0 引 言

    早在20世紀(jì)初，美國(guó)人便開始對(duì)輕質(zhì)混凝土的研究。他們在實(shí)際應(yīng)用過程中，發(fā)現(xiàn)了其優(yōu)于普通混凝土的很多特性。隨后，一些發(fā)達(dá)國(guó)家，如：德國(guó)、日本等，也開展了對(duì)輕質(zhì)混凝土的研究，使得輕質(zhì)混凝土的運(yùn)用越來越廣泛。輕質(zhì)混凝土，從表觀上看是一種多孔材料，其借助機(jī)械設(shè)備，把泡沫劑水溶液制備成的泡沫加入到各種外加劑組成的料漿（含硅質(zhì)、鈣質(zhì)、水等）中，經(jīng)過攪拌成型及養(yǎng)護(hù)而成。輕質(zhì)混凝土在我國(guó)的應(yīng)用主要分為五個(gè)板塊，分別為：建筑節(jié)能、工程、園林、工業(yè)及裝飾等。建筑節(jié)能方面主要作為保溫隔熱性能材料。在工程方面，如擋土墻、地下回填、環(huán)境覆蓋、地基工程等。中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司在恩施州境內(nèi)普通公路設(shè)計(jì)項(xiàng)目較多。從設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來講，山區(qū)普通公路設(shè)計(jì)中存在很多弊病，如線性指標(biāo)低，視距不足，支擋無法生根且開挖作業(yè)面大等等。輕質(zhì)混凝土的出現(xiàn)為這類問題提供了解決的思路。以下結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目進(jìn)行分析。

1工程概況

1.1項(xiàng)目背景

      巴東經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)柳家山片區(qū)外環(huán)線道路（巴野公路至巴東火車站接線）工程起點(diǎn)于白楊口附近與G318平交，路線向北至跨魚泉河至白家灣，經(jīng)白家坡、廖家坪、朱家坡、下柳家山，終點(diǎn)于巴東火車站站前廣場(chǎng)，全長(zhǎng)5.063 km（見圖1所示）。

      宜萬鐵路（宜昌至萬州）已于2010 年底通車，并在野三關(guān)柳家山設(shè)立�？空尽�——巴東火車站。巴東火車站對(duì)外出口的火車站連接線技術(shù)指標(biāo)極低，繞行距離遠(yuǎn)，嚴(yán)重制約了宜萬鐵路對(duì)巴東的帶動(dòng)作用，限制了柳家山的開發(fā)建設(shè)。該項(xiàng)目外環(huán)線道路是為柳家山片區(qū)發(fā)展解燃眉之急。目前火車站連接線是唯一一條連接野三關(guān)和巴東火車站的線路。因此，在施工過程中，必須保持通車狀態(tài)。

1.2工程地質(zhì)

1.2.1地質(zhì)構(gòu)造

      該路段線路走廊帶自南向北主要斜穿了新華夏系復(fù)合式構(gòu)造的北東向構(gòu)造－寨上復(fù)式背斜帶和新華夏系聯(lián)合弧形構(gòu)造茶店子復(fù)式向斜南翼。整體來看，線路段內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造主要以舒緩褶皺和小斷層分布較多，新生代以來區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要以緩慢的升降運(yùn)動(dòng)為主，總體場(chǎng)地穩(wěn)定性較好。

1.2.2巖層路線

    范圍內(nèi)主要出露兩種巖性：中厚層狀灰?guī)r，局部地段巨厚層狀；薄層狀泥灰?guī)r夾頁(yè)巖。中層狀灰?guī)r：灰色，青灰色，巖體一般呈薄層狀～中厚層狀狀，微晶結(jié)構(gòu)，單層厚10～40cm。節(jié)理裂隙發(fā)育，表體巖體一般溶蝕溝槽發(fā)育，巖質(zhì)堅(jiān)硬，主要揭露于線路K0+000～K0+440段。強(qiáng)～中風(fēng)化泥灰?guī)r夾頁(yè)巖：灰黑色、灰色，泥晶碎屑生物結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，局部表層風(fēng)化嚴(yán)重，主要位于線路K0+440～終點(diǎn)段。覆蓋層基本為粉質(zhì)黏土混碎石（Q4el+dl），厚度為1～3m。1.3設(shè)計(jì)情況原火車站連接線為水泥路面，道路寬度為5.5～7.5m。外環(huán)線道路在K4+420～K4+520段右側(cè)、K4+720～K4+800段左側(cè)（圖2中陰影部分）需要與巴東火車站連接線進(jìn)行拼寬設(shè)計(jì)。根據(jù)項(xiàng)目組現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，在老路需要拼寬的路段，采用漿砌擋土墻的防護(hù)形式。結(jié)合地形圖可知拼寬設(shè)計(jì)路段正處于地形陡峭處，在道路始終要保持通車的情況下，施工中必須盡量減少開挖面、拼寬部分迅速形成強(qiáng)度才能保證行車安全。這就是該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的最大的重難點(diǎn)。

1.4輕質(zhì)混凝土方案與傳統(tǒng)施工方案對(duì)比

      通過查閱相關(guān)資料和借鑒成功案例，輕質(zhì)混凝土就成了該項(xiàng)目解決問題的關(guān)鍵。為此，對(duì)傳統(tǒng)路基拼寬和輕質(zhì)混凝土加寬做了對(duì)比（見表1所列）。

2輕質(zhì)混凝土設(shè)計(jì)

      輕質(zhì)混凝土在設(shè)計(jì)中將以下五個(gè)部分總體綜合考慮，同步施工。五個(gè)部分分別為主體部分和輔助部分設(shè)計(jì)、植筋錨固、路基開挖、防護(hù)設(shè)計(jì)、交通設(shè)施。2.1主體部分和輔助部分設(shè)計(jì)2.1.1主體斷面設(shè)計(jì)該項(xiàng)目根據(jù)舊路路基邊坡及現(xiàn)有擋墻情況，擋墻外側(cè)直接澆筑泡沫輕質(zhì)土拼寬。泡沫輕質(zhì)土與原地面交接處需要挖臺(tái)階處理，如圖3泡沫輕質(zhì)土路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖所示。

2.1.2輔助部分設(shè)計(jì)

      為了確保拼寬部分路基整體穩(wěn)定性，需要增加輔助部分。具體設(shè)計(jì)方案如下：（1）泡沫輕質(zhì)填土補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)：為確保拼寬部分路基整體穩(wěn)定性，在輕質(zhì)土填筑路基底部、中部、頂部等應(yīng)力集中部位分別設(shè)計(jì)了1~2層3.2-100mm×100mm鋼絲網(wǎng)。（2）泡沫輕質(zhì)填土側(cè)面采用預(yù)制水泥面板防護(hù)，并由角鋼進(jìn)行加固處理。（3）輕質(zhì)混凝土底部設(shè)置一層30cm厚碎石墊層，輕質(zhì)混凝土的擋板基礎(chǔ)設(shè)于碎石墊層上方。圖4為預(yù)制面板設(shè)計(jì)圖，圖5為A處大樣圖。

2.1.3其他要求

（1）容重設(shè)計(jì)：路槽底以下80cm以內(nèi)濕容重等級(jí)不大于6kN/m3，其余區(qū)域濕容重等級(jí)不大于5kN/m3。

（2）強(qiáng)度設(shè)計(jì)：路槽底以下80cm以內(nèi)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度等級(jí)不小于0.8 MPa，其余區(qū)域強(qiáng)度等級(jí)不小于0.6MPa。

（3）輕質(zhì)混凝土配合比確定：輕質(zhì)混凝土的目標(biāo)配合比應(yīng)根據(jù)強(qiáng)度等級(jí)、容重等級(jí)、流動(dòng)性等要求進(jìn)行選擇。施工單位應(yīng)參考《泡沫輕質(zhì)土填筑工程技術(shù)規(guī)程》條文說明5.2.1條表5 常用參考配合比中對(duì)應(yīng)強(qiáng)度等級(jí)的參考配合比確定施工最終配合比。

2.2植筋錨固

      部分路段輕質(zhì)混凝土路基整體寬度較小，高度大，為加強(qiáng)輕質(zhì)混凝土路基的整體穩(wěn)定性，當(dāng)輕質(zhì)混凝土路基高度≥6m時(shí)，在原有擋墻與輕質(zhì)混凝土路基之間設(shè)置植筋連接，植入鋼筋總長(zhǎng)度為1.5m，錨固長(zhǎng)度為0.5m，深入輕質(zhì)混凝土內(nèi)1.0m。鋼筋直徑為25鋼筋，鉆孔3 cm，間距2.0m×2.0m梅花形布置。

2.3路基開挖

      路基開挖須待與輕質(zhì)混凝土路基所相連的路基加寬部分完成后進(jìn)行，開挖順序?yàn)閺纳现料麻_挖，開挖坡率按照1:1控制，同時(shí)平臺(tái)寬度按2m實(shí)施。開挖完成后路基土頂面壓實(shí)度要求不小于90%。

2.4防護(hù)設(shè)計(jì)

（1）面板與面板之間勾凹縫處理。（2）臨時(shí)防護(hù)：施工期間遇到雨天時(shí)，須用不透水帆布或彩條布對(duì)所有施工作業(yè)面和易受水損壞的部位進(jìn)行遮蓋。

2.5交通設(shè)施

      路基頂設(shè)置防撞護(hù)欄與橋梁護(hù)欄相銜接，且應(yīng)注意與橋梁護(hù)欄之間設(shè)置10m過渡段，確保與橋梁護(hù)欄平順相接，護(hù)欄與基礎(chǔ)通過預(yù)埋鋼筋連接。

3輕質(zhì)混凝土邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

      計(jì)算以K4+720～K4+800為例。該段地質(zhì)為強(qiáng)~中風(fēng)化碳質(zhì)灰?guī)r，上覆薄層填筑土，地質(zhì)縱斷面如圖6所示。局部地段為殘坡積土碎石土，碎石土下部為素填土。

      原火車站連接線路肩墻外采用泡沫輕質(zhì)土進(jìn)行路基加寬，輕質(zhì)混凝土最小底寬≥1.5m。輕質(zhì)混凝土外側(cè)設(shè)置混凝土預(yù)制塊擋板。輕質(zhì)混凝土設(shè)計(jì)參數(shù)為:容重：路槽下80cm范圍內(nèi)等級(jí)不大于6kN/m3，其余區(qū)域不大于5kN/m3；強(qiáng)度等級(jí)：路槽下80cm范圍內(nèi)不小于0.8MPa，其余區(qū)域不小于0.6MPa。計(jì)算斷面取K4+736.45，此處路基高度最大，地基為強(qiáng)~中風(fēng)化碳質(zhì)灰?guī)r，上覆薄層填筑土。3.1輕質(zhì)土底部荷載計(jì)算

  車輛荷載：11 kN/m2；路面結(jié)構(gòu)層0.62m厚：0.62m×23 kN/m3=14.26kN/m2；泡沫混凝土荷載：0.8 m×6.0kN/m3+9.48m×5.0kN/m3=52.2kN/m2。荷載總計(jì)：77.46kN/m2。

3.2地基承載力

      泡沫輕質(zhì)土路基基底壓力為77.46kPa，地基承載力滿足要求。

3.3路基側(cè)向穩(wěn)定性

      原路肩墻長(zhǎng)期處于穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)泡沫輕質(zhì)土路基無側(cè)向推擠。泡沫輕質(zhì)土路基底部平緩，不會(huì)產(chǎn)生側(cè)向滑動(dòng)，因此側(cè)向穩(wěn)定性滿足要求。

3.4路基整體穩(wěn)定性

      K4+736.45處地質(zhì)為薄填土層和下伏強(qiáng)~中風(fēng)化碳質(zhì)灰?guī)r，巖體整體強(qiáng)度高，抗滑力大，路基整體穩(wěn)定性滿足要求。計(jì)算斷面取K4+780，該處泡沫輕質(zhì)土路基高度為4.69m，但地基為碎石土和填筑土，相對(duì)地基土強(qiáng)度一般。參考K4+736.45 橫斷面計(jì)算結(jié)果，K4+780泡沫輕質(zhì)土路基地基承載力、側(cè)向穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性滿足要求，僅需要計(jì)算路基整體穩(wěn)定性。

3.4.1輕質(zhì)土底部荷載計(jì)算

  車輛荷載：11 kN/m2；路面結(jié)構(gòu)層0.62m厚：0.62m×23 kN/m3=14.26kN/m2；泡沫混凝土荷載：0.8 m×6.0kN/m3+4.89m×5.0kN/m3=29.25kN/m2。荷載總計(jì)：54.51 kN/m2。3.4.2路基整體穩(wěn)定性計(jì)算

      車輛荷載與路基路面等效為荷載加至土坡頂面，圓弧滑動(dòng)法計(jì)算。簡(jiǎn)化為均質(zhì)等厚土體，考慮路肩墻容重較大，土體荷載取21 kN/m3，黏聚力c=10kPa，內(nèi)摩擦角φ=25°。計(jì)算結(jié)果如下:滑動(dòng)圓心=（5.000，22.000）（m）滑動(dòng)半徑=21.000（m）滑動(dòng)安全系數(shù)=1.958總的下滑力=391.709（kN）總的抗滑力=766.779（kN）土體部分下滑力=391.709 9（kN）土體部分抗滑力=766.779（kN）筋帶在滑弧切向產(chǎn)生的抗滑力=0.000（kN）安全系數(shù)K=1.958，路基整體穩(wěn)定性滿足要求。

4施工成果

      目前根據(jù)施工單位反映，輕質(zhì)混凝土路段主體部分已經(jīng)施工完成。圖7 為輕質(zhì)混凝土施工現(xiàn)場(chǎng)之實(shí)景。施工單位根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙自行進(jìn)行發(fā)泡試驗(yàn)并成功應(yīng)用到該項(xiàng)目，取得了良好的效果。

5結(jié)語

      輕質(zhì)混凝土在山區(qū)道路中應(yīng)用的越來越廣泛。其自重輕、造價(jià)適中、施工方便、環(huán)保及整體性好等優(yōu)點(diǎn)在老路拼寬，以及在古滑坡體路堤的填筑、巖溶或采空區(qū)的填筑、高路堤橋臺(tái)臺(tái)背回填等也有很大的應(yīng)用空間。