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大体积现浇泡沫轻质土路基设计的应用研究

欧宝体育 发布时间:2020/6/5 16:48:53

引言

2018年底,我国高速公路总里程突破14万km,高速公路作为运输通道对经济的发展异常重要。我国建设的高速公路跨地域广阔,地形地貌复杂多变,发展较快的沿海地带如长江三角洲和珠江三角洲等,地基通常为含水率高、压缩性大、渗透性差、抗剪强度低等的软土层。软土上修建路基存在最大的问题是稳定性、承载力及工后沉降,尤其是收费站广场,宽度比一般路段宽,大面积堆载工况下将导致固结时间长、沉降量大、水平位移大,影响范围更广。因此如何从经济性、可行性上选择合适的软基处理方案将是路基工程的关键。

1广明高速罗格收费站概况

广明高速陈村至西樵段横贯佛山市南侧,呈东西走向,工程地貌类型为三角洲冲积平原地貌类型,沿线地势平坦,分布较多鱼塘。罗格收费站是广明高速陈村至西樵段主线收费站,向东通过罗格立交与佛山一环、魁奇路衔接,向西延伸连接高田高架桥,广场处于深厚软基段,主要特殊岩土为人工填土及淤泥质土。其中淤泥质土厚度在6~15m,广场全线有分布。淤泥质土具含水量大、压缩性高、力学强度低、灵敏度高等特点,土质不均,夹层及上下层(特别是砂层)变化也较大,易产生侧向滑移、不均匀沉降、蠕变及软土震陷等地质灾害。罗格收费站广场全长493.4m,双向21车道(6入15出),路基顶面、路面宽度在33.5~114m,软基处理设计采用现浇泡沫轻质土处理,填方量约14万m3。

2设计技术指标及基本要求

2.1设计的温密度及强度

(1)泡沫标准密度:50kg/m3。

(2)发泡倍率:不低于1600。

(3)消泡试验泡沫轻质土湿密度增加率不超过10%。

(4)主要技术指标见表1。

2.2泡沫轻质土置换厚度的确定

泡沫轻质土置换厚度的确定原则为总荷载不增加,即考虑增加的路基设计高度、路面结构层、建成通车后的车辆荷载等,通过下挖原状土置换成容重更小的泡沫轻质土来抵消。置换深度H计算如下:假设路基填筑高度为A,路面结构厚度B重度为23kN/m3,根据《公路工程技术标准》(JTGB01—2014)公路Ⅰ级车辆荷载约为18kPa,设计泡沫轻质土容重为6kN/m3,原状土的容重为18kN/m3。经计算简化之后换填深度与路基填筑高度之间应满足下式:

H≥A/2+17B/12+3/2(1)

按分段计算:罗格广场收费站置换厚度在1.5~2m。泡沫轻质土处理纵剖面如图1所示。

2.3沉降计算

根据泡沫轻质土置换厚度和该项目的填土高度,对可能出现的工后残余沉降进行理论计算。固结度计算采用微分方程数值解法,地基总沉降计算采用经验系数法,主固结沉降计算采用e-p曲线法。计算公式如下:

式中:n为压缩土层内土层分层的数目;e0i 为地基中各分层在自重应力作用下稳定孔隙比;e1i 为地基中各分层在自重应力和附加应力共同作用下的稳定孔隙比;Δhi为地基中各分层的初始厚度,m。计算时考虑弥补地基沉降引起的路堤增高量,工后基准期起算时间为最后一级加载(路面施工)结束时,按分段计算:罗格广场收费站基准期内的残余沉降在0.12~0.2m。

2.4变形缝设计

与普通混凝土一样,大体积泡沫轻质土由于一年中季节温度差异,存在热胀冷缩问题,该项目地处广东省佛山市,夏季长、温度高,泡沫轻质土主要克服的是热胀问题。故设置变形缝是大体积泡沫轻质土一个重要的设计组成部分。此次设计沿路基纵向上每隔20m设置横向变形缝,采用2cm厚的泡沫塑料板填塞。变形缝应结合浇筑区施工缝的位置进行转区错开,如图2所示。同时为了在平面上形成整体,在顶面铺设镀锌金属网(1.5mm@2.5cm×2.5cm),金属网应跨过施工缝或变形缝位置连续铺设。铺设前应将铺设面上的台阶进行削坡处理,金属网铺设时应采用U形钉进行锚固,锚固间距在2~4m。金属网平面位置应重叠搭接,搭接宽度不低于一个网眼宽度,搭接处用铁丝或塑料扣绑扎并用U形钉锚固。

3、施工过程控制

3.1浇筑施工控制要点

1)同一区段上下相邻的浇筑层,浇筑间隔时间应以下层浇筑层已经硬化为控制标准,不少于6h。

2)每一浇筑层应在水泥浆初凝时间内浇筑完毕,浇筑时间不超过3h;水泥浆自制备完成到开始制备轻质土的间隔时间最大不超过3h。

3)应沿浇筑区长轴方向自一端向另一端浇筑;如采用多条浇筑管浇筑时,则可并排地从一端开始浇筑,或采用对角的浇筑方式。

4)浇筑过程中,当需要移动浇筑管时,应沿浇筑管放置的方向前后移动,而不宜左右移动浇筑管;如确实需要左右移动浇筑管,则应将浇筑管尽可能提出当前已浇筑轻质土表面后再移动。

5)浇筑过程中,浇筑管出料口离当前浇筑面的高差最大不应超过2m。

6)浇筑施工过程中,应尽量减少在浇筑层中的走动扰动

(7)当前浇筑层浇筑接近结束时,应在浇筑层内按规定频率进行湿密度取样检测,当某一测点湿密度检测不合格,应找出测点周围界限,进行局部处理。

3.2沉陷及裂缝处理现浇大体积泡沫轻质土浇筑施工过程中容易出现如图3所示的沉陷及裂缝,对于沉陷较严重及裂缝宽度较大的情况应进行必要的处理:

(1)对于坑洼式沉陷,应对沉陷区域进行清除处理,处理深度为一个浇筑层厚度,清除后的部位应补充浇筑。

(2)对于整个浇筑层的整体式沉陷,当沉陷距不超过浇筑层厚度的5%时,可不做处理;当沉陷距超过浇筑层厚度的5%,则应将该浇筑层返工处理。

(3)对于宽度不大于3mm的裂缝,可不做处理;否则应对裂缝进行封闭处理,且应在整条裂缝外边界1m的范围增设一层镀锌金属网。

4、通车后路面工后沉降监测

罗格收费站于2014年12月底建成通车,为了验证运用泡沫轻质土法处理大面积堆载软土地基的实际效果,对通车后1a对路面工后沉降进行全过程监控。选取典型断面桩号K30+930及桩号K31+305处路面沉降的观测结果(见表2),路面沉降-时间曲线如图4、图5所示。

从表2及图4、图5可以看出沉降特征,运营通车1a,泡沫轻质土处理路基的路面工后沉降很小,同一个横断面上路肩和路中线的工后沉降相差也很小。这说明路面总体上沉降趋于稳定,处理效果良好。

5、结语

泡沫轻质土作为一种新型路基填筑材料,具有轻质性、流动性、强度和密度可调节性、施工方便及环保等特点。本文研究利用泡沫轻质土的轻质性,减载效果明显,其处理大面积堆载工况下的深厚软基,能够有效减少工后沉降,且具有明显的技术、经济和工期优势。


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