高速公路改扩建工程中泡沫轻质土浇筑台背结构及其施工方法与流程

本发明属于道路工程领域，具体是一种高速公路改扩建工程中泡沫轻质土浇筑台背结构及其施工方法。

背景技术：

随着交通量的增大，越来越多的高速公路开始实施改扩建工程，对于高速公路改扩建中的台背回填工程，如何减小桥台与衔接处路面之间的差异沉降，从而有效的减轻“桥头跳车”问题显得至关重要。传统的台背回填材料多采用砂砾，但其流动性和强度有待提高。除此之外，在传统方法施工过程中，由于台背与结构物距离太近、作业面狭窄，成为机械难以压实的薄弱环节，导致压实不足或均匀性不好，难以保证这些部位的密实稳定和强度，工后产生较大的沉降或残余变形，造成路面质量差、使用性能和使用寿命等达不到设计预期，严重时甚至导致路基失稳破坏。专利cn108755320a讲述的高速公路拓宽过程中使用加筋泡沫轻质土施工，从结构上说，该专利适用的结构是高速公路改扩建时拓宽路基部分，但其与高速公路改扩建中台背回填结构的施工方法、要求、以及土工格室的使用方法都不同。因此，发明人发现：该施工方法无法有效地解决高速公路改扩建中台背回填结构的施工问题。

技术实现要素：

为了克服上述问题，本发明提供了一种高速公路改扩建工程中泡沫轻质土浇筑台背结构及其施工方法。使用该施工方法，使得高速公路改扩建工程中台背回填的施工更加明确、简易、可操作，并且通过使用新材料泡沫轻质土可明显改善“桥头跳车”问题。

本发明的目的是：目前关于泡沫轻质土在拓宽路基中台背的施工方法还没有系统的介绍，泡沫轻质土的相关规范只简单介绍对于拓宽路基、桥头路段的处理方法，但发明人在对于拓宽路基中台背的施工中发现了很多新问题，而现有技术中又尚无较好的解决方法。因此，本申请的主要的创新点是：对于泡沫轻质土在高速公路改扩建中浇筑台背结构提供一种有序、简明的施工方法。具体做法包括：沿横断面方向在新老路基搭接处直接做出台阶，但靠近边坡一侧在泡沫轻质土浇筑过程中用模板支护形成台阶，在行车方向远离桥台一端直接做出台阶，这样三处台阶都可以使泡沫轻质土和土路堤部分有更好的搭接，另外加上一些其他施工工序，可以使该部分的施工更加有序、明了、简单，从而使泡沫轻质土用于拓宽路基的台背结构时，在减小差异沉降上发挥更好的效果。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高速公路改扩建工程中泡沫轻质土浇筑台背结构及其施工方法，包括：

现场测量、设计出路桥过度段路基所要开挖的横断面、纵断面的台阶尺寸；

根据上述设计的尺寸开挖相应的断面，清除地基表层土，并依次铺设透水垫层、防水土工膜；

桥台、第一层台阶和侧向的模板构成第一层浇筑区域，并浇筑泡沫轻质土，第一层浇筑厚度至50cm时，铺设高强度的土工格室；第一层浇筑完成待其硬化成型后，再铺设第二层模板、构筑第二层浇筑区域，并以此类推；

待泡沫轻质土全部浇筑完成后，进行包边土处理。

由于桥台与衔接处路面之间、新旧路基之间都存在着差异沉降，因此，传统的台阶开挖法难以满足施工要求。为此，本申请经过系统分析和实验摸索发现：在横断面、纵断面两个方向同时设置台阶，形成镶嵌结构，可有效地增加桥台与衔接处路面、新旧路基的接触面，增强桥台与衔接处路面、新旧路基结合面的摩阻力和抗剪强度，保证桥台、新旧路基三者之间的有效结合和完整性，有效减小了桥台、新旧路面之间的差异沉降和水平位移。

台阶尺寸的变化对道路有很大的影响，在一些实施例中，本申请通过有限元分析桥台与衔接处路面、新旧路面之间台阶尺寸对水平位移和沉降的影响，优选的台阶的高宽比为1：x，x的取值为1.5-2，以有效地减小了桥台与衔接处路面之间、新旧路基之间的差异沉降和水平位移。

在一些实施例中，基底沿行车方向的长度要大于3m，以保证横断面、纵断面两个方向的台阶之间有足够的支持力来减少桥台与衔接处路面之间、新旧路基之间的差异沉降和水平位移。

目前的泡沫轻质土浇注过程中，一般通过粘土包边等方法形成浇注区域，但本申请研究发现：在沿横断面方向，靠近边坡一侧用模板支撑浇筑出凸型台阶也可有效地形成浇注区域、获得良好的浇注效果，且该方法更为简单、高效，建造成本更低。

在一些实施例中，所述模板可以采用木板或塑料板。

在一些实施例中，浇注区域中，最底层浇筑宽度最宽，最上层浇筑宽度最窄。

在一些实施例中，最上层的浇筑宽度要和拓宽部分的硬路肩外边缘对齐，最上层至最底层每层递增0.5-1m，根据层数计算出最底层的宽度，这样可以有效地利用结合部台阶的开挖和处理来分层滞流和消除路基本身的沉降，使反映到路面顶部的沉降量达到最少。

在一些实施例中，所述透水垫层由级配碎石铺成。

在一些实施例中，所述泡沫轻质土的单层浇筑高度0.3-0.8m，下一层作业应在上一层终凝后进行，间隔时间不小于8h。

在一些实施例中，所述泡沫轻质土由水泥、赤泥、水和发泡剂组成。本发明采用泡沫轻质土进行台背回填。泡沫轻质土的制备是采用压缩空气法将泡沫均匀的加入水泥浆中，从而得到轻盈、流动性好、强度高的泡沫轻质土，可以有效减小桥台与衔接处路面之间的差异沉降。

在一些实施例中，所述泡沫轻质土的湿密度控制在800kg/m³-1100kg/m³、流值控制在17cm-19cm。

本发明的有益效果在于：

(1)该施工方法在台背处面积狭小，不利于大型器械施工的情况下，可使施工过程简化，方便操作，利用泡沫轻质土早期强度形成快、整体性好的特点，可减小对侧向包边土的依赖性，改用模板支护浇筑即可。另外在这种路桥连接段铺设土工格室，能够增强路基整体承载力，减少不均匀沉降，减轻“桥头跳车”问题。

(2)本发明中所陈述的高速公路改扩建中台背回填的施工方法，可使施工更加方便、可操作性强，加快施工进程。

(3)本申请的操作方法简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是实施例1高速公路改扩建中台背结构示意图；

图2是实施例1施工过程中土工格室铺设图；

图3是实施例1施工现场浇筑图；

图4是实施例1施工完成后现场示意图；

图5是实施例2台背回填结构模型；

图6是实施例2的泡沫轻质土与常规填土路基表面沉降对比；

图7是实施例2泡沫轻质土与常规填土路基表面水平位移对比，其中，1.横断面方向台阶、2.行车方向台阶、3.第一层模板、4.泡沫轻质土浇筑区域、5路堤回填土、6.桥台、7.轻质土、8.粉质粘土、9.碎石土。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，针对目前在施工过程中，由于台背与结构物距离太近、作业面狭窄，成为机械难以压实的薄弱环节，导致压实不足或均匀性不好，难以保证这些部位的密实稳定和强度，工后产生较大的沉降或残余变形，造成路面质量差、使用性能和使用寿命等达不到设计预期，严重时甚至导致路基失稳破坏的问题。因此，本发明提出一种高速公路改扩建工程中泡沫轻质土浇筑台背结构及其施工方法，包括如下步骤：

步骤一、首先现场测量拓宽路段台背处路基的宽度、高度，结合现场施工要求以及泡沫轻质土的施工规范，设计出路桥过渡段路基所要开挖的横断面、纵断面的台阶尺寸，根据路基的高度设置台阶的层数，台阶的高宽比为1：x,x的取值为1.5-2，基地沿行车方向的长度要大于3m；在沿横断面方向，靠近边坡一侧要用挡板支撑浇筑出凸型台阶，即最底层浇筑宽度最宽，最上层浇筑宽度最窄，最上层的浇筑宽度要和拓宽部分的硬路肩外边缘对齐，最上层至最底层每层递增0.5-1m，根据层数计算出最底层的宽度。

步骤二、根据步骤一要求开挖好现场的断面，清除基地表层土30cm并铺上级配碎石作为透水垫层，充分压实后铺上防水土工膜，在进行泡沫轻质土浇筑时距底层50cm和距顶层50cm处都要铺设土工格室以增强整体连结性。

步骤三、桥台、第一层台阶和侧向的挡板构成第一层浇筑区域，第一层浇筑完成后，在第一层基础上铺设第二层模板，后面以此类推。

步骤四、泡沫轻质土浇筑应分层浇筑，单层高度宜为0.3-0.8m，单层浇筑完成后，下一层作业应在上一层终凝后进行，间隔时间不宜小于8h。

步骤五、待泡沫轻质土浇筑完成间隔8h后，在其表面铺设第二层防水土工膜，并做好防护工作。

步骤六、待泡沫轻质土硬化成型后，可进行包边土处理。

本发明所述的高速公路改扩建工程中泡沫轻质土浇筑台背结构及其施工方法，泡沫轻质土的湿密度控制在800kg/m³-1100kg/m³。

所述的用高速公路改扩建工程中泡沫轻质土浇筑台背结构及其施工方法，泡沫轻质土的流值控制在17cm-19cm。

本发明所述的用泡沫轻质土在高速公路改扩建工程中浇筑台背的施工方法，在泡沫轻质土结构物的底部和顶部铺设了防水土工膜，防止雨水和地下水的渗透，同时在泡沫轻质土结构物中铺设了土工格室，图2所示，增强了其整体承载力，可减轻不均匀沉降，有效降低“桥头跳车”问题。

本发明所述的高速公路改扩建工程中泡沫轻质土浇筑台背结构及其施工方法，就地取材，充分利用了当地的工业废料赤泥，减少水泥用量，降低了成本，减轻了赤泥堆放污染环境的情况。

本发明所述的用泡沫轻质土在高速公路改扩建工程中浇筑台背的施工方法，对于高速公路改扩建工程台背回填土处施工作业面狭小，不利于大型器械施工的情况下，这种施工方法可操作性较强，便于施工。

实施例1：

步骤一、首先现场测量拓宽路段台背处路基的宽度、高度，结合现场施工要求以及泡沫轻质土的施工规范设计出衔接处路基所要开挖的横断面、纵断面的台阶尺寸,如图1所示，其中，台背处基坑底部至原路面高度为4.85m，沿行车方向在上部预留出路床和路面的高度，即2.05m(路床1.2m，路面厚度0.85m)，行车方向设置4层台阶，每层台阶高0.7m，宽1.4m，基地沿行车方向从台背至第一层台阶宽度为4.5m；在沿横断面方向，靠近路中线设置4层台阶，每层台阶高0.7m，宽1.4m，靠近边坡一侧要用模板支撑浇筑出凸型台阶，即最底层浇筑宽度为10m，最上层浇筑宽度为7.5，最上层的浇筑宽度要和拓宽部分的硬路肩外边缘对齐，最上层至最底层每层递增0.83m。

步骤二、根据步骤一要求开挖好现场的断面，清除基地表层土30cm并铺上级配碎石作为透水垫层，充分压实后铺上防水土工膜，在进行泡沫轻质土浇筑时距底层50cm和距顶层50cm处都要铺设土工格室以增强整体连结性，如图2所示。

步骤三、桥台、第一层台阶和侧向的模板构成第一层浇筑区域，第一层浇筑完成后，在第一层基础上铺设第二层模板，后面以此类推。

步骤四、泡沫轻质土浇筑应分层浇筑，单层高度宜为0.3-0.8m，单层浇筑完成后，下一层作业应在上一层终凝后进行，间隔时间不宜小于8h，如图3所示。

步骤五、待泡沫轻质土浇筑完成间隔8h后，在其表面铺设第二层防水土工膜，并做好养护工作。

步骤六、待泡沫轻质土硬化成型后，可进行包边土处理，如图4所示。

实施例2

1.台背回填结构模型如图5所示，

本次数值模拟模型如图5，各结构层厚度已在图5中表明，地下水位在地表以下4m处。在模拟路堤填土的固结沉降时，采用分层填筑的模拟方法，每次加载一层，每层厚度为0.7m，然后加载第二层，以此类推。路堤填筑总高度为4.2m，其中靠近桥台一段使用泡沫轻质土材料，远离桥台一端使用路堤填土。

2.数据结果整理

(1)泡沫轻质土与常规填土工后30天沉降对比(轻质土密度为1.1g/cm³)如图6所示。

从以上结果可以看出，在路桥过度段衔接处，本发明沿横断面方向在新老路基搭接处直接做出台阶，靠近边坡一侧在泡沫轻质土浇筑过程中用模板支护形成台阶，在行车方向远离桥台一端直接做出台阶，这样通过三处台阶设计与使用泡沫轻质土相配合，在台背后30m范围内，使用泡沫轻质土浇筑所产生的路基表面沉降最大为5cm，使用常规填土所产生的路基表面沉降最大9.4cm，因此，在本发明的三处台阶结构上，泡沫轻质土浇筑台背能明显改善“桥头跳车”现象；

从图7中可以看出，在本发明的三处台阶设计中，路桥过渡段衔接处路基表面水平位移最大，最大值分别为：泡沫轻质土9mm，常规填土33mm；随着距台背处距离的增大，水平位移减小。

对常规的只在横断面或纵断面上设置台阶，并进行泡沫轻质土浇筑台背进行测试，结果表明：路基表面沉降大于本发明的上述三处台阶设计。

最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。