摘要： 本文以实际工程为例，详细介绍了采用泡沫轻质土技术进行软基处理的优点，通过与常规软基处理方法进行对比，作者论述了采用轻质土进行软基回填处理不仅可以满足差异沉降控制，还能大大节约成本、缩短工期，并且符合铁路建设“环境友好、资源节约”的新要求。此外，本文还对泡沫轻质土应用的设计关键、施工质量控制要点等方面进行了研究阐述。利用泡沫轻质土容重小这一工程特性还能有效解决铁路工程中软基路堤桥头跳车、特殊路段节省土地资源和新老路基拼接施工不均匀沉降等技术难题，提供了一种新的技术措施和解决方法，可供类似工程借鉴和参考。
关键词：铁路；软基；软土；泡沫轻质土；差异沉降控制；环保经济
1 概述
上世纪70、80年代，日本开始将泡沫轻质土广泛应用于代替填土的工程领域中，其中1987年潢浜市内的公路桥维修工程中泡沫轻质土被首次作为填充材料来使用[1]；次年又第一次被作为道路工程的填土材料使用。此后，随着现代工业技术的进步，相关施工设备及技术标准不断完善，轻质土应用范围也迅速扩大。
我国2001年从日本引进，先后在广东省、湖南省、内蒙古自治区、北京市、山东省、天津市等地区使用过[2]，其中现浇泡沫轻质土在天津地区得到了广泛应用，在此基础上，以天津市政设计研究院为主编单位，编制了《现浇泡沫轻质土路基的设计与施工技术规程》（TJG F101-2011）。
2 工程概况
该车站由既有的4台7线扩建为15台30线，由2个高速场和一个普速场组成，车场采用横列式布置。站房基坑软土路基位于地下联系通道及出租车通道间，纵向距离23~70m，横向宽287m，基坑深7m，基坑内零星分布着站房工程的各类工程桩及高低承台等共计130余处，施工场地空间狭小。
该站房基坑路基段地质条件差，主要地层分布为软土。淤泥质粉质粘土埋深在地表以下10m左右，厚达20~25m，为流塑状，上覆松软的粉土及粉砂。
3 工程特点
(1)冲海积软土埋藏深、软土层厚、工程性质差
场地内软土分布广泛，土层厚，并且软土本身具强度低、压缩性高、易触变的特征。根据原位及室内试验测试结果，该场地内的淤泥质粉质粘土比贯入阻力Ps＜0.6MPa，压缩模量Es=1.9～3.0MPa，灵敏度St约为2.3左右。
(2)差异沉降控制严
路基与两侧的站房地下通道、出租车通道频繁过渡，要实现路基与刚性构筑物间的刚度与变形平稳过渡，保证旅客列车高速、平稳、舒适的运营，保证站台的平顺美观，必须减小甚至消除纵向差异沉降。
站内的2个高速场存在正线与站线多线并行状况，要保证不同线路均有良好的工作性状，同时有效控制投资，必须做好横向差异沉降控制设计。
(3)周边环境复杂
基坑周边的地下通道，出租车通道，东、西广场及上部的站房、下部地铁均在同时施工，交叉作业面多，干扰大，施工界面复杂，给地基处理带来极大不便。
工程东侧紧邻已开通运营的普速场，施工期间不得影响正常的线路运营，采用常规的软基处理技术无法同时满足上述要求，无疑给既有线软土地基加固设计提出了新的课题。
(4)施工场地狭小
工点所处的基坑（287m*23m*7m）内零星分布着两种共8个高低承台、124根工程桩、12个电扶梯和3个连接通道，施工场地空间狭小，结构间间距普遍在7~12m，最小距离仅有约2.5m，上部空间高度6~8m，施工条件非常困难。。
(5)填筑压实困难
填土压实困难是大型站房工程路基及站台填筑的普遍性问题，位于两条地下通道间的路基工程，由于空间狭小，使得填料的填筑和碾压都更加困难，采用常用的渗水土、改良土甚至级配碎石掺水泥等方案均无法弥补压实盲区的难题，不能满足压实标准要求。
(6)施工工期紧
工程计划年底正式投入运营，扣除线上工程、站台及配套工程所需时间，要求软土地基处理及基坑填筑必须在3个月之内完成，常规的高压旋喷桩、钻孔桩等无法满足工期要求。
(7)环保要求高
该车站位于市区内，周边企事业单位多，居民小区密布，对施工噪音、泥浆的排放等环保要求高，同时不允许大量的取弃土发生，尽量减少渣土车造成的的城市污染。
4 方案
4.1 方案比选
结合工程实际特点，设计需要解决不同构筑物差异沉降和基坑回填土填筑压实质量两个方面的问题，在调研已有铁路、地铁、公路、市政等基坑工程回填处理技术的基础上，常规的高压旋喷桩、碎石桩、素混凝土桩等均存在机具无法进场，施工质量难以控制的困难，设计时主要对深层地基处理并回填优质填料和采用轻质土回填两大类方案进行了仔细研究分析和比选。
①深层地基处理并回填优质填料
采用48m的长疏和40m的短密钻孔灌注桩能完全消除过渡段与两侧通道的差异沉降，工程质量有保证，但投资较大（4142万元），施工期较长，至少需4~6个月，且无法解决承台面以上及基坑内紧邻桩基部位填土压实困难，存在压实盲区，同时噪音、泥浆对环境影响较大。
②轻质土处理
换填处理比较简单，用轻质土作为回填填料也能有效控制沉降，不需进行深层地基处理，施工速度快，环保性能好，综合造价合理；填筑的整体性好，与主体结合紧密，可充填各类狭小空间，填筑质量容易控制。
综上所述，确定轻质土处理为优选方案。
4.2 技术优势
轻质土是指采用物理方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，与水泥浆（必要时可添加外加剂）按照一定的比例混合搅拌形成的一种液态轻质材料，并经物理化学作用硬化形成的一种轻质材料。
采用轻质土处理有以下几点技术优势：
(1)轻质性：不需进行深层加固，有效控制差异沉降。利用轻质土容重小（7kN/m3）的工程特性，以其置换基坑内原状粉土、粉砂（容重19kN/m3左右），使基坑底以下的土体承受的土压力显著降低，以补偿上部路堤填土及列车荷载施加的附加应力，从而达到减小地基工后沉降的目的。
(2)流动性：不含混凝土的粗骨料，流动性远较混凝土要高，具有良好的流动性，可充填狭小空间，填筑质量有保证。
(3)管道输送：由于轻质土流动性大，因此可通过管道泵送，解决了因施工场地狭小而造成不易运输的问题，并且泡沫轻质土浇筑施工无须振捣碾压，施工速度快，工期缩短[3]。
(4)环保：施工噪音小降低了对周边居民生活与工作的影响，不产生泥浆排污，减少了对城市的污染，与土工泡沫塑料相比，泡沫轻质土属无机质材料，无论用于地上、地下工程，其对环境均无污染作用，环保优势明显。
(5)技术可行、经济合理：通过试验研究，从轻质土的长期强度试验、干湿循环试验、冻融循环试验和抗腐蚀性等方面发现轻质土耐久性优良，技术是可行的。回填处理造价较地基处理低很多，最终采用轻质土方案工程造价仅2421万元，从成本上节约了将近50%。
4.3 方案设计
该工程采用轻质土进行软基处理的断面图如下图所示。
图1 轻质土处理方案设计断面图（红圈内）
其中，采用泡沫轻质土浇筑回填，要考虑施工场所的设计条件和荷载条件，如基坑土质条件、周边状况（周边环境、支承条件、管路埋设等）、自重荷载、背面土压荷载、路面荷载及交通荷载情况等，然后确定轻质土的密度及设计强度等关键参数，从而对浇筑体及其施工路段的稳定性进行检验。特别是应考虑各填土部位密度和设计强度是否满足设计条件及其材料规定[4]。
5 质量控制
泡沫轻质土的制作质量，由施工单位根据设计要求完成施工配合比和强度试验后，通过施工现场湿容重、抗压强度检测进行质量控制。主要有以下几个方面：
①填筑前，先排除积水，清除基坑底部浮土，夯实整平至设计标高，检测坑底基本承载力，满足σ≥40kpa，然后在基坑底铺一层复合土工膜。
②轻质土浇注前，根据工点工程地质条件及边界条件，先进行工程设置分区。单个浇注区顶面面积最大不应超过400m2；单个浇注区长轴方向长度不宜超过30m[5]；相邻浇注区用2cm厚的防腐木丝板支挡间隔分缝。
③从基坑底开始分层填筑轻质土，厚度一般不超过1.0m[6]；当轻质土填至距顶离顶部0.5m时，铺设一层镀锌铁丝网，一般采用铁丝直径3~4mm，网眼5cm×5cm的规格，在沉降缝位置，金属网应断开铺设。
④轻质土回填至原地面后，在轻质土顶层铺设一层30cm厚5%水泥改良土，并在其间夹铺一层复合土工膜，见下图。
图2 轻质土顶部处理示意图
⑤施工期气温不低于15℃，最短浇注间隔时间可按8～12小时控制[5]；否则，浇注间隔时间应不低于1天；设计有金属网的位置，应为浇注层分层界面。
⑥泡沫轻质土浇注至设计标高后，泡沫轻质土顶面应采用塑料薄膜进行覆盖保湿养护，仅当最后1层浇注层同条件养护强度不小于7天龄期设计强度时，方能进行后续工程的施工[7]。
6 结论
通过对该工程软土路基段的监测结果发现：采用轻质土处理后，其工后沉降约为7mm，小于2cm；填筑后轻质土的Evd和K30也符合A、B料基床底层压实标准，达到预期效果，满足要求。
根据上述实测结果对采用泡沫轻质土进行软基处理的应用有以下结论：
(1) 经过轻质土处理的软土路基的差异沉降和填筑密实度可达到预期效果，满足设计要求；
(2) 轻质土回填置换加固技术可以推广到桥路过渡段设计、边坡支挡防护和岩溶路基的处理等方面；
(3)深厚软土路基采用轻质土处理，不需要进行深层地基处理，造价低，工期短，经济效益显著；
(4) 采用轻质土进行地基处理能有效克服了常规地基处理产生的噪音污染及大量污水和泥浆，符合铁路建设“环境友好、资源节约”的新要求；
(5) 改变了以往提高下卧层压塑模量改善持力层物理力学性质常规的设计模式，创造性的从改变上部荷载的角度处理软土路基，充实、丰富了软土地基处理的设计理念。
参考文献：
[1]刘峰.浅谈泡沫轻质土在桥头软基处理的运用[J]. 科技风，2010（9）：150-151.
[2]曹德洪，应海见，丁飞龙.气泡混合轻质土新技术在申嘉湖杭高速公路练杭段中的应用[J]. 公路，2010（9）：76-77.
[3]杨敏.高速公路改扩建路基拼接技术及应用研究[D]. 重庆交通大学，2015.
[4]肖礼经.泡沫水泥轻质土在公路建设中的应用与研究[D]. 湖南大学，2003
[5]杨帆，宋奕臻.高掺量粉煤灰泡沫轻质土应用技术研究[J]. 建筑工程技术与设计，2015（8）：2069-2071
[6]陈忠平，孙仲均，钱争晖.泡沫轻质土充填技术及应用[J]. 施工技术，2011（40）：74-76.
[7]姜凡凡.泡沫轻质土在软基处理中的应用[J]. 建筑工程技术与设计，2016（4）：1299
论文作者:杨毅凡
论文发表刊物:《防护工程》2017年第32期
论文发表时间:2018/3/23
标签：轻质论文; 基坑论文; 泡沫论文; 工程论文; 地基论文; 路基论文; 荷载论文; 《防护工程》2017年第32期论文;