泡沫轻质土在公路改扩建工程中的应用.pdf

福建交通科技圆园23 年第 5 期很多公路运营数年后已无法满足交通量的需求袁亟需进行改扩建遥 公路改扩建工程设计与施工中袁应优先考虑新旧路基之间的差异沉降问题1袁通常采用开挖台阶尧降低路基填土自重等方式缓解变形遥 然而袁在公路沿线往往分布有软土地基袁在该区域内进行改扩建施工更易产生不均匀沉降遥 泡沫轻质土结构稳定尧密度低尧施工简便2-3袁可大幅降低路基填土自重荷载袁减少工后沉降袁进而降低路基沉降遥 在改扩建路基沉降施工中袁学者大多采用有限元建立计算模型进行数值分析4-5袁对地基和路基沉降进行计算分析袁确定不均匀沉降袁用于指导深厚路基改扩建施工袁优化设计方案遥 本文结合某高速公路改扩建项目袁在软土地基施工区域采用泡沫轻质土换填软基袁利用有限元计算模型计算路基分层沉降量和孔隙水压力袁与现场监测结果对比分析袁验证计算结果的准确性遥1工程概况某高速公路建于 20 世纪 90 年代袁近几年交通运输能力和服务水平已不能满足当地经济发展的需要袁亟需进行改扩建工程遥 公路原设计采用双向四车道袁路基宽度为 24.5 m袁路基拓宽后为双向八车道袁路基宽度为 42.5 m遥公路沿线 K42+524耀K42+753 段为软土地基袁 承载力较低袁 拟采用塑料排水板+堆载预压等方法进行加固处理遥 为进一步降低工后沉降袁采用泡沫轻质土换填地基软土遥 该区域软土地基主要为淤泥质土层袁含水量高袁具有较高的压缩性遥 泡沫轻质土原材料为粉煤灰和矿渣粉袁其配合比为院水泥颐粉煤灰颐矿渣粉颐水=248颐36颐72颐229袁水胶比为 0.64遥 泡沫轻质土主要指标技术要求如表 1 所示遥表 1 泡沫轻质土主要指标技术要求2计算模型建立与数值模拟分析2.1建立计算模型为分析路基变形情况袁根据设计资料采用有限元软件建立计算模型袁 建立时对实体进行简化袁并作以下假设院 路基沉降按照平面应变进行模拟分析曰地基土采用摩尔要库伦弹塑性模型分析6曰假设旧路基固结已完成曰新旧路基不产生相对变形遥K42+524K42+753 段主要采用单侧加宽袁地基软土换填2 m 厚的泡沫轻质土袁泡沫轻质土上填筑 1 层 20 cm厚的碎石垫层袁根据原路基组成结构和新路基设计方案建立计算模型袁计算模型如图 1 所示遥 边界条件为院模型两侧 X 方向约束袁均不透水曰模型底部不透水袁X尧Y尧Z 3 个方向均约束曰模型顶面透水袁各向自由遥 通过现场勘察袁确定新旧路基的主要组成部分的计算参数如表 2 所示遥泡沫轻质土在公路改扩建工程中的应用姻 睢向文（晋城高速公路管理有限公司，晋城048000）摘要为降低改扩建公路新旧路基的不均匀沉降袁采用泡沫轻质土置换地基软土袁并运用数值模拟和现场监测 2 种方法进行对比分析袁结果表明院随深度增加地基土分层沉降不断下降袁而孔隙水压力不断提升曰地基土分层沉降和孔隙水压力计算值和实测值较为接近袁说明数值模拟分析结果准确袁可用于指导施工曰地基分层沉降和新旧路基不均匀沉降均较小袁说明采用泡沫轻质土进行软基处置后路基沉降得到有效控制遥关键词泡沫轻质土公路改扩建工程分层沉降孔隙水压力中图分类号院U414曰U418.8文献标志码院A文章编号院1674-8581渊2023冤05-0019-03项目单位技术要求湿密度kg/m3600依3%28 d 抗压强度MPa不小于 1稀释倍数倍不小于 60标准泡沫密度kg/m330耀50标准沉陷距cm不大于 3道路工程19FUJIANJIAOTONGKEJI福建交通科技圆园23 年第 5 期图 1改扩建道路计算模型表 2改扩建道路模型计算参数2.2数值模拟结果2.2.1路基分层沉降由于原道路固结已基本稳定袁虽然在施工荷载下会产生一定幅度的变形袁但变形较小袁本项目以新建路基为研究对象袁分析泡沫轻质土的应用效果遥为分析不同深度土层的沉降量袁选择沉降量计算结果最大的 K42+485 断面计算数据作为研究对象袁分别对距地基表面以下 5 m尧10 m尧15 m 3 个深度的深层土体沉降量进行计算袁整理计算数据绘制路基分层沉降变化曲线如图 2 所示遥图 2K4+485 断面分层沉降模拟曲线分析图 2 得出袁各层地基土沉降量随深度的增加而下降袁其中距地基顶面以下 5 m 深度沉降量最大袁最终沉降量为 19.62 mm袁随深度增加沉降量逐渐下降袁10 m 和 15 m 位置最终沉降量分别为8.56 mm和 1.58 mm袁这是由于路基填筑施工阶段施工荷载较大袁完工后沉降量增速逐步趋缓袁1 年后基本趋于稳定遥 采用泡沫轻质土处理后袁地基土所产生分层沉降量较小袁且工后趋于稳定袁说明处置后路基沉降量得到有效控制遥2.2.2孔隙水压力同样选择 K42+485 断面为研究对象袁计算新建路基地基表面以下 5 m尧10 m尧15 m 3 个深度的孔隙水压力袁绘制孔隙水压力变化曲线如图 3 所示遥图 3K4+485 断面孔隙水压力模拟曲线分析图 3 得出袁孔隙水压力随深度增加而增加袁各深度孔隙水压力曲线变化规律基本一致袁均呈现先上升后下降的趋势袁完工后基本趋于稳定曰其中15 m 深度位置孔隙水压力最大袁最大值为 93.6 kPa袁5 m 深度位置最小遥这是由于在路基施工阶段袁随路基填筑高度的增加袁地基上部荷载不断增加袁孔隙水压力也随之增加袁工后孔隙水压力不断下降且逐步趋于稳定遥3路基现场监测结果分析3.1路基变形现场监测方案为验证模拟计算结果的准确性袁在施工现场布置测点袁对地基土不同深度分层沉降量尧孔隙水压力以及路面沉降变形进行监测袁分析新旧路基的不均匀沉降情况遥 以 K42+485 断面作为研究对象袁在新建路基内部埋设多点位移计尧 孔隙水压力计袁在路面布置沉降桩袁测点分布如图 4 所示遥 多点位移计尧孔隙水压力计埋设深度分别为 5 m尧10 m尧15 m3 个深度袁在施工过程中和完工后进行监测袁监测周期为 1 年遥 路面沉降利用精密水准仪在路面沉降桩布置后开展监测袁监测时间为 1 年遥图 4 监测现场设备仪器布置图3.2分层沉降监测结果分析整理 K42+485 断面地表以下 5 m尧10 m 和15 m 位置沉降数据绘制分层沉降变化曲线如图 5所示遥部位重度/渊kN/m3冤弹性模量/MPa泊松比粘聚力/kPa内摩擦角/毅旧路基23.5600.251424.0新路基24.0630.252212.5碎石垫层23.5190.25629.0泡沫轻质土6.53000.201203.0粉质黏土18.5150.302314.0道路工程20福建交通科技圆园23 年第 5 期图 5K4+685 断面分层沉降变化曲线分析图 5 得出袁 不同深度地基土沉降量随深度增加而下降袁且监测前期沉降量增速较大袁完工后沉降量增速逐步趋缓袁监测完成后基本达到稳定状态遥其中地表以下 5 m 位置沉降量最大袁最终沉降量为21.18 mm袁与模拟计算值 19.62 mm 接近遥 不同深度地基土分层沉降现场实测变化曲线与模拟曲线基本一致袁说明计算结果准确袁可用于指导现场施工遥3.3孔隙水压力监测结果分析整理地表以下 5 m尧10 m 和 15 m 位置孔隙水压力监测数据绘制孔隙水压力变化曲线如图 6 所示遥图 6K4+485 断面孔隙水压力变化曲线分析图 6 得出袁不同深度孔隙水压力曲线变化趋势基本一致袁且随深度增加孔隙水压力不断提高袁孔隙水压力呈现先上升后下降的趋势袁并逐步趋稳遥 在施工期间沉降量增速较大袁工后沉降量逐步下降袁达到稳定状态遥 地表以下 15 m 深度位置孔隙水压力最大袁最大值为 105.8 kPa袁略高于计算值93.5 kPa袁但两者相差不大遥 这是由于地基下水位线与模型模拟存在一定的差异袁孔隙水压力计的布置也存在一定的偏差造成的遥 运营期间孔隙水压力变化逐步趋缓袁并最终达到稳定状态袁说明路基结构稳定袁工后没有产生较大的变形遥3.4路面沉降监测结果分析在 K42+485 断面布置 9 个沉降观测桩袁在完工后采用精密水准仪进行监测袁监测 1 年后各测点沉降已基本稳定袁整理监测数据绘制各测桩累计沉降量分布曲线如图 7 所示遥图 7K42+485 断面各测桩累计沉降量分布曲线分析图 7 得出袁1#4#旧路基在监测期间产生的沉降量很小袁新路基所产生的沉降量相对较大袁最大值为 9#测点袁但累计沉降量仅为 9.22 mm袁新旧路基所产生的不均匀沉降量较小遥 结合现场调查结果袁该路段未发现明显的破坏袁说明采用泡沫轻质土有效降低了路基沉降遥4结语以高速公路软土地基路段泡沫轻质土应用为研究对象袁 分别采用有限元数值模拟和现场监测 2 种方法对路基变形规律进行分析袁得出以下结论院渊1冤地基不同深度分层沉降模拟曲线与实测曲线变化趋势基本一致袁且随深度增加分层沉降不断下降袁深度为 5 m 位置最终沉降量计算值与实测值分别为21.18 mm 和 19.62 mm袁两者十分接近袁说明计算结果准确袁且地基累计沉降量均较小曰渊2冤地基不同深度孔隙水压力模拟曲线与实测曲线变化趋势基本一致袁且随深度增加分层沉降不断增加袁深度为 15 m位置孔隙水压力最大袁模拟计算与现场实测最大值分别为 93.6 kPa 和 105.8 kPa袁两者比较接近袁说明计算结果准确袁可用于指导现场施工曰渊3冤分析路面沉降监测结果袁新旧路基沉降量相差较小袁且施工现场未发现明显的破坏袁 说明采用泡沫轻质土后新旧路基没有出现较大不均匀沉降袁路基结构稳定遥参考文献1罗泽祥.公路改扩建工程泡沫轻质土施工工艺分析J.黑龙江交通科技袁2022袁45渊9冤院26-28.2史永康.泡沫轻质土在河北新元高速公路改扩建工程中的应用J.工程技术研究袁2020袁5渊23冤院128-129.3谢泽华袁肖侃袁夏旖琪.泡沫轻质土在高速公路改扩建中的应用研究J.西部交通科技袁2020渊2冤院86-87袁155.4吴初平.泡沫轻质土在高速公路改扩建工程中的应用J.湖南交通科技袁2018袁44渊4冤院4-7.5李硕袁杨军宏.泡沫轻质土在高速公路改扩建工程中的应用J.公路交通科技袁2018袁35渊S1冤院1-6.6游乃安.浅谈泡沫轻质土在高速公路改扩建中的应用J.公路交通科技院应用技术版袁2017袁13渊5冤院8-10.21