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泡沫混凝土在高速公路上的运用
浏览: 发布日期:2018-11-14

在公路建设中,泡沫混凝土 技术大有用武之地,对于解决桥台台背跳车、道路加宽时新老路基的差异沉降及侧移、高填土路堤的稳定性、西部寒冷地区路堤的隔热保温等难题提供了一种新的途径,不但能节省用地、减少拆迁,充分提高土地利用效率,而且能缩短施工工期,提高工程质量,大幅度地降低工程运营后的维护管理费。

1、用于软基路堤的填筑

在东南部沿海地区,水网发达,软土分布范围广,在这样地带修建的高速公路,为减少软基路堤的工后沉降,常需要对软土地基进行必要的处理。

长期以来着眼于提高软基承载能力的各种研究及工程研究做得比较多,所以排水固结法在工程界采用得比较多,复合地基法在一些特殊的路段也常采用;而以减少附加应力为目的的轻型填土技术的研究开发工作做得比较少,轻型填料的产品少,技术相对落后。泡沫混凝土技术的开发及在公路建设中的成功应用将为软基处理提供一种新的技术手段。其主要优点如下:

(1)可大幅度地降低填土荷载,减少软基的附加应力,抑制软基的沉降和侧移,提高路堤的稳定性。

(2)可简化甚至取消软基处理,简化软基路堤中地下结构物的结构设计

(3)施工工期短。特别是对于低填土路堤(即使地基为深厚软基),利用泡沫混凝土的轻质性,通过适当的力学计算,确定软基的换填深度、泡沫混凝土的容重和强度,在确保换填后的路堤及各种交通荷载对地基的作用力不超过地基的自然极限承载能力的条件下,可对原软土地基直接进行换填处理,缩短软基处理所需要的工期。

2、用于桥台台背填土

在道路运营期间,由于台背回填土与桥面出现不同的沉降,致使路面与桥面连接处开裂,形成高低不一路面,车辆通过时产生跳跃和;中击,从而对桥涵和路面造成附加的冲击荷载,使司机和乘客感到颠簸不适,甚至造成车辆大幅减速,严重的可导致交通事故,这种现象称为桥头跳车。这种病害在软土地基路段尤为突出。由此增加了道路维修费用,占据着道路维修养护费用的大部分,是一直未能解决的世界性难题。

(1)桥头跳车产生的原因

桥头跳车产生的原因比较复杂,主要可归结为以下几个方面:

①不良地基引起的沉降

地基土质不良,是产生桥头跳车的最主要原因。桥涵通常位于沟壑地段,地下水位较高,且多为软基,此类土的天然含水量多大于液限、天然孔隙比大、:?谢?、压缩性高、渗透系数小、灵敏度高、抗剪强度低等特点,多属于饱和的正常压密软黏土,一旦受到扰动,天然结构受到破坏,强度便显著降低;加上桥头路基填筑高度相对较大,基底所承受的附加应力相对较大,在车辆荷载作用下,更容易引进地基沉陷,且沉降稳定历时往往持续数年乃至数十年。

②台背填料自身压缩引起的沉降

压缩沉降主要取决于填料性质、施工条件及台前台背的防护排水工程的设置等情况。为了减少台背填料自身的工后沉降,一般采用多孔隙的渗透性填料,但由于桥台附近地方狭窄,施工时压实机具不能过分靠近台背,填料颗粒问孔隙无法完全消除;此外,填料质量差,达不到设计和规范要求等;在公路白重及车辆的垂直与振动荷载作用下,填料自身会不可避免地产生压缩沉降,造成跳车。

③ 刚柔突变引起的沉陷跳车

刚性不同的路面在跳车处所产生的振动效果不同,柔性材料对能量的吸收要比刚性材料的大。由于桥梁是支撑在岩层上的刚性结构,具有较大的整体刚度;而与结构物桥台相连的道路属于相对柔性体,刚性较小、柔性较大,属弹塑性体。显然,道路与结构物桥台之间存在着较大的刚度差,这个刚度差的存在必然引起道路桥台之间产生较大的塑性变形差异及较大的刚度突变,加重了桥头跳车的振动效果。

此外,尽管桥台桩基通常是经过软基处理,且在地基沉降稳定的基础上进行反开挖施工的,但由于填土荷载及深层软基侧移挤压等的作用,导致桥台及桥台桩基侧移、甚至破坏的案例时有发生,严重地影响到工程的安全。

(2)采用泡沫混凝土技术缓解桥头跳车问题

要缓解桥头跳车,就要使桥台与路基结合部附近沉降曲线的梯度变化缓慢化、均匀化,即应在桥台与路基结合部之间填充满足连续、均匀沉降要求的过度段。根据桥头跳车产生的原因,结合轻土的主要特性,在桥台与路基结合部之间填充的楔形泡沫混凝土体则可达到上述目的。其优点主要体现在以下方面:

①可大幅度地降低填土荷载,减少软基的附加应力,抑制软基的沉降和侧移,提高路堤的稳定性。

②缓解桥台与路基结合部材料的刚性突变

⑧彻底消除填料自身的工后沉降

④填土自身能够自立,对桥台结构物几乎没有推挤任用;

⑤施工工期短。

3.用于道路加宽

随着交通量日益增长,在上世纪90年代及以前修建的公路,大都已经不能满足使用要求,

的道路加宽工程中,大多采用原路基两侧拼接加宽的方式,无疑地需要扩大公路占用土地。

(1)常规道路加宽法存在的主要问题

①公路加宽就需要新征土地,以下图为例,新征土地宽度为CD,填土横断面为四方形

达的东面部地区,伴随着公路加宽,需要进行大量拆迁,不但延误施工工期,而且要付出高额发生经济纠纷,引起不必要的麻烦。

②东面沿海地区软基分布广,地基承载能力低。因此,在路堤两侧拼接加宽后,新加j差异,使路基横向沉降呈反盆形式分布,时常导致路面及路堤两侧附近的结构物被拉裂破坏

后的维修养护费用。

③路基加宽施工,需要运入大量的施工设备及材料,这不仅需要一定程度地封闭交通行公路交通带来吏大的压力,并且在施工过程中对周围环境产生污染,还对原路面产生一定自

④公路加宽施工环境不佳,因而施工工期长。

(2)泡沫混凝土加宽道路的主要优点

泡沫混凝土具有容重。?鞫?院,固化后可以自立等特|生。这种材料府用于道路加宽时,主要有以下一些优点:

①可垂直填土,节省用地、减少拆迁,节省投资。在旧路基础上加宽,几乎不需重新征地。

图1是以5m高的填土路堤为例,假设路堤坡度为l:1:5,如果从路堤坡角内侧开始垂直填土,单幅路堤宽度可增加7.5m,即使不重新征地,单幅可增加两个车道。

②在软基路段进行扩幅填土时,可大幅度地降低填土荷重,减少新老路堤的沉降差异避免路堤附近建筑物因附加沉降产生的破坏,大幅度地降低了公路运营后的维修养护费用;

⑧施‘-r B,1-不需机械震捣和碾压;

④通过配管泵送泡沫混凝土,作业面。?负醪挥跋煜钟薪煌ǎ狐/p>

⑤施工工期短,可使工程提前投入使用,给投资者带来超前收益。

4、滑坡路段路堤的填筑

在公路工程中,为防止土体的滑动,常需要对可能滑动的土体进行处理,常用的处理法有:

(1)置换处理法,即将可能出现滑动的土体全部进行换填处理。

(2)在原土体中补打一定密度、穿过滑动面的抗滑桩,在此基础上进行路堤的填筑。

无论采用哪种方法,都需要花费较多的人力、物力和财力。对于深层滑动,置换处理法将是不现实的;由于E填土的荷载并没有减轻,通过补打抗滑桩的处理方法常常达不到应用的效果,导致路堤滑塌的质量事故时有发利用泡沫混凝土的轻质性、自立性特点,把常规的路堤填料改用轻型填料,通过适当的力学计算,原有的抗滑方案就可以大大简化,甚至可能不需要进行抗滑处理(图2)。这种技术的主要优点如下:

①可降低填土荷重、减少土块的滑动力矩,提高路堤的抗滑稳定性。

②简化抗滑处理方案。

③避免原有地形、地貌的破坏。

④施工工期短。

5、陡峭及急转弯地段的填筑

在进行公路的路线方案比选时,长期以来对工作本身,如长度、工程量、投资等方面比较重视。而对工程所带来的安全、环保、社会影响等因素重视的不够,以至不少工程的安全、环保问题较为突出。在已建和待建的山区公路中,包括许多地形条件复杂的陡峭及急转弯地段,多采用直接填挖施工的处理方法,施工方法虽然简单,但常伴随着较大的填挖工程量,原地形、地貌的破坏较大;边坡防护难度大,稳定问题突出,大雨过后,高边坡及路堤滑

塌的现象时有发生。在这些特殊的路段,如果适当地采用泡沫混凝土进行路堤的填筑(图3),不但可减少填挖工程量及原地形、地貌的破坏,消除工程的安全隐患,而且可缩短施工工期。

6、隧道坑口的填筑

隧道进出口的处理对环境、景观的影响较大,应尽量采用零开挖洞El,淡化洞口处理的方式。但由于隧道进出口附近通常存在着偏土压、山体容易坍塌,给施工带来较大的麻烦,因此,在开挖时,时常采用人工化的洞门结构处理方式,对进出口进行较大面积的处理,这不但需要较长的工期,花费人力和财力,而且对进出口附近的环境景观造成较大的破坏。利用泡沫混凝土的轻质性、强度及稳定性好,且易于开挖等特点,在隧道的进出Vl处先期浇筑一定形状尺寸的泡沫混凝土块(图4),再在此基础上进行隧道的进出El开挖处理,不但能最大限度地减少对原有地形、地貌的破坏,而且施工简单、安全、方便。

7、作为溶岩覆盖层表面路堤的填料

在溶岩分布地区,地下溶洞多,溶洞的覆盖层的情况较为复杂。在这些地段覆盖层上,直接进行路堤的填筑时,由于填土荷载的作用(特别是高填土路堤),有可能出现溶洞覆盖层的承载力不足的问题,如将这些路堤改为桥梁,同样存在着桩基施工等难题。如果将原路堤填料改用泡沫混凝土,则可为解决上述难题提供一种新的技术手段。

8、作为寒冷地区道路的隔热层

在泡沫混凝土中,气泡的体积含有率可高达40%~70%,气泡的含有率大,不但容重。?跽鹦阅芎,而且导热系数。?羧、隔音效果好,抗冻融性能强。当用作寒冷地区冻土与填土路堤之间的隔热层时,可较好地切断原冻土与外界的能量交换,起到隔热保温的效果,为解决寒冷地区道路的冻胀病害提供一种新的技术手段。

9、地下空洞的填充

在土建工程中,常遇到一些人、机械设备无法进入但又不得不充分填充的特殊空间,如各种原因形成的地下空洞,形状不规则、狭窄、矮小的建筑空隙,桥头搭板下的空洞等,常规的施工法常无法确保空洞的充分填充,给工程质量带来较大的安全隐患。泡沫混凝土具有良好的流动性、自硬性、施工过程中不需震捣和机械碾压作业、施工后不需要养生等特点,为一些特殊的地下空洞的填充提供了一种较好的、新的技术手段

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