?泡沫輕質(zhì)土在路基施工中的應(yīng)用

時(shí)間：2020-07-16 來源：河津市恒藝環(huán)保建材有限公司

一、簡(jiǎn)析目前鐵路軟基處理主要形式和利弊

1.1水泥攪拌樁

在鐵路軟基處理形式中，***常見的就是水泥攪拌樁處理。針對(duì)地質(zhì)情況不同，施工條件差異等因素影響，水泥攪拌樁又分為單向水泥攪拌樁、雙向水泥攪拌樁、水泥砂漿樁、釘型水泥攪拌樁和旋噴樁。

從施工角度分析，前四種樁機(jī)機(jī)身大，所需工作面寬，行動(dòng)緩慢，其施工便捷性、機(jī)動(dòng)性差導(dǎo)致施工進(jìn)度緩慢。

從******角度分析，一般設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)均為10m以上。由于這四種樁機(jī)鉆桿均不可分段拆卸，所以設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)決定了鉆桿長(zhǎng)度，鉆桿長(zhǎng)度就決定了鉆機(jī)高度。臨近營(yíng)業(yè)線施工時(shí)如果樁機(jī)過高施工時(shí)需設(shè)防風(fēng)繩防止樁機(jī)倒塌侵入限界造成行車事故，打樁施工地下處理較深對(duì)各種地下管線、電纜等造成巨大威脅，對(duì)施工******、營(yíng)業(yè)線******及既有設(shè)備******都埋下巨大隱患。

旋噴樁每延米水泥用量為150kg，相比單向、雙向水泥攪拌樁每延米水泥用量65kg成本大大提高。旋噴樁機(jī)小、移動(dòng)靈活，不會(huì)危及營(yíng)業(yè)線******。鉆桿可分段拆卸，多適用于施工條件苛刻工作面不足的情況，但因其成本較高不能大面積廣泛使用。

1.2袋裝砂井

袋裝砂井是采用EHZ-8型袋裝砂井打樁機(jī)，配套設(shè)備有成孔套管、灌砂袋架及活動(dòng)樁帽等，將灌滿中、粗砂的砂袋打入軟基中，配合堆載預(yù)壓將軟土地質(zhì)中的過量水分通過砂袋和排水板等設(shè)施排擠出來以達(dá)到軟土地基加固的效果。由于堆載預(yù)壓期一般為6個(gè)月以上，大大降低施工進(jìn)度給后續(xù)工程帶來滯后影響。

1.3 CFG樁

CFG樁是將預(yù)先拌合好的混合料（水泥、粉煤灰、石屑、碎石）利用1:1的水泥砂漿潤(rùn)滑通過鉆桿打入軟土地基中達(dá)到軟土地基加固的目的。施工時(shí)容易造成斷樁、縮頸、混合料離析等質(zhì)量事故，且工藝復(fù)雜施工進(jìn)度緩慢。現(xiàn)已基本被水泥攪拌樁替代。

1.4碎石換填

碎石換填一般是在橋涵過渡段填筑或原地面地質(zhì)情況稍好的情況采用的一種軟基處理方式。施工時(shí)采用全斷面開挖，回填碎石，分層碾壓。碎石材料成本高而且后期沉降量較大，給后期線路養(yǎng)護(hù)增加成本。

二、軟基處理中仍需解決的難題

2.1軟基深層處理計(jì)算理論與實(shí)際差異問題

由于需要軟基處理的地質(zhì)情況復(fù)雜，各土層厚度、承載力不均勻?qū)е缕淅碚撚?jì)算與實(shí)際情況往往有很大出入。

2.2橋涵過渡段沉降量較大引起的跳車問題

橋涵過渡段跳車問題一直是困擾工程界的難題。橋涵沉降量極小但過渡段處采用傳統(tǒng)填料和填筑工藝無論怎樣處理后期沉降量相比橋涵都要大很多導(dǎo)致橋頭跳車問題越發(fā)嚴(yán)重。

2.3地下管線位置不明確處軟基處理問題

新增復(fù)線工程中經(jīng)常會(huì)遇到路基下穿各種石油、燃?xì)?、工業(yè)毒氣等深埋管線，由于管線埋設(shè)時(shí)間久遠(yuǎn)有些無法確認(rèn)其具體深度和位置，這樣對(duì)軟基處理造成困難。管線業(yè)主擔(dān)心打樁處理會(huì)損壞管線，換填處理擔(dān)心后期沉降太大壓壞管線。給設(shè)計(jì)單位和施工單位都提出了難題。

2.4征地拆遷制約工程進(jìn)度及增加成本問題

在既有營(yíng)業(yè)線基礎(chǔ)上新增復(fù)線，路基按直線段填高5m考慮，如果路基面傍寬4.15m，既有排水溝廢棄從新改移至新建坡腳，不考慮護(hù)道，征地界也要隨之增加至少8-10m。導(dǎo)致一系列的征地拆遷制約工程進(jìn)度問題，因征地拆遷補(bǔ)償款造成增加成本問題。 

三、泡沫輕質(zhì)土的定義和特性

泡沫輕質(zhì)土是土建工程領(lǐng)域中近年開發(fā)的一種新型輕質(zhì)填土材料，它是指用物理方法將發(fā)泡劑水溶液制備成泡沫，與水泥基膠凝材料、水、外加劑按照一定的比例混合攪拌，并經(jīng)物理化學(xué)作用硬化形成的一種輕質(zhì)材料。根據(jù)工程的需要，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土中泡沫的含有率、容重及強(qiáng)度可分別在15—70%、5—16kN/m3 及0.3—8.0MPa 范圍內(nèi)調(diào)整。

泡沫具有輕質(zhì)性、高流動(dòng)性、直立性、不可壓縮及高強(qiáng)性、密度和強(qiáng)度可調(diào)節(jié)性、施工便捷性。

四、簡(jiǎn)析泡沫輕質(zhì)土的優(yōu)勢(shì)

4.1泡沫輕質(zhì)土在橋涵過渡段回填工程中的優(yōu)勢(shì)：

（1）可大幅降低填土荷載，減少地基的附加應(yīng)力，抑制地基的不均勻沉降和側(cè)移，提高路基的穩(wěn)定性；

（2）可緩解橋臺(tái)與臺(tái)背路基的剛性突變；

（3）有效******填料自身的工后沉降問題；

（4）填料具有自立性，對(duì)橋臺(tái)結(jié)構(gòu)物幾乎沒有推擠作用；

（5）施工時(shí)自動(dòng)密實(shí)，無需振搗和碾壓，能有效解決臺(tái)背壓實(shí)難問題。在公路適用，在鐵路亦適用。

4.2輕質(zhì)泡沫土在既有路基加寬、擴(kuò)建工程中的優(yōu)勢(shì)：

（1）可垂直填筑，節(jié)約用地、減少拆遷，節(jié)省投資。在舊路基礎(chǔ)上加寬不需重新征地，不改變?cè)信潘到y(tǒng)；

（2）在軟基路段加寬，可不進(jìn)行軟基處理或降低軟基處理強(qiáng)度和范圍；

（3）施工時(shí)自動(dòng)密實(shí)，不需震搗和碾壓；

（4）采用泵送施工，不需設(shè)置臨時(shí)便道，幾乎不影響現(xiàn)有交通；

（5）施工工期短，對(duì)環(huán)境無污染，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益好。

五、國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況

    氣泡混合輕質(zhì)土是一種新型輕質(zhì)環(huán)保材料，在國(guó)外已有幾十年的應(yīng)用歷史。自2002年從日本引進(jìn)以來，在廣東、北京、河北等重點(diǎn)工程中采用，取得了良好的效果。

到目前為止，該技術(shù)在日本應(yīng)用約為300多萬m³ ，在國(guó)內(nèi)成功應(yīng)用于奧運(yùn)工程，天津大道等幾十個(gè)工程項(xiàng)目，累計(jì)約為30多萬m³。

六、結(jié)合工程實(shí)例簡(jiǎn)析泡沫輕質(zhì)土在鐵路軟基處理中的應(yīng)用

6.1工程概況

新建薊港鐵路咸水沽至鄧善沽區(qū)間路基中心里程DK62+488.87處下穿一條中航油輸油管道，管徑Φ329.9mm。與新建線夾角60°，埋深約13m。此處路基填高僅有1m，原設(shè)計(jì)基底處理為采用1-4m鋼筋混凝土蓋板箱涵，基礎(chǔ)為鉆孔樁基礎(chǔ)，上設(shè)承臺(tái)，將蓋板直接安放在承臺(tái)上。為確保鉆孔樁施工不影響管線******，施工前需準(zhǔn)確定位管線的位置。由于受周邊高壓線干擾，無法使用探測(cè)設(shè)備探測(cè)出管線準(zhǔn)確位置。

經(jīng)建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位及管線業(yè)主單位協(xié)商，決定采用換填方式加固地基基礎(chǔ)。本段路基基底淤泥質(zhì)土深厚，采用傳統(tǒng)換填方式工后沉降很大，不能保證管線的******，后決定采用新興材料泡沫輕質(zhì)土換填，利用泡沫輕質(zhì)土的輕質(zhì)性、高強(qiáng)性、高流動(dòng)性等特點(diǎn)來******鐵路修建及火車動(dòng)載對(duì)基底產(chǎn)生的附加應(yīng)力，以增加路基穩(wěn)定性和控制工后沉降，進(jìn)而保證中航油管道的******。

6.2工期安排

基坑開挖2天，分層澆注泡沫輕質(zhì)土6天。

6.3泡沫輕質(zhì)土施工方法及工藝

（1）泡沫輕質(zhì)土制作流程

（2）泡沫輕質(zhì)土施工前，應(yīng)進(jìn)行施工配合比試驗(yàn)。施工配合

比應(yīng)滿足下列要求：

①濕容重≤6.0KN/m³；200mm≥流動(dòng)值≥160mm。

②配合比強(qiáng)度試驗(yàn)試塊采用10cm×10cm×10cm立方體試塊?？箟簭?qiáng)度試驗(yàn)方法同普通混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)方法，但要求壓力機(jī)采用小量程砂漿壓力機(jī)進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，且強(qiáng)度結(jié)果不做尺寸折減。

③配合比強(qiáng)度應(yīng)滿足：7天齡期強(qiáng)度≥0.3Mpa；28天齡期強(qiáng)度≥0.6Mpa。

④施工配合比強(qiáng)度試驗(yàn)以3塊為一組，共做3組分別測(cè)定7天、14天和28天齡期強(qiáng)度。當(dāng)7天齡期抗壓強(qiáng)度≥0.3Mpa時(shí)，該配合比可作為施工配合比采用。

（3）泡沫輕質(zhì)土澆筑施工

①泡沫輕質(zhì)土單層澆注厚度控制在0.2m～1m范圍；本工程基坑深度3m，分4次澆注，每次澆注厚度為0.75m。

②泡沫輕質(zhì)土單個(gè)澆筑區(qū)澆筑層的澆筑施工時(shí)間應(yīng)控制在水泥(砂)漿初凝時(shí)間內(nèi)；上層澆筑層應(yīng)等下層澆筑層終凝后方可澆筑施工。

③應(yīng)盡可能沿澆筑區(qū)長(zhǎng)軸方向自一端向另一端澆筑；若采用一條以上澆筑管澆筑時(shí)，則可并排地從一端開始澆筑，或采用對(duì)角的澆筑方式。

④澆筑過程中，當(dāng)需要移動(dòng)澆筑管時(shí)，則應(yīng)將澆筑管盡可能提出當(dāng)前已澆筑輕質(zhì)土表面后再移動(dòng)。

⑤進(jìn)行掃平表面時(shí)，應(yīng)盡量使?jié)仓诒３炙?，并使?jié)仓陔x當(dāng)前澆筑輕質(zhì)土表面盡可能的低。

⑥盡量減少在已澆完尚未固化的輕質(zhì)土里來回走動(dòng)。

⑦澆筑現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)確保基底無積水，當(dāng)澆筑面位于地下水位以下時(shí)，采用潛水泵臨時(shí)降水，并在泡沫輕質(zhì)土養(yǎng)護(hù)齡期不少于3天且滿足抗浮要求的條件下才能撤除降水措施。

6.4過程質(zhì)量監(jiān)控

（1）施工場(chǎng)地應(yīng)平整，不得有積水。

（2）根據(jù)工藝制定各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)、施工要點(diǎn)，供現(xiàn)場(chǎng)操作人員遵守。嚴(yán)格控制輕質(zhì)土的流值及濕密度，確保輕質(zhì)土設(shè)計(jì)要求。

（3）施工中，應(yīng)及時(shí)、認(rèn)真地填寫原始記錄，不允許事后編寫。每天資料都應(yīng)做好簽認(rèn)、匯總工作，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)改正。

（4）加強(qiáng)資料管理，施工中認(rèn)真填寫有關(guān)技術(shù)資料，每次澆注要按實(shí)際產(chǎn)生的數(shù)據(jù)認(rèn)真負(fù)責(zé)地填寫資料，所有的資料數(shù)據(jù)必須真實(shí)可靠并得到監(jiān)理工程師的簽字認(rèn)可，施工中的所有資料必須完整無缺并整理歸檔。

（5）質(zhì)量控制指標(biāo)

6.5強(qiáng)度檢測(cè)

（1）泡沫輕質(zhì)土固化后常規(guī)試驗(yàn)檢測(cè)指標(biāo)為抗壓強(qiáng)度。

（2）泡沫輕質(zhì)土路基澆筑至***后1層時(shí)，每工作日應(yīng)取強(qiáng)度檢測(cè)試件2組，分別作7天齡期和28天齡期強(qiáng)度檢測(cè)；其他層位的泡沫輕質(zhì)土，每工作日應(yīng)取強(qiáng)度檢測(cè)試件1組，做28天齡期強(qiáng)度檢測(cè)。

（3）泡沫輕質(zhì)土的強(qiáng)度檢測(cè)試塊取樣要求及強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)如下：

①抗壓強(qiáng)度和似干容重檢測(cè)試件應(yīng)在澆注點(diǎn)出料口制取，制取時(shí)應(yīng)量測(cè)并記錄濕容重；試件為邊長(zhǎng)10cm的立方體；試件3個(gè)為1組。

②試件制取后，應(yīng)置于20～25℃的環(huán)境中，試塊拆模后，應(yīng)用密封塑料袋包裝養(yǎng)護(hù)?？箟簭?qiáng)度測(cè)定時(shí)，檢測(cè)方法參考GB50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)》，但***終強(qiáng)度檢測(cè)取值不作尺寸折減。

③抗壓強(qiáng)度的評(píng)判合格標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合：

Qn≥Qc，

式中：Qc-抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（Mpa）；

 Qn-單組試件3個(gè)試塊強(qiáng)度平均值或代表值（Mpa）。

七、效果分析

7.1加快工程進(jìn)度

原設(shè)計(jì)為鉆孔樁基礎(chǔ)鋼筋混凝土蓋板箱涵。從鉆孔樁施工、承臺(tái)施工、邊墻施工到蓋板施工，總工期約45天。而實(shí)際工期只需8天就完成，為后續(xù)工程的施工創(chuàng)造了充足的時(shí)間。

7.2施工簡(jiǎn)便、******

泡沫輕質(zhì)土施工無需動(dòng)用吊車、挖掘機(jī)、鉆機(jī)等大型機(jī)械，涉及勞力、材料種類少，便于控制和管理，減少危險(xiǎn)源，提高營(yíng)業(yè)線運(yùn)營(yíng)及工程施工******系數(shù)。

7.3降低工程造價(jià)

①工程變更減少費(fèi)用

工程變更后比變更前減少費(fèi)用10萬元。

②降低維護(hù)費(fèi)用

研究證明采用泡沫輕質(zhì)土換填軟土路基，可以減少工后沉降，提高工程質(zhì)量，這樣就可大幅度地降低工程運(yùn)營(yíng)后的維護(hù)管理費(fèi)用。

③降低工期成本

由于采用泡沫輕質(zhì)土填筑，可以大大地縮短施工工期，因此可大幅度地降低工期成本。

八、結(jié)束語

天津、廣州、海南等沿海城市地區(qū)水網(wǎng)發(fā)達(dá)，土層多為淤泥、淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)亞粘土、淤泥質(zhì)粉土及淤泥混砂層，屬于飽和的正常壓密軟粘土，這類土具有含水量高、壓縮性大、滲透系數(shù)小、靈敏度高、強(qiáng)度低和厚度不均勻等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的各種軟基處理法只是單純地從提高地基的承載力的角度上下功夫，而忽視了減輕填土的荷載，使得軟基路堤，特別是軟基深、填土高的路堤的處理成本高、工期長(zhǎng)、占地多，并且沉降和穩(wěn)定的問題不能有效解決，使得工程施工和維修成本提高。為此，采用泡沫輕質(zhì)土進(jìn)行軟基路堤的填筑研究和應(yīng)用，取得了良好的效果。

7年前，我國(guó)開始了泡沫輕質(zhì)土在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的應(yīng)用研究，已在包括鳥巢、北京地鐵奧運(yùn)支線、京珠高速公路、廣州亞運(yùn)主干道等工程中得到了成功的應(yīng)用。2010年5月天津大道雙港高架特大橋首次成功應(yīng)用現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土，解決橋頭跳車這一質(zhì)量通病。

在鐵路施工中，橋臺(tái)背填筑、路基加寬換填、下穿高速路基擋土墻、空洞及狹小空間填充等工程同樣可以利用泡沫輕質(zhì)土的獨(dú)特技術(shù)優(yōu)勢(shì)。希望今后泡沫輕質(zhì)土能更加廣泛的應(yīng)用于鐵路基礎(chǔ)建設(shè)工程中。