FCB气泡混合轻质土回填技术在软基路段沉降处治施工中的应用.pdf

总660期2023年第30期（10月 下）0 引言在高速公路工程建成通车后，软基路段易出现路基沉降病害，影响行车安全性和舒适性，易引发交通事故。因此，在公路养护期间，要及时处治软基路段的不均匀沉降问题。采用FCB气泡混合轻质土回填技术，置换出软基土，可保证路基承载力，解决不均匀沉降问题。FCB回填处治技术具备技术可靠、造价低、工期短、环境影响小、施工工艺简单、沉降处治效果好等优势，在道路软基处理中得到广泛应用。1 工程概况某高速公路工程全长248 km，施工时部分路段为软土地基，在公路建设前采取过相应的软基处理措施。公路建成通车15年之间，出现软基路段沉降问题，其中桥头沉降最为严重。从公路建成至今，为处治桥头沉降问题，已加铺平均厚度7.1 cm。但加铺技术处治桥头沉降问题效果不佳，且施工成本较高。加铺层厚度越厚，路基自重越大，影响路基结构的稳定性。因此，提出采用FCB气泡混合轻质土替换部分道路基层的处治方案，以控制软基沉降量，从而解决桥头跳车问题。2 高速公路软基路段沉降处治施工技术2.1 软基路段沉降处治方案2.1.1 处治方案分析结合本工程软基路段的实际情况，初步拟定 CFG桩、FCB回填和加铺调平三种处治方案。1）CFG桩：采用粉煤灰、碎石、砂、水泥和水拌和水泥粉煤灰碎石桩，利用成桩机械施工。CFG桩能够借助桩间土的承载力将行车荷载传递到地基深层，起到减小软基沉降的作用。2）FCB回填：制备容重小于土体的气泡混合轻质土，轻质土具有一定的强度和良好的抗变形特性，将其回填至软基中，用于减小桥头的沉降差，解决桥头跳车问题。3）加铺调平：在软基路段沉降处加铺面层，用于调平软基沉降产生的面层高度差。2.1.2 方案比较加铺调平方案是传统的软基路段沉降处治技术，根据已有的养护经验进行分析，这种处治方案只能在短期内解决桥头跳车问题，随着时间的延长，又会发生沉降1；CGF桩施工需要配置特殊的施工机械，且施工工艺相对复杂，对道路交通和周围环境影响大；FCB回填具备施工工期短、沉降处治效果好、施工成本较低的优点，因此，本工程决定采用FCB回填方案进行处理。2.1.3 沉降处治方案本工程采用FCB气泡混合轻质土替换路基中一定厚度的宕渣层，减轻路基自重和荷载。软基路段沉降处治后的路面结构为：沥青混凝土面层（17 cm）+水泥稳定碎石基层（38 cm）+碎石垫层（20 cm）+气泡轻质土层（180 cm）。2.1.4 交通组织1）本工程采用半封闭半通车的交通组织方式，第一阶段先封闭第一车道、第二车道和第三车道一半，待完工后开放交通，进入第二阶段封闭，即封闭剩余车道进行施工；在开工前，向相关管理部门申请封闭作业区域。2）在施工区域设置锥形交通标志，标志设置间距为15 m；在距离施工终点300 m处停放预警车，并设立醒目的警示标识牌2。3）施工完毕后，清理干净道路上的剩余材料，运收稿日期：2023-06-11作者简介：崔强（1981），男，助理工程师，从事工程管理工作。FCB气泡混合轻质土回填技术在软基路段沉降处治施工中的应用崔强（石家庄市公路桥梁建设集团有限公司，河北 石家庄 050000）摘要：基于软弱地基处理的重要性，以某高速公路工程为例，对软基路段沉降处治技术进行分析研究。研究结果表明，在处治软基路段沉降时采用FCB气泡混合轻质土回填处治技术是一种有效的处理措施，通过规范FCB制备、输送、浇筑、养护和脱模施工流程并加强施工质量控制，能够有效解决软基路段沉降病害问题。关键词：高速公路；软基路段；沉降处治；FCB回填中图分类号：U416.2文献标识码：B116交通世界TRANSPOWORLD走警示标牌，恢复作业层整洁。2.2 FCB气泡混合轻质土配合比设计FCB 气泡混合轻质土是由胶凝材料、发泡剂、泥土、砂以及水等材料组成的人造地基材料，在施工前需优选原材料，试验检测原材料各项性能指标，优化设计FCB气泡混合轻质土配合比，以保证软基路段沉降处治效果3。2.2.1 水泥本工程采用强度等级为42.5级的普通硅酸盐水泥，尽量选用同一厂家生产的水泥，不允许在施工中混用不同厂家和标号的水泥。试验检测水泥性能指标，需达到以下要求：比表面积大于300 m2/kg；氮氧化硫含量不超过3.5%，氧化镁含量不超过5.0%，烧失量不超过5%；初凝时间大于45 min，终凝时间小于600 min；无线侧压强度3 d不小于17 MPa，28 d不小于42.5 MPa。2.2.2 发泡剂1）发泡剂分为起泡剂和加气剂，其中加气剂在促使轻质土发泡的过程中易受到环境温度影响，导致发泡效果未达到预期4。因此，本工程采用不会对周围生态环境造成污染的表面活性类发泡剂，此发泡剂属于起泡剂，具备泡沫均匀、分散性好的优点，将其用于发泡混合轻质土制备中，能够提高轻质土的稳定性。2）试验检测本工程所选用发泡剂的性能指标，检测结果如下：密度 1 0001 020 kg/m，标准发泡倍率2025倍，标准稀释倍率1025倍；泡沫密度为4852 kg/m；沉降量小于5 mm/h，泌水量小于25 mL；对FCB气泡混合轻质土进行适应性试验，当轻质土静置1 h时，湿容重增加值不得超过0.5 kN/m。2.2.3 细集料本工程采用优质砂作为细集料，要求细砂最大粒径不得大于5mm，细粒含量在15%以内。如果工程所在地附近有河砂、海砂或石灰石粉等材料，也可以检测这些材料的单轴抗压强度、扩散度等指标，在工程中使用符合技术指标要求的材料。2.2.4 水配制FCB气泡混合轻质土时，用水不得采用有机质含量过高或含有杂质的水，以免影响泡沫稳定性，降低FCB混合料强度。2.2.5 配合比设计FCB气泡混合轻质土配合比设计中，要根据原材料表观密度和强度指标确定级配组成，经过多次试配分析，对FCB强度、密度指标进行检测，根据检测结果调整配合比，得出最佳配合比5。FCB气泡混合轻质土要满足以下要求：1）强度等级。对深度不超过80 cm的软基路段施工，FCB的最小强度等级为CF0.8，即立方体抗压强度平均值为0.8 MPa，单组最小值为0.68 MPa；对深度大于80 cm且小于150 cm的软基路段施工，FCB的最小强度等级为CF0.5，即立方体抗压强度平均值为0.5 MPa，单组最小值为0.42 MPa。2）湿容重等级。对深度不超过80 cm的软基路段施工，FCB的最小容重等级为W5，即湿容重标准值为5.0 kN/m，允许偏差范围为4.55.5 kN/m；对深度大于80 cm的软基路段施工，FCB的最小容重等级为W3，即湿容重标准值为3.0kN/m，允许偏差范围为2.53.5kN/m。2.3 施工流程2.3.1 施工准备1）施工前处理基底，整平夯实地基；对斜面基底采用分级开挖台阶的方法施工，台阶高度为50100 cm，宽度为75100 cm，坡率为10.75。2）FCB气泡混合轻质土受到水分侵入后会增加自重，影响软基处治效果。在施工前采取防水措施，清除基底表面水分，在施工区域周围安装模板，用管材加固模板；或在施工区域周围设置挡墙，并对挡墙设置支撑；检查墙板与地基、墙板与墙板之间是否存在缝隙，用密封材料填充缝隙，避免施工中流出FCB气泡混合轻质土。3）施工前准备好施工设备，划定浇筑区域范围。2.3.2 FCB制备1）发泡。FCB气泡混合轻质土发泡形式包括预先形成、混合形成和后形成三种形式。本工程采用预先形成工艺，利用发泡机械事先混合配制稀释液和压缩空气，形成气泡群，再均匀拌和气泡群、水泥砂浆，制备出FCB气泡混合轻质土。气泡消失率不超过5%，根据湿表观密度决定气泡使用量，发泡后尽快拌和气泡与水泥砂浆，发泡后5 min消泡，不得使用超过发泡时间的泡沫。2）水泥浆拌和。在拌和站制备FCB，利用拌和站的专业设备控制用水量，确保水泥浆的拌和质量，准确控制水泥浆含水率，缩短拌制时间；为保证浇筑质量，需连续拌和生产水泥浆，防止FCB出现局部消泡；浇筑前检测每车水泥浆的重度和质量。2.3.3 输送1）采用泵送的方式输送气泡混合轻质土，泵送的施工效率高，能够减小对气泡混合轻质土的气泡量影响。2）在泵送气泡混合轻质土时，根据泵送距离控制砂与水泥的比例，当泵送距离超过500 m时，应在路线中间设置中转设备，确保气泡量不会受到泵送时间和距离影响大幅度下降。2.3.4 浇筑1）选在晴天浇筑，在气泡混合轻质土施工中，为保证气泡分布均匀，要尽量减少振动，从软管前部输入轻质土，软管尾部深入到已经浇筑的轻质土中。可根据实际施工条件采用溜槽浇筑，保证轻质土浇筑质量。117总660期2023年第30期（10月 下）2）采用分层分块浇筑的方法浇筑轻质土，减少轻质土分层，从而有效控制温缩裂缝；分层浇筑要控制好每层浇筑的时间间隔，当下层轻质土临近终凝时间时浇入上层轻质土，浇筑厚度为50 cm。3）沿着施工区域的一边进行单向浇筑，为加快浇筑施工速度，可在浇筑区域对角处同时浇筑；如果在浇筑中需要变换浇筑管的位置，则要前后移动浇筑管。4）扫平表面，使浇筑口尽量贴近浇筑轻质土的表面；待浇筑完毕后，不允许任何人员和车辆在尚未固化的轻质土层上通行。2.3.5 养护1）浇筑轻质土后进入养护阶段，在轻质土表面覆盖罩薄板，防止轻质土因水分流失过快出现裂缝。2）如在施工阶段遇到降雨，则要及时将遮雨布覆盖到未固化成型的轻质土上，避免轻质土受雨水冲击。2.3.6 脱模气泡混合轻质土施工一般无需从结构物上拆除保护壁，如遇特殊情况，必须拆除模板，则要在轻质土达到一定强度要求后再拆除，避免拆除时的外力作用破坏轻质土结构的完整性。2.4 FCB回填质量控制2.4.1 砂性土质控砂性土含水率是影响FCB气泡混合轻质土回填质量的重要因素，拌和轻质土时，要每天检测砂性土的含水率，根据检测结果对轻质土配合比做出适当调整，保证FCB质量。2.4.2 轻质土质控1）在FCB轻质土施工中，要加强轻质土拌和与浇筑过程的质量控制，重点抓好以下技术指标检测工作：发泡质量检测，检测项目为发泡比率，根据施工实际情况确定发泡比率；单次拌和成品质量检测，检测项目为含气量、扩散度，每天检测2次，要求含气量不得超过设计标准0.5%，扩散度不得超过基准值20 mm；工后轻质土质量检测，检测项目为单轴抗压强度、表观密度，检测频率为每天检测1次，要求不得超过设计强度平均值。2）湿表观密度检测。在出料口取样，等体积划分为两个试样，将其分别放入已知体积和已知质量的容器内测定试样的质量，计算出平均值。3）含气量检测。从出料口取样，将其放入容器内，向容器内加水，将水与试样搅拌均匀，静置溶液，待试样分解为分层物质后加入一定量的酒精，促使泡沫消除，根据容器上的容量刻度计算出轻质土中的含气量。4）扩散度检测。在出料口取样，准备空心圆筒，直径和高都为8 cm；在水平硬质平面上放置空心圆筒，倒入试样；轻敲圆筒外壁，促使试样表面与圆筒上端处于同一平面，缓慢提起圆筒静置60 s，测量垂直方向的塌落直径，计算出平均值；当扩散度实测指标小于设计要求值时，表明轻质土流动性较差，易出现离析现象。5）单轴抗压试验。在轻质土浇筑后测定材料单轴抗压强度，如果采用技术规范要求的试验方法测量单轴抗压强度，需要经过28 d试验期，此试验方法难以满足轻质土浇筑质量控制对检测时效性的要求。因此，本工程采用提前测定单轴抗压强度的方式，用7 d内的单轴抗压强度值的2倍推算出28 d的强度。2.4.3 浇筑过程质控1）轻质土浇筑采用分层浇筑，控制每层浇筑厚度，最大不得超过80 cm，当下层未完成终凝前浇筑上层，确保上下层结合为一个整体。2）在填筑过程中设变形缝，每间隔10 m设一条，变形缝材料为EPS板，厚度为23 cm。3）施工前处理基底，采取防水措施和排水措施，将排水口设置在坑槽内的地势低洼处，宽为1 m，避免出现积水。4）不得在雨天施工，在施工过程中提前准备好防雨措施；在夏季施工中，尽量避免在温差较大的早、晚时间段施工。5）当轻质土填筑后，至少养护7 d，不允许任何车辆通行。养护后检查质量，待验收合格后再进行路面层施工。3 结束语在高速公路养护工程中，要针对软基路段沉降问题采取技术可行、经济合理的处治方案，达到标本根治的处治效果。FCB气泡混合轻质土回填处治方案对软基路段沉降处治效果较好，且施工工艺简单、施工成本较低，对道路正常交通的影响较小，能够有效解决桥头跳车问题。参考文献：1 李建锋，黄静.高速公路软基路段沉降处治技术研究J.智能建筑与工程机械，2020（10）：19-20.2 吴可添.高速公路路桥过渡段软基处治与监测技术研究J.西部交通科技，2020（3）：59-61.3 沈毓晖.软土地基工后沉降特点与处治J.西部探矿工程，2006（9）：31-33.4 刘艳.公路软土地基沉降监测与稳定性分析J.山西交通科技，2022（3）：:62-64.5 赵灿元，邓捷，宋常军.云南大丽高速公路深厚湖相软土地基的工程特性及处治案例J.公路交通科技：应用技术版，2015（5）：96-98.118