就工程应用而言,气泡混合轻质土可有效发挥轻质性、固化后的自立性、强度特性以及易施工性带来的技术经济效益,以及优越的环保特性带来的社会效益。
1. 轻质性的应用
轻质性的应用核心在于减轻荷载。根据减轻荷载目标的不同,在以下工程领域可广泛使用:A)作为公路软基路段的新建或扩建路堤填筑材料,减荷可降低工后沉降和不均匀沉降;B)山区古滑坡路段的路堤填筑:通过换填减荷,不改变古滑坡的应力环境,避免新建路堤增加滑坡体荷重使之出现再次滑动失稳;C)地下结构工程覆土过重时,通过气泡混合轻质土减荷以满足结构设计要求;D)应用于岩溶区或采空区的路堤填筑,可确保路堤安全;E)对地基土进行气泡混合轻质土换填,利用应力补偿原理避免上部路堤或基础出现沉降。
2.自立性的应用
固化后的自立性意味着气泡混合轻质土可垂直填筑,其垂直临空面侧压力为零。这些特性在以下工程领域的应用优势明显:A)旧路扩建路堤:垂直填筑,可不占地不拆迁或少占地少拆迁;B)一切挡土构造(桥台、挡墙或库岸结构等)的背面填筑:大幅缓减结构承受的侧向压力,确保结构安全或优化结构设计;C)山区陡峭路段新建或扩建路堤的填筑:避免高填高挖带来的稳定性问题及对环境的破坏。D)高路堤桥台台背填筑:垂直填筑,避免台前锥坡放坡占地,可用于桥梁减跨。
3.强度特性应用
气泡混合轻质土的强度应用范围一般为0.5~1.5MPa,在此强度范围内,一方面可固化自立,另一方面,机械开挖掘进气泡混合轻质土填筑体很容易作业。这些特性,使气泡混合轻质土可大量应用于山区隧道进出口位置的填筑:隧道掘进自填筑体开始,避免了开挖山体
导致的边坡支护问题,并起到维持自然山体形态不变、保护环境的作用。
4.良好施工性的应用
气泡混合轻质土采用集中搅拌制作、软管泵送的方式现浇施工;这种制作搅拌和现浇施工点分离的施工方式使其浇注施工占用的作业空间极小,在旧路扩建工程、地下空洞回填、地下管线施工的回填工程中,具备施工便捷、占用空间小及工期短的优势。
总之,气泡混合轻质土主要特性的应用通常不是单一而是综合性的,如在道路扩建工程中,尤其是软基路段的扩建工程,气泡混合轻质土即可发挥轻质性、固化后的自立性以及易施工性等综合技术优势;而无论在何处应用,对环境均无污染作用,且可节省土地资源、避免环境破坏,环保优势明显。
主要应用一 道路加宽扩建
气泡混合轻质土在道路加宽扩建工程中的应用优势主要体现在以下几个方面:
1.扩建路基可垂直填筑,节省土地资源,避免或减少建筑物的拆迁。
2.软基路段扩建路堤可大幅减荷,可节省扩建 路基的软基处理或减小软基处理强度;并有效减少新老路基的差异沉降及附近建筑物的附加沉降破坏。
3.通过配管泵送施工,施工占用空间小,几乎不影响现有交通,并保持现有道路设施(防撞栏、 排水沟等)不破坏。
4.山区陡峭路段的加宽扩建可避免高填高挖导致的稳定处治问题,且能维持自然山体形态不变,保护自然环境。
5.施工便捷,施工工期短。
主要应用二 桥台台背填筑
(一) 软基路段桥台台背换填
气泡混合轻质土用于软基路段桥台台背换填时,利用轻质性、固化后的自立性,可对常规工法作如下优化:1)优化座板式或薄壁式桥台为桩柱式桥台;2)大幅降低软基处理强度。优化后,具有减少沉降和不均匀沉降、彻底消除台背路堤填料本身的工后沉降、避免桥头跳车病害并大幅减少工后台背维修费用等技术经济优势。
(二) 高桥台台背填筑减少桥跨
当跨越道路的跨线桥较高时,常规工法为解决桥台台前锥坡放坡长度问题,桥跨数量和长度通常以两个台前锥坡坡脚净距为设计控制依据,其结果是桥梁总长往往远大于所跨道路要求宽度,本来1跨桥可解决的跨路问题需要2~3跨来解决,如采用薄壁式桥台,由于台后填土高,土压力大,桥台存在质量风险;为了抵抗土压力,势必大幅提高薄壁桥台桩基及台身造价。采用气泡混合轻质土填筑上述桥台台背,固化后对结构物的侧压力极小且可直立填筑,可解决土压力和台前锥坡放坡问题,将桥台优化为简单的桩柱式桥台并减少因锥坡
放坡而增加的桥跨,大幅降低工程造价。
主要应用三 减荷的应用
(一) 隧道减荷
在地下隧道工程中,隧道结构设计要求其覆土荷重必须在结构能够承受的范围内,如实际覆土荷重超过了结构承受的能力,则必须对上覆填土进行减荷。如采用气泡混合轻质土进行减荷,较对地下隧道结构进行再次加固要简单便捷得多,且造价低廉,具备明显的技术经济优势。
(二) 其它减荷
某些特殊建筑物的基底减荷,例如,武汉抗洪纪念碑的基底处理就采用了气泡混合轻质土进行减荷,以满足其基底承载力的要求,避免因地基变形导致建筑物倾斜。
主要应用四 山区陡峭路段的应用
当公路线路经过山区陡峭路段时,传统常规工法的设计施工方案如图a)或b)。而采用气泡混合轻质土填筑则如图c)。三种不同工法的比较显示气泡混合轻质土工法具备以下优势:
1.降低荷重,减少路基自身的滑动力矩,提高路基的抗滑稳定性;避免路基抗滑设计与施工的高难度和高代价。
2.避免高填带来的稳定性问题及大量占用土地资源的弊端。
3.避免高挖带来的高边坡支护代价及对环境的破坏问题。
主要应用五 其它领域的应用
(一) 岩溶区采空区的填筑
新建高速公路路线经常会跨越岩溶区或采空区;在这些区段修建路堤,尤其是高路堤,必须采取措施避免岩溶区或采空区出现塌陷,这些措施包括注浆、强夯等。但由于岩溶区、采空区地下空洞分布极不规则的复杂性,常规工法的处理要么代价高昂,要么无法处理彻底,即使采用桥梁跨越这些区段,由于地下岩溶区、采空区空洞分布的复杂性,桩基施工依旧存在巨大质量风险。而采用气泡混合轻质土路堤,由于荷载可减到仅为常规路堤的三分之一左右,对岩溶区和采空区承载力的要求可大幅降低,其相应处理措施可大大简化或不做处理,且技术质量更有保障,与常规路堤填筑比较,可以说提供了一种全新的技术手段。
(二) 低路堤软基换填
对于软基路段的低路堤,可利用气泡混合轻质土的轻质性,对软基进行适当换填,同时路基填筑全部采用气泡混合轻质土,这样,利用应力补偿的原理及减荷的优势,可使路堤永久总荷载小于换填地基土的重量,从而避免沉降的发生,取消常规软基处理,大幅缩短工期。
(三) 地下空洞回填
对于软基路段的低路堤,可利用气泡混合轻质土的轻质性,对软基进行适当换填,同时路基填筑全部采用气泡混合轻质土,这样,利用应力补偿的原理及减荷的优势,可使路堤永久总荷载小于换填地基土的重量,从而避免沉降的发生,取消常规软基处理,大幅缩短工期。