填料，同時，在壓實度方面也具有明顯的優(yōu)勢。進一步試驗表明，道路用輕質泡沫混凝土材料最小強度為0.3MPa，而97%壓實度的土的強度只有0.05MPa左右，輕質泡沫混凝土強度比普通壓實土強度要高很多。3.2耐久性研究泡沫輕質混凝土路堤必須具有足夠的耐久性，在車輛荷載、干濕循環(huán)等作用的長期、反復作用下，性能指標不出現(xiàn)明顯衰減。交通運輸部公路科學研究院進行了包括疲勞、干濕循環(huán)、凍融循環(huán)等內容的耐久性研究，結果表明：路面厚度〉25cm時，行車荷載在輕質泡沫土路堤中引起的附加應力約為總應力的1/5，應力比約0.2;根據(jù)回歸方程，當應力比=0.2時，95%保證率的疲勞壽命為N?1x1029次，完全滿足公路使用年限要求［6］。根據(jù)國內一些單位不同條件下的長期養(yǎng)護（4~6年）試驗結果，室外暴露養(yǎng)護強度降低幅度達50%，浸水養(yǎng)護降幅與室外暴露養(yǎng)護降幅相當，故泡沫輕質土填筑體不得暴露在空氣中，須采取完善的防護及防、排水措施。3.3底部抗滑穩(wěn)定計算現(xiàn)澆泡沫輕質混凝土路堤處于平面與斜坡面交界處時，可將其分成斜坡前和斜坡上兩部分計算滑動力和滑動抵抗力，計算示意圖見圖1?？够踩禂?shù)按式（1）進行計算。式中：M1為沿水平面的抗滑力；M2為沿斜坡面的抗滑力；N1為沿斜坡面的下滑力；W1為斜坡前現(xiàn)澆泡沫輕質混凝土的自重及路面荷重；W2為斜坡上現(xiàn)澆泡沫輕質混凝土的自重及路面荷重；。為斜坡面與水平面交角；f為現(xiàn)澆泡沫輕質混凝土與地基土的摩擦因數(shù)，無實測資料時可取0.5；當現(xiàn)澆泡沫輕質混凝土與地基之間鋪設防水土工布時，應通過試驗確定。經(jīng)驗算底面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足穩(wěn)定性要求。3.4泡沫輕質混凝土路堤監(jiān)測設計本路段位于陡斜坡上，最大填方高度約9.5m,應按陡坡高路堤進行監(jiān)測；根據(jù)地質狀況，填方工區(qū)未見軟土等不良地質，故本路段監(jiān)測項目以位移為主，通過位移樁、測斜孔對泡沫輕質混凝土路堤的淺、深層位移進行長期觀測。根據(jù)路段內地形、路基橫斷面設計情況，共布置2處淺層位移觀測點，1處深層位移觀測點，測點布置見表5，實測位移見表6。由上述實測位移數(shù)據(jù)可以看出，施工后數(shù)月最大位移量小于10mm，影響深度小于5m，滿足穩(wěn)定性要求。泡沫輕質混凝土是一種新型輕質環(huán)保節(jié)能材料，具有質輕、流動性高、耐久性好、強度可調節(jié)以及施工簡單等特點，可廣泛應用于軟土地基路段、臺背填筑、道路擴建、山區(qū)陡峭路段的填筑、老路橋頭路基換填等公路工程領域，以提高路堤穩(wěn)定性?！鞠嚓P文獻】[1]高倩，王兆利，趙鐵軍.泡沫混凝土[J].青島建筑工程學院學報，2002,22(3):113-115.[2]王永滋.粉煤灰泡沫混凝土的生產(chǎn)與應用[J].福建建設科技，2001(2):35-36.[3]奎永才，盧章天.泡沫瀝青發(fā)泡特性及其冷再生混合料性能研究[J].公路交通技術，2015(4):53-57.[4