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輕質泡沫混凝土土在高速公路上的應用
發布時間:2018-05-05   文章來源:admin
在公路建設中,輕質泡沫混凝土土技術大有用武之地,對于解決橋臺臺背跳車、道路加寬時新老路基的差異沉降及側移、高填土路堤的穩定性、西部寒冷地區路堤的隔熱保溫等難題提供了一種新的途徑,不但能節省用地、減少拆遷,充分提高土地利用效率,而且能縮短施工工期,提高工程質量,大幅度地降低工程運營后的維護管理費。  

1、用于軟基路堤的填筑

在東南部沿海地區,水網發達,軟土分布范圍廣,在這樣地帶修建的高速公路,為減少軟基路堤的工后沉降,常需要對軟土地基進行必要的處理。

長期以來著眼于提高軟基承載能力的各種研究及工程研究做得比較多,所以排水固結法在工程界采用得比較多,復合地基法在一些特殊的路段也常采用;而以減少附加應力為目的的輕型填土技術的研究開發工作做得比較少,輕型填料的產品少,技術相對落后。輕質泡沫土技術的開發及在公路建設中的成功應用將為軟基處理提供一種新的技術手段。其主要優點如下:

(1)可大幅度地降低填土荷載,減少軟基的附加應力,抑制軟基的沉降和側移,提高路堤的穩定性。

(2)可簡化甚至取消軟基處理,簡化軟基路堤中地下結構物的結構設計

(3)施工工期短。特別是對于低填土路堤(即使地基為深厚軟基),利用輕質泡沫土的輕質性,通過適當的力學計算,確定軟基的換填深度、輕質泡沫混凝土土的容重和強度,在確保換填后的路堤及各種交通荷載對地基的作用力不超過地基的自然極限承載能力的條件下,可對原軟土地基直接進行換填處理,縮短軟基處理所需要的工期。

2、用于橋臺臺背填土

在道路運營期間,由于臺背回填土與橋面出現不同的沉降,致使路面與橋面連接處開裂,形成高低不一路面,車輛通過時產生跳躍和;中擊,從而對橋涵和路面造成附加的沖擊荷載,使司機和乘客感到顛簸不適,甚至造成車輛大幅減速,嚴重的可導致交通事故,這種現象稱為橋頭跳車。這種病害在軟土地基路段尤為突出。由此增加了道路維修費用,占據著道路維修養護費用的大部分,是一直未能解決的世界性難題。

(1)橋頭跳車產生的原因

橋頭跳車產生的原因比較復雜,主要可歸結為以下幾個方面:

①不良地基引起的沉降

地基土質不良,是產生橋頭跳車的最主要原因。橋涵通常位于溝壑地段,地下水位較高,且多為軟基,此類土的天然含水量多大于液限、天然孔隙比大、常含有機質、壓縮性高、滲透系數小、靈敏度高、抗剪強度低等特點,多屬于飽和的正常壓密軟黏土,一旦受到擾動,天然結構受到破壞,強度便顯著降低;加上橋頭路基填筑高度相對較大,基底所承受的附加應力相對較大,在車輛荷載作用下,更容易引進地基沉陷,且沉降穩定歷時往往持續數年乃至數十年。

②臺背填料自身壓縮引起的沉降

壓縮沉降主要取決于填料性質、施工條件及臺前臺背的防護排水工程的設置等情況。為了減少臺背填料自身的工后沉降,一般采用多孔隙的滲透性填料,但由于橋臺附近地方狹窄,施工時壓實機具不能過分靠近臺背,填料顆粒問孔隙無法完全消除;此外,填料質量差,達不到設計和規范要求等;在公路白重及車輛的垂直與振動荷載作用下,填料自身會不可避免地產生壓縮沉降,造成跳車。

③ 剛柔突變引起的沉陷跳車

剛性不同的路面在跳車處所產生的振動效果不同,柔性材料對能量的吸收要比剛性材料的大。由于橋梁是支撐在巖層上的剛性結構,具有較大的整體剛度;而與結構物橋臺相連的道路屬于相對柔性體,剛性較小、柔性較大,屬彈塑性體。顯然,道路與結構物橋臺之間存在著較大的剛度差,這個剛度差的存在必然引起道路橋臺之間產生較大的塑性變形差異及較大的剛度突變,加重了橋頭跳車的振動效果。

此外,盡管橋臺樁基通常是經過軟基處理,且在地基沉降穩定的基礎上進行反開挖施工的,但由于填土荷載及深層軟基側移擠壓等的作用,導致橋臺及橋臺樁基側移、甚至破壞的案例時有發生,嚴重地影響到工程的安全。

(2)采用輕質泡沫混凝土土技術緩解橋頭跳車問題

要緩解橋頭跳車,就要使橋臺與路基結合部附近沉降曲線的梯度變化緩慢化、均勻化,即應在橋臺與路基結合部之間填充滿足連續、均勻沉降要求的過度段。根據橋頭跳車產生的原因,結合輕土的主要特性,在橋臺與路基結合部之間填充的楔形輕質泡沫混凝土體則可達到上述目的。其優點主要體現在以下方面:

①可大幅度地降低填土荷載,減少軟基的附加應力,抑制軟基的沉降和側移,提高路堤的穩定性。

②緩解橋臺與路基結合部材料的剛性突變

⑧徹底消除填料自身的工后沉降

④填土自身能夠自立,對橋臺結構物幾乎沒有推擠任用;

⑤施工工期短。

3.用于道路加寬

隨著交通量日益增長,在上世紀90年代及以前修建的公路,大都已經不能滿足使用要求,

的道路加寬工程中,大多采用原路基兩側拼接加寬的方式,無疑地需要擴大公路占用土地。

(1)常規道路加寬法存在的主要問題

①公路加寬就需要新征土地,以下圖為例,新征土地寬度為CD,填土橫斷面為四方形

達的東面部地區,伴隨著公路加寬,需要進行大量拆遷,不但延誤施工工期,而且要付出高額發生經濟糾紛,引起不必要的麻煩。

②東面沿海地區軟基分布廣,地基承載能力低。因此,在路堤兩側拼接加寬后,新加j差異,使路基橫向沉降呈反盆形式分布,時常導致路面及路堤兩側附近的結構物被拉裂破壞

后的維修養護費用。

③路基加寬施工,需要運入大量的施工設備及材料,這不僅需要一定程度地封閉交通行公路交通帶來吏大的壓力,并且在施工過程中對周圍環境產生污染,還對原路面產生一定自

④公路加寬施工環境不佳,因而施工工期長。

(2)輕質泡沫混凝土加寬道路的主要優點

輕質泡沫混凝土具有容重小,流動性好,固化后可以自立等特|生。這種材料府用于道路加寬時,主要有以下一些優點:

①可垂直填土,節省用地、減少拆遷,節省投資。在舊路基礎上加寬,幾乎不需重新征地。

1是以5m高的填土路堤為例,假設路堤坡度為l15,如果從路堤坡角內側開始垂直填土,單幅路堤寬度可增加75m,即使不重新征地,單幅可增加兩個車道。

②在軟基路段進行擴幅填土時,可大幅度地降低填土荷重,減少新老路堤的沉降差異避免路堤附近建筑物因附加沉降產生的破壞,大幅度地降低了公路運營后的維修養護費用;

⑧施工不需機械震搗和碾壓;

④通過配管泵送輕質泡沫混凝土,作業面小,幾乎不影響現有交通;

⑤施工工期短,可使工程提前投入使用,給投資者帶來超前收益。

4、滑坡路段路堤的填筑

在公路工程中,為防止土體的滑動,常需要對可能滑動的土體進行處理,常用的處理法有:

(1)置換處理法,即將可能出現滑動的土體全部進行換填處理。

2)在原土體中補打一定密度、穿過滑動面的抗滑樁,在此基礎上進行路堤的填筑。

無論采用哪種方法,都需要花費較多的人力、物力和財力。對于深層滑動,置換處理法將是不現實的;由于E填土的荷載并沒有減輕,通過補打抗滑樁的處理方法常常達不到應用的效果,導致路堤滑塌的質量事故時有發利用輕質泡沫土的輕質性、自立性特點,把常規的路堤填料改用輕型填料,通過適當的力學計算,原有的抗滑方案就可以大大簡化,甚至可能不需要進行抗滑處理(2)。這種技術的主要優點如下:

①可降低填土荷重、減少土塊的滑動力矩,提高路堤的抗滑穩定性。

②簡化抗滑處理方案。

③避免原有地形、地貌的破壞。

④施工工期短。

5、陡峭及急轉彎地段的填筑

在進行公路的路線方案比選時,長期以來對工作本身,如長度、工程量、投資等方面比較重視。而對工程所帶來的安全、環保、社會影響等因素重視的不夠,以至不少工程的安全、環保問題較為突出。在已建和待建的山區公路中,包括許多地形條件復雜的陡峭及急轉彎地段,多采用直接填挖施工的處理方法,施工方法雖然簡單,但常伴隨著較大的填挖工程量,原地形、地貌的破壞較大;邊坡防護難度大,穩定問題突出,大雨過后,高邊坡及路堤滑

塌的現象時有發生。在這些特殊的路段,如果適當地采用輕質泡沫土進行路堤的填筑(3),不但可減少填挖工程量及原地形、地貌的破壞,消除工程的安全隱患,而且可縮短施工工期。

6、隧道坑口的填筑

隧道進出口的處理對環境、景觀的影響較大,應盡量采用零開挖洞El,淡化洞口處理的方式。但由于隧道進出口附近通常存在著偏土壓、山體容易坍塌,給施工帶來較大的麻煩,因此,在開挖時,時常采用人工化的洞門結構處理方式,對進出口進行較大面積的處理,這不但需要較長的工期,花費人力和財力,而且對進出口附近的環境景觀造成較大的破壞。利用輕質泡沫土的輕質性、強度及穩定性好,且易于開挖等特點,在隧道的進出Vl處先期澆筑一定形狀尺寸的輕質泡沫土塊(4),再在此基礎上進行隧道的進出El開挖處理,不但能最大限度地減少對原有地形、地貌的破壞,而且施工簡單、安全、方便。

7、作為溶巖覆蓋層表面路堤的填料

在溶巖分布地區,地下溶洞多,溶洞的覆蓋層的情況較為復雜。在這些地段覆蓋層上,直接進行路堤的填筑時,由于填土荷載的作用(特別是高填土路堤),有可能出現溶洞覆蓋層的承載力不足的問題,如將這些路堤改為橋梁,同樣存在著樁基施工等難題。如果將原路堤填料改用輕質泡沫土,則可為解決上述難題提供一種新的技術手段。

8、作為寒冷地區道路的隔熱層

在輕質泡沫混凝土中,氣泡的體積含有率可高達40%~70%,氣泡的含有率大,不但容重小,減震性能好,而且導熱系數小,隔熱、隔音效果好,抗凍融性能強。當用作寒冷地區凍土與填土路堤之間的隔熱層時,可較好地切斷原凍土與外界的能量交換,起到隔熱保溫的效果,為解決寒冷地區道路的凍脹病害提供一種新的技術手段。

9、地下空洞的填充

在土建工程中,常遇到一些人、機械設備無法進入但又不得不充分填充的特殊空間,如各種原因形成的地下空洞,形狀不規則、狹窄、矮小的建筑空隙,橋頭搭板下的空洞等,常規的施工法常無法確??斩吹某浞痔畛?,給工程質量帶來較大的安全隱患。輕質泡沫混凝土具有良好的流動性、自硬性、施工過程中不需震搗和機械碾壓作業、施工后不需要養生等特點,為一些特殊的地下空洞的填充提供了一種較好的、新的技術手段

結論與建議

地鐵保護區內工程建設應盡可能避免在地鐵隧道附近及上方大量加卸載,因此采用輕質材料泡沫輕質土是解決此類問題的直接有效的方法,即可以作為填筑材料減少荷載,減輕對地鐵隧道的變形影響,又可通過減少橋梁跨徑來解決橋梁基礎與地鐵結構的沖突。

通過橋梁結構減跨的應用實例,可以開拓泡沫輕質土應用的新思路:在軟土地基地區,橋梁布跨的原則一般是控制橋后填土高度為2.53.0m,若采用泡沫輕質土來做為臺背回填材料和橋后路基填筑材料,則可以適當減少橋梁跨徑布置,并可以通過其自立特性優化橋臺結構,節約工程造價。

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