轻质混凝土填料在山区公路中的应用

轻质混凝土填料在山区公路中的应用

赵凯李朝阳

赵凯李朝阳

四川省公路规划勘察设计研究院有限公司四川省成都市610000

摘要：轻质混凝土具有低容重、自稳性高、可调节强度、施工快捷等特点，作为填料能大幅减少荷重，在山区公路拼宽扩建、高陡斜坡、对沉降要求严格路段有着广泛应用。本文从材料特性、理论计算等方面对轻质混凝土进行了阐述，并以在建高速公路中的具体工点为例，介绍了该填料在山区公路的广泛应用前景。

关键词：轻质混凝土；山区公路；斜坡路堤

1轻质混凝土填料介绍

轻质混凝土填料是将制备的气泡群按一定比例加入到由水泥、水及可选添加材料制成的浆料中，经混合搅拌、现浇成型的一种微孔类轻质材料。其容重一般远低于常规填料，可大幅减少荷重和土压力，且其自稳性好，在对沉降和稳定性有严格要求的公路工程领域有着广泛的应用，如原路拼宽扩建、高填软基陡坡、高海拔公路冻胀翻浆路段等。该填料还可用于空洞填充、房屋保温隔热等建筑工程。

2填料物理力学特性

2.1、气泡富集性

轻质混凝土是由气泡群发泡制作而成，它是由发泡剂和水经稀释装置制作出发泡液，再与压缩空气经发泡装置制备出气泡群。气泡群内部富含无数个独立均匀气泡，气泡群密度一般为48～52kg/m3，材料制备流程如图1所示。

图1材料制备流程

2.2低容重性

根据《气泡混合轻质填筑工程技术规程》CJJ/T177-2012中4.2节之规定，轻质混凝土填料用作路基填筑时，其最小容重等级为W3～W5，对应湿容重范围为2.5～5.5kN/m3，仅为常规填料的1/4～1/5左右。意味着每填筑1m厚的轻质混凝土的荷载只相当于0.20～0.25m厚的普通填土荷载。

2.3可调节强度

轻质混凝土可根据工程实际需求，调整气泡群和水泥用量的配合比，使其强度范围可在0.26～17Ｍpa范围内调节，其容重可在2.5～12.5kN/m3范围内调节。强度，抗压强度与容重的关系见图2。

图2抗压强度与容重关系

2.4高自稳性

轻质混凝土为水泥类材料，具有与普通混凝土相同的初凝、终凝等特性，可垂直放坡，对结构物无侧向压力，具备良好的自稳性。

2.5施工性能良好

轻质混凝土流动性高，浇筑后可自流平，无需进行机械振捣碾压，对环境污染干扰小。

针对线路工程施工，可通过管道进行远距离泵送，水平泵送距离达500m以上，垂直泵送高度达30m以上。（图3）。

图3长距离泵送

3理论计算

根据《气泡混合轻质填筑工程技术规程》CJJ/T177-2012中4.5节之规定，轻质混凝土需进行路基填筑的强度验算，其包括填筑体抗压强度及填筑体自立稳定的抗压强度两个方面。

此外位于陡坡路堤上的轻质混凝土尚应进行整体稳定性验算，参照《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》（JTG/TD31-02-2013）6.4.8条之规定，其抗滑稳定性可参照图4：

图4底面抗滑稳定安全系数计算图

稳定定验算按下式计算：

（3.1）

式中：θ—斜坡面与水平面交角（°）；

f—轻质混凝土与地基土的摩擦系数。

M1、M2—沿水平面、斜坡面的抗滑力（kN）；

N1—沿斜坡坡面的下滑力（kN）；

W1、W2—斜坡前、斜坡上轻质混凝土的自重及路面荷载（kN）；

4工程实例应用

某在建高速公路K11+635.02～K12+056.03段原施工设计为12孔预应力混凝土简支梁桥，其中K11+850～K12+020（右幅桥第8～12跨）段斜坡陡峭，自然斜坡坡度45～50°，强风化千枚岩大面积出露，为小角度斜交顺向坡，岩体受节理及片理面切割，施工开挖易产生顺结构面滑塌。2018年7、8月份连续降雨影响下，K11+900～K11+920段左侧发生顺层滑坡，现状见图5所示。为尽量减少施工对原自然边坡的扰动，设计提出了该段桥梁改为轻质混凝土路堤的优化方案。

图5边坡顺层滑移

本段桥梁改轻质土路堤方案需要攻克填方高度大、自然边坡陡峭且为顺层边坡等难题，设计方案如下：

1）为保障路基施工安全及其整体稳定性，设计采用开挖大台阶，增设压力注浆锚杆的形式对原自然边坡进行预处治；

2）为确保右侧轻质混凝土填筑体的整体稳定，提高其抗倾覆安全储备，设计采用C20混凝土扩大基础与注浆锚杆相结合的形式进行基础加固处治。具体方案设计横断面示意图见图6所示。

图6方案设计横断面示意图

3）选取填料强度等级要求如下：

强度等级：路槽下200cm及基底之上200cm内抗压强度0.8MPa，其余区域抗压强度为0.6Mpa；

4）泡沫轻质混凝土底基础嵌入覆盖层>1m

5）轻质混凝土路基顶、底部100cm以内分别设置两层∅2.5mm@5x5cm铁丝网，另外每隔5m再设置两层∅2.5mm@5x5cm铁丝网。

6）轻质混凝土按水平分层浇筑施工，每层厚度应小于1m。浇筑时，须从软管的前端直接浇注，且出料口要埋入轻质土中。

7）区段与区段之间须沿轻质混凝土、面板及其基础横断面设置变形缝，变形缝间距10～15m。变形缝宽2cm。

8）预加固注浆锚杆水平间距2m、竖向间距2m，布置形式为梅花形，锚杆采用32mm，长度6m～9m，入射角度20°。

本工点已实施完毕，大幅节约了工程造价及施工工期，且施工中的安全风险小，受到了业主等单位的一致好评。

5结论

根据某在建高速公路病害处治工程，对轻质混凝土在山区公路的应用进行研究，得出以下结论：

（1）轻质混凝土具有低容重性、高自稳性、强度可调节性等优点，能大幅减少荷重和土压力，解决拼宽扩建、高陡路堤施工放坡难题。

（2）轻质混凝土具备施工便捷、经济节约、施工工期短及风险可控等优点，可以在西部山区公路推广使用。

参考文献：

[1]CJJT177-2012.《气泡混合轻质土填筑工程技术规范》[S].

[2]JTG/TD31-02-2013.《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》[S].

[3]四川省公路规划勘察设计研究院有限公司.《广元至平武高速公路工程地质勘察报告》[R].

[4]四川省公路规划勘察设计研究院有限公司.《广元至平武高速公路施工图设计》[R].