大道泡沫【泡沫轻质土在天津大道服务区道路施工中的应用】

　　 中图分类号： U41 文献标识码： A 文章编号： 　　1、工程概述 　　天津大道工程服务区道路工程，包含4个服务区的8条进出道路，服务区道路分为加宽段及进出段两部，每条加宽段道路渐变范围不相同，在天津大道主线范围加宽段道路长度为2137米，路基结构为50cm混渣+98cm泡沫轻质土。
　　泡沫轻质土是“用物理方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，与必须组分水泥基胶凝材料、水及可选组分集料、掺和料、外加剂按照一定的比例混合搅拌，并经物理化学作用硬化形成的一种轻质材料”。对于类似材料，国内的叫法普遍为泡沫混凝土。就硬化成型的过程而言，泡沫轻质土与泡沫混凝土并无本质区别。之所以称“泡沫轻质土”，一方面沿用了国内“泡沫混凝土”中“泡沫”一词的普遍叫法，另一方面，其更大程度是用于替代填土，对其性能要求更侧重于满足替代常规填土，而不是作为混凝土来使用。
　　
　　
　　
　　浇筑泡沫轻质土
　　2、泡沫轻质土特点
　　2.1 泡沫轻质土施工方法对工后沉降的控制较常规工法更有优势，尤其是向原地面以下进行置换填筑时，可显著降低基底应力，有效控制工后沉降。
　　2.2 施工便捷高效，可大幅缩短施工工期。这主要体现在三个方面：
　　2.2.1较常规路基土填筑，泡沫轻质土施工准备期短，如常规路基填筑经常需要大量修筑施工便道，而泡沫轻质土填筑施工通过管道泵送实现，可不修或少修施工便道；
　　2.2.2泡沫轻质土施工可每天连续进行，无需因碾压问题而间断路基填筑；
　　2.2.3泡沫轻质土天然地基工法节省了复合地基桩基施工的时间。就一般的工程项目而言，复合地基从施工到检测合格，因龄期问题，一般都需要3～5个月才能完成。
　　2.3 可垂直填筑，节省永久占地或避免拆迁。
　　2.4 由于采用管道泵送浇筑，施工作业面小，可避免某些地段高压线、通讯管路等的拆迁。
　　2.5 常规复合地基工法多为隐蔽工程，施工质量难以保证。而泡沫轻质土工法属非隐蔽工程，施工质量较易控制，可靠度高。
　　3、工艺原理
　　3.1软基沉降变形的本质
　　3.1.1软基沉降变形的本质可用有效应力原理来说明：在附加应力的作用下，超孔隙水压力不断消散、有效应力不断增长；与此同时，随超孔压的消散，软土中的自由水不断排出，由此，其体积压缩，表现为沉降的发生。在这个过程当中，对工程起决定作用的主要是三个方面：
　　（1）、附加应力
　　附加应力的大小决定了软土层最终总沉降量的大小：当附加应力全部转化为有效应力时，总沉降完成；故附加应力越大，总沉降越大。
　　（2）、固结度
　　固结度Ut可用下式表达:
　　(3.1.1-1)
　　式中
　　 当前t时刻已完成沉降；
　　 —最终总沉降；
　　软土层有效应力；
　　软土层附加应力。
　　固结度的意义在于表征了当前时刻已完成沉降占总沉降的比例。
　　（3）、工后沉降
　　设工后沉降基准期末的固结度位U1，施工期末的固结度为U2，工后沉降为 ，则工后沉降可用下式表达：
　　(3.1.1-2)
　　工后沉降通常是软基路段重点控制的指标；从设计到施工，软基路段的一个重要任务就是尽可能降低工后沉降，以确保公路工后的正常使用，并减少工后维修费用。
　　3.2后沉降的途径
　　由式3.1.1-1及式3.1.1-2可知，可通过两种途径来降低工后沉降：
　　3.2.1高St来提高竣工时的固结度U2，以此控制工后沉降。
　　具体的实现方法为排水预压法：通过设置竖向排水体如袋装砂井或塑料排水板，通过堆载预压或真空预压的方式来加快软土层的固结速率，使竣工时的固结度达到足够大，确保工后沉降满足要求。该法的主要特点是具有较好的经济性，缺陷是需要足够的预压时间，很多时候与工期的要求相矛盾。
　　3.2.2低软土层的附加应力 以降低总沉降 ，以此控制工后沉降。
　　实现方法有两种方式：
　　（1）式复合地基法
　　桩式复合地基是设置一定密度的搅拌桩、CFG桩或预应力管桩等强度远较软土层强度要高的桩体，将上覆荷载大部分转移至这些桩体来承受，从而降低软土层所承受的荷载和附加应力，实现控制工后沉降的方法。该法的特点是时间短，效果显著，但缺陷是造价偏高，同时，桩体的施工会产生侧向挤出效应，对周边的临界结构物会带来不利的影响。
　　（2）堤法
　　该法直接降低路堤荷载和软土层的附加应力。传统的轻路堤法有粉煤灰路堤、EPS路堤等。
　　泡沫轻质土用于路桥过渡段填筑，属于轻路堤法，其控制工后沉降的原理在于降低附加应力；当用于旧路改造项目时，如填筑厚度适当向原地面以下延伸，可使软土层的附加应力小于有效应力，软土层处于超固结状态，从而确保工后沉降为0。
　　4、效果验证
　　4.1泡沫轻质土设计7天强度为不小于0.8Mpa，在施工过程中留取了7组，其试块强度见下表：
　　
　　
　　通过以上数据可看出，泡沫轻质土实际7天强度能达到设计强度要求。
　　4.2工期及后期沉降效果
　　泡沫轻质土施工可每天连续进行，无需因碾压问题而间断路基填筑，从而使整个工期提了13天，而且工程竣工3月后，道路的沉降值符合规范要求。
　　
　　4.3经济效果
　　本工程采用泡沫轻质土施工路基施工设计的造价为565万元，如果采用传统的复合地基造价要达到600万元。
　　4.4社会效益
　　泡沫轻质土施工准备期短，不需要大量修筑施工便道及占用过多的通行道路，而泡沫轻质土填筑施工通过管道泵送实现，既避免了施工粉尘污染，又降低了车辆通行的影响。
　　5、结论
　　在天津大道主线范围加宽段道路长度为2137米，路基采用50cm混渣+98cm泡沫轻质土的设计方法，通过实践进行了验证，泡沫轻质土路基加宽的施工方法，在质量控制、经济及社会效果等多方面都优于传统的复合地基施工方法。
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。