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泡沫轻质土在市政工程换填中的应用优势分析

地铁作为方便快捷的交通工具,是未来城市公共交通的发展趋势,随着地铁网络化的建设,市政工程在地铁保护区内修建难以避免,如何让地铁保护区内的工程建设避免或减少对地铁的影响逐渐形成一个新的课题。现在根据相关工程的设计经验,介绍了轻质泡沫土在地铁保护区工程中的应用。

轻质泡沫土简介

轻质泡沫土具有轻质高强、节能利废、保温隔热、隔声以及冲击能量吸收性能好等优良特性,可用于高等级公路、地铁等基础设施建设,降低高填方段、地铁隧道、地下连续通道等的回填荷载。这种新型材料的应用,可以降低地基应力,减小地基差异沉降,吸收路面冲击能量,从而有效解决软基路堤的桥头跳车、道路拓宽以及高寒地区路堤隔热保温等问题,增大道路工程的稳定与安全系数。同时还可以降低工程造价,减少维修费用,提升社会效益。现浇轻质泡沫土在高等级公路、地铁等基础设施建设等方面的应用也在不断发展。

泡沫轻质土的主要性能如下:1)轻质性:根据不同的工程需要,其重度可在4~12kN/m3的范围选择;2)密度和强度的可调节性;3)良好的施工性;4)硬化后可自立,可垂直填筑;5)具有更好的耐久性;6)良好的环保特性,对环境没有污染。目前轻质泡沫土在国内路基处理、道路拓建、地下空洞填充等方面得到广泛的应用。

作为减荷填料的应用实例

工程概况

上海某新建住宅配套道路工程路线与地铁7号线重合,拟建场地原地面标高约4.5m,但住宅小区出入口标高为5.8~7.5m,小区建设期间实施了地面堆土、绿化施工,使地面标高普遍抬至8.0m以上,堆土超载远大于隧道设计允许范围,造成地铁隧道结构横向变形增加明显。随后为保证地铁安全进行了挖土卸载的应急抢险施工,将场地的标高恢复至4.5m。道路纵断面设计时为小区出入口衔接,局部道路标高需要抬高至8.0m左右。

方案比选

初步方案在采用轻质填料换填方案和桥梁结构跨越的方案进行比选。由于采用结构跨越需在两条隧道间设桩,实施风险和难度以及工程造价均较大,因此推荐采用轻质材料换填方案。进一步在粉煤灰、EPS和轻质泡沫土三种轻质材料中比选。粉煤灰压实干重度为10.7~11.0kN/m3,为平衡上覆荷载,至大需要超挖6m左右。超挖引起的工程量大,且对周边构筑物产生一定的影响同时施工中存在一定的污染,因此,本工程中不推荐粉煤灰做为换填材料。由于EPS需考虑抗浮设计,且地下管线敷设施工相对复杂,特别运营期若需管线维护和翻修,需对EPS块体进行竖向切割后进行管线施工,施工完毕后使用EPS材料进行回填,维护成本较大。轻质泡沫土施工工艺简单,施工工期较短,且地下管线施工及维护简便,工程造价亦相对EPS低。因此后面选用轻质泡沫土做为轻质材料换填。

换填深度计算

换填深度的设计原则为换填后不增加附加应力,通过计算,采用泡沫轻质土进行换填时,其平均超挖深度为1.7m即可平衡上覆荷载。

技术指标与施工工艺

(1)泡沫标准密度:50kg/m3;(2)发泡倍率:不低于1200;(3)消泡试验轻质泡沫土湿密度增加率:不超过10%;(4)施工配合比筛选,应进行湿密度、流值及消泡试验。由于合流管的管位处于换填轻质泡沫土路基的底部,因此,对于泡沫轻质土中合流管的施工方案如下:(1)道路范围内逐段挖土至标高约2.3m;(2)浇筑500pxC30水泥混凝土垫层;(3)按管道设计标高及位置布置排水管和检查井;(4)浇筑轻质泡沫土;(5)铺设0.5mm厚HDPE防渗土工膜;(6)待轻质泡沫土全线施工完毕后再进行车行道路面结构施工。

结论与建议

地铁保护区内工程建设应尽可能避免在地铁隧道附近及上方大量加卸载,因此采用轻质材料泡沫轻质土是解决此类问题的直接有效的方法,即可以作为填筑材料减少荷载,减轻对地铁隧道的变形影响,又可通过减少桥梁跨径来解决桥梁基础与地铁结构的冲突。

通过桥梁结构减跨的应用实例,可以开拓泡沫轻质土应用的新思路:在软土地基地区,桥梁布跨的原则一般是控制桥后填土高度为2.5~3.0m,若采用泡沫轻质土来做为台背回填材料和桥后路基填筑材料,则可以适当减少桥梁跨径布置,并可以通过其自立特性优化桥台结构,节约工程造价。

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