EPS泡沫颗粒混合轻质土路基填筑技术施工工法建筑铁路工程_建筑-建筑材料生产技术.pdf

EPS泡沫颗粒混合轻质土路基填筑技术施工工法 范丹丹（杭州明华市政工程有限公司）丄人、刖吕 在软弱地基上及其它不良地基上修筑道路和桥梁，路基的沉降和不均匀沉降是 影响工程质量的一个重要因素。除了砂井预压、打设桩基等常规软基处理方法外，近年来国外又发展了一种新的超轻质填料一聚苯乙烯泡沫（EXPANDED POLYSTYRENC,简称EPS）,从而产生了一种新的软基处理方法一EPS 泡沫颗粒混合轻质土路基。EPS材料具有超轻性、耐压缩性、自立性、耐水性和施工 简单、方便、快捷等优点，在国内外得到了广泛的应用，有效地解决了软基过渡段 的沉降和不均匀沉降、路堤与桥台相接处的差异沉降等问题。现己应用于桥台台背 回填、道路拼宽、山区路段填筑、工程抢险等特殊路段的填筑、空洞、管线的回填、隧道口的填筑等。二、EPS泡沫颗粒混合土特点及工法特点 2.1 EPS泡沫颗粒混合轻质土特点 EPS泡沫颗粒混合土是人工制作的土工材料，其容重可以做得比一般的土体小得 多，而其强度和变形特性可以达到甚至超过良好的土体，且便于施工等。其主要特 性如下：2.1.1轻质性 EPS泡沫颗粒混合轻质土内含有大量的EPS泡沫颗粒，其容重不但比一般的土体 要小得多（详见表1）,而且通过调整土体中的气泡和固化剂的含量，可以按照需要 对EPS泡沫颗粒混合土的容重在714kN/m3内进行必要的调整。表 1 几种主要土建材料的容重比较 水泥 混凝土 底基层 宕渣 粉煤灰 空箱 结构 EPS EPS 泡沫颗 粒混合土 气泡混 凝土 25 2 广 23 21 1015 10 0.2 714 515 2.1.2固化后的自立性 由于使用水泥作为固化剂，通常在碾压完成14小时后就会开始固化，且固化后 可以自立，可进行垂直填土，且对挡土结构物几乎没有推挤力。2.1.3良好的施工性 EPS泡沫颗粒混合土的拌合、运输、摊铺、碾压均方便，对于空间较小的部位施工时,可以采用夯机进行夯实，对碾压的质量相对于其余土质要低，便于施工。2.1.4耐久性 属水泥类材料，与高分子材料相比，其耐久性，耐热及抗油污能力强，具有水 泥材料同等的耐久性。2.1.5良好的环保特性 EPS泡沫颗粒混合土原料土可采用施工期间开挖的废土、粉煤灰等废料，避免工 程废料对环境的二次污染，并可以利用工业废渣等材料，做到废物利用。在道路工 程施工中，可节省土地资源，避免高填高挖等对环境的破坏，对保护自然生态环境 意义重大。2.2施工工艺特点 2.2.1EPS泡沫颗粒混合土取材方便：泡沫颗粒选用聚苯乙烯球状小珠市场存量 大、购买方便；原料土可以取当地的粘土、粉土、中细沙、粉煤灰、石屑及淤泥；固化剂可以采用普通硅酸盐水泥。2.2.2EPS泡沫颗粒混合土对于原土基要求不高：由于EPS泡沫颗粒混合土比重 小，土体质量轻，对于原地基要求极低，可用于普通土质地基、湿土地基，尤其对 于软土地基处理效果更加理想等。2.2.3施工简单：材料的拌合釆用普通的拌和机（滚筒式、强制式）或者使用挖 掘机铲车联合拌合即可，运输采用普通的货车运送并做好表面覆盖避免材料洒落，摊铺采用平地机、挖掘机等，碾压可采用压路机或者挖掘机、铲车等均可。三、适用范围 EPS泡沫颗粒混合土技术在公路建设中有着非常广泛的应用，它为解决高等级公 路软基路堤中的桥涵跳车、公路路基加宽时新老路基的差异沉降、高填土路堤的稳 定性等世界性难题提供了一种极好的技术手段。运用这种技术能节省昂贵的用地、减少拆迁，充分有效地利用土地资源等。它主要应用于以下一些领域：3.1路堤的快速修复。3.2工后沉降要求髙、软土指标差的桥头或箱涵接部位路堤。3.3拓宽高路堤。3.4挡墙后填土，以减小台背土压力。地基上修筑道路和桥梁路基的沉降和不均匀沉降是影响工程质量的一个重要因素除了砂井预压打设桩基等常规软基处理方法外近年来国外又发展了一种新的超轻质填料一聚苯乙烯泡沫简称从而产生了一种新的软基处理方法一泡沫颗效地解决了软基过渡段的沉降和不均匀沉降路堤与桥台相接处的差异沉降等问题现己用于桥台台背回填道路拼宽山区路段填筑工程抢险等特殊路段的填筑空洞管线的回填隧道口的填筑等二泡沫颗粒混合土特点及工法特点泡沫颗粒混以达到甚至超过良好的土体且便于施工等其主要特性如下轻质性泡沫颗粒混合轻质土内含有大量的泡沫颗粒其容重不但比一般的土体要小得多详见表而且通过调整土体中的气泡和固化剂的含量可以按照需要对泡沫颗粒混合土的容重3.5高桥墩台与隧道相连部位，以减少弃渣对桥墩的侧向土压力，便于墩的 自由变形，易于施工。四、工艺原理 EPS泡沫颗粒混合土采用聚苯乙烯泡沫和原状土及固结材料混合而成，EPS颗粒 混合轻质土和泡沬混凝土的性能介于普通填土、混凝土与EPS泡沫塑料之间，从强 度、刚度与容重方面弥补了三种常规材料性能突变的空白。EPS泡沫颗粒混合轻质土土体容重轻,相比其他材料大大减少了对强度的要求；强度高，可以有效的提高土体的承载力，避免长时间在外界压力的作用下的土体变 形。五、施工工艺流程及操作要点 5.1施工工艺流程如下；5.2施工操作要点 5.2.1施工前进行场地清理，去除表面松散土和残枝败叶，以防在原地基和轻 质土之间产生薄弱面；5.2.2原材料添加与拌合时，为防止泡沫珠飞散或上浮，宜对泡沫珠进行预湿 处理，并应根据现场气候、原料土的天然含水量等不同情况调整拌合时的加水量；5.2.3 EPS颗粒混合轻质土经拌合均匀后，应采用自卸汽车快速运送至工地，进 行摊铺碾地基上修筑道路和桥梁路基的沉降和不均匀沉降是影响工程质量的一个重要因素除了砂井预压打设桩基等常规软基处理方法外近年来国外又发展了一种新的超轻质填料一聚苯乙烯泡沫简称从而产生了一种新的软基处理方法一泡沫颗效地解决了软基过渡段的沉降和不均匀沉降路堤与桥台相接处的差异沉降等问题现己用于桥台台背回填道路拼宽山区路段填筑工程抢险等特殊路段的填筑空洞管线的回填隧道口的填筑等二泡沫颗粒混合土特点及工法特点泡沫颗粒混以达到甚至超过良好的土体且便于施工等其主要特性如下轻质性泡沫颗粒混合轻质土内含有大量的泡沫颗粒其容重不但比一般的土体要小得多详见表而且通过调整土体中的气泡和固化剂的含量可以按照需要对泡沫颗粒混合土的容重压，避免运输时间过长，发生摊铺压实困难；5.2.4现场摊铺可釆用推土机、平地机等，按规定的厚度进行施工，摊铺厚度 一般为30cm,松铺厚度根据现场试验确定；5.2.5铺设砂层或碎石层时，应从路基横断面两侧向中间摊铺，厚度应均匀一 致，表面平坦，并满足设计要求;砂垫层及碎石垫层的宽度应宽出路基边角0.510m,两侧端以片石护砌或采用粘土包边等其他方式防护，以免砂料流失。5.2.6在每个阶段施工完毕后要做到及时养护，在土体的顶面采用土工织物或 者草编袋进行覆盖、洒水，洒水养护时间不得少于7天。5.2.7具体施工纵断面图详见图1,横断面图详见图2。图 1 EPS 泡沫颗粒混合轻质土路基填筑纵断面图 图 2 EPS 泡沫颗粒混合轻质土路基填筑横断面图 六、材料与设备 6.1材料要求 6.1.1 EPS：聚苯乙烯球状小珠，经发泡工艺由工厂生产，为白色圆形颗粒状，粒径3mnT5mm,密度15Kg/m320Kg/m3,要求采用阻燃型；6.1.2固化剂：普通42.5号硅酸盐水泥，要求尽可能采用缓凝水泥，终凝时间 大于6小时。水泥参量一般可在4炉10%之间选用；6.1.3原料土：应按就地取材的原则，选用粘土、粉土、中细砂、粉煤灰、石 屑及淤泥等一种或者几种混合土为原料土。6.2设备要求 序号 设备名称 单位 数量 用途 备注 1 拌和设备 套 2 混合土拌合 1 台备用 2 挖掘机 台 2 拌合、取土 无拌和机时使用 3 铲车 台 1 拌合、运料 4 推土机 台 1 摊铺 5 平地机 台 1 摊铺、平地 6 摊铺机 台 1 摊铺 7 压路机 台 1 碾压 8 运输车 辆 5 运输 视距离增减 9 洒水车 台 1 养护 10 水准仪 台 2 高程测量 地基上修筑道路和桥梁路基的沉降和不均匀沉降是影响工程质量的一个重要因素除了砂井预压打设桩基等常规软基处理方法外近年来国外又发展了一种新的超轻质填料一聚苯乙烯泡沫简称从而产生了一种新的软基处理方法一泡沫颗效地解决了软基过渡段的沉降和不均匀沉降路堤与桥台相接处的差异沉降等问题现己用于桥台台背回填道路拼宽山区路段填筑工程抢险等特殊路段的填筑空洞管线的回填隧道口的填筑等二泡沫颗粒混合土特点及工法特点泡沫颗粒混以达到甚至超过良好的土体且便于施工等其主要特性如下轻质性泡沫颗粒混合轻质土内含有大量的泡沫颗粒其容重不但比一般的土体要小得多详见表而且通过调整土体中的气泡和固化剂的含量可以按照需要对泡沫颗粒混合土的容重11 全站仪 台 1 平面位置测童 七、质量控制 7.1配合比的设计：在进行EPS泡沫颗粒混合轻质土路基的施工前，必须在试 验室进行配合比的设计，得到目标配合比，然后根据现场原材料的试验修正设计配 合比形成施工配合比。几种参考设计配合比如下表2所示，15型泡沫混合轻质土掺 配比例如表3所示。表 2 EPS 泡沬颗粒混合轻质土参考设计配合比 泡沫味：土=45:55,水泥剂量 8%,重型击实 泡粋：土=50:50,水泥剂童 8%,马耽 K 击实 干密度(g/cm9)1.319 1.295 1.165 1.061 1.196 1.208 1.103 0.993 0.979 14.8 17.3 20.0 21.6 24.0 13.6 15.1 16.0 18.9 23.6 分离 困难 分离 泡沫珠：土二 55:45,水泥剂量 8%,马盼击实 泡沫珠：土=55:45,水泥剂 1:12%,马畅击实 干密度(g/cm9)0.925 1.084 1.002 1.005 1.185 1.003 1.123 1.076 1.045 含水量(%)13.8 16.0 17.8 1&7 12.7 116 15.2 17.3 19.4 况 分离 均匀 分离 拌制匀 表 3 15 型泡沫混合轻质土掺配比例 泡沫：土=55:45 水泥剂量 6.0 8.0 10.0 控制压实系数()90 93 95 90 93 95 90 93 95 实际干密度(g/cm)1.004 1.061 1.087 1.037 1.066 1.097 1.092 1.121 1.15 平均回弹率(%)4.7 7d 无侧限抗压强度(KPa)248 260 272 247 267 275 316 331 358 破坏变形(mm)3.0 4.2 4.7 4.8 5-0&2 7.4 7.5 6.3 28d 无侧限抗压强度(Kpa)374 403 491 372 406 422 563 629 597 破坏变形 3.0 3.3 3.7 4.0 5.3 4.6 3.7 4.5 4.7 CBR 膨胀量(%)0.1 0.2 0.2 0.0 0.2 0.2 0.1 0.2 0.2 CBR 值(%)1L5 12.6 11.0 15.5 15-6 15.2 7.2施工过程控制：参考施工操作要点及浙江软土路堤设计要点九严格执行 市政道路工程质量检验评定标准(CJJ1-2008)、市政桥梁工程质量检验评定标 准(CJJ2-90).公路路基施工技术规范(JTGF10-2006)、公路工程质量检验评 定标准(JTGF80/1-2004)、公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)、公路桥涵 设计通用规范(JTGD60-2004入公路路基设计规范(JTGD30-2004)。7.3施工质量检验：项目如下表4所示:表 4 EPS 颗粒混合轻质土施工质量检验 地基上修筑道路和桥梁路基的沉降和不均匀沉降是影响工程质量的一个重要因素除了砂井预压打设桩基等常规软基处理方法外近年来国外又发展了一种新的超轻质填料一聚苯乙烯泡沫简称从而产生了一种新的软基处理方法一泡沫颗效地解决了软基过渡段的沉降和不均匀沉降路堤与桥台相接处的差异沉降等问题现己用于桥台台背回填道路拼宽山区路段填筑工程抢险等特殊路段的填筑空洞管线的回填隧道口的填筑等二泡沫颗粒混合土特点及工法特点泡沫颗粒混以达到甚至超过良好的土体且便于施工等其主要特性如下轻质性泡沫颗粒混合轻质土内含有大量的泡沫颗粒其容重不但比一般的土体要小得多详见表而且通过调整土体中的气泡和固化剂的含量可以按照需要对泡沫颗粒混合土的容重检査项目 规定值或允许偏差 检査方法 泡沫珠密度 lkg/ms 随机抽査 泡沫珠粒径 0 5mm 随机抽査 水泥掺量 1%随机抽査 7d 人造轻质土密度 lKN/m9 取芯，每 3 层抽査数去 3 个 28d 无侧限抗压强度 不小于设计值 取芯，每 3 层抽査数 M3 个 7d CBR 不小于设计值 现场，每 3 层抽査数 M5 个 压实度 不小于设计值 现场，每层抽査数目 M5 个 7.4施工完成后的质量控制：在路基工程施工完成后，要经常査看边坡的覆土、挡墙、土工生态袋等边坡防护工程，避免长期的雨水冲刷导致路基边坡防护工程破 坏从而使得EPS颗粒混合轻质土路基受到冲刷等。八、安全措施 8.1贯彻“安全第一，预防为主”的方针，成立安全领导小组，建立健全岗位贵 任制，加强安全监督，进行安全技术交底和安全培训，提高施工人员安全意识和防 范能力。8.2严格遵守施工现场设备操作技术规范，杜绝设备带病工作、各种机械的操作 人员和机动车辆驾驶人员，必须经过专业培训和考试合格后，方准独立操作。8.3混合土在拌合过程中可能产生扬尘，现场施工人员必须穿戴好防护用品，强 制佩戴防毒面具或者口罩护目镜等。8.4对临时便道做好养护工作，保持路况良好。与公路交叉处，做好施工预告、设立限速标志；运输繁忙地段，设立专人指挥交通；对司机进行经常性的安全教育,避免在运输过程中出现车辆交通事故。8.5定期对施工设备及运输车辆进行检査维修，避免出现带病作业，超负荷作业。8.6对于高填方路段施工时，现场设专人智慧、调度，确定合适的机械车辆走 行路线，并设置边线提示标志，防止相互干扰碰撞，机械填筑作业要留有安全距离。作业程序和运行路线，确保协调施工，安全生产。8.7对于路堑开挖时要进场注意坡面的稳定，每天开工、收工前对坡面、坡顶 附近进行检査，发现裂缝和坍方的迹象立即处理，避免在EPS颗粒混合轻质土路基 填筑时发生安全事故。8.8在对EPS颗粒混合轻质土路基摊铺和碾压的过程中要做好设备和人员的组 织，避免设备和人员在路基上混乱穿行而导致设备和人员伤害。九、环保措施 9.1设置专门的材料堆场，将原料土、泡沫珠及固化剂分类堆放，将固化剂及 泡沫进行覆盖避免下雨及起风使得泡沫珠及固化剂流失和扬尘对当地环境及空气造 成污染。9.2在进行EPS颗粒混合轻质土拌合时尽量釆用成套的拌和机可以有效控制扬 尘，并在拌地基上修筑道路和桥梁路基的沉降和不均匀沉降是影响工程质量的一个重要因素除了砂井预压打设桩基等常规软基处理方法外近年来国外又发展了一种新的超轻质填料一聚苯乙烯泡沫简称从而产生了一种新的软基处理方法一泡沫颗效地解决了软基过渡段的沉降和不均匀沉降路堤与桥台相接处的差异沉降等问题现己用于桥台台背回填道路拼宽山区路段填筑工程抢险等特殊路段的填筑空洞管线的回填隧道口的填筑等二泡沫颗粒混合土特点及工法特点泡沫颗粒混以达到甚至超过良好的土体且便于施工等其主要特性如下轻质性泡沫颗粒混合轻质土内含有大量的泡沫颗粒其容重不但比一般的土体要小得多详见表而且通过调整土体中的气泡和固化剂的含量可以按照需要对泡沫颗粒混合土的容重合前将泡沫珠洒水湿润可以避免泡沫珠飞扬污染周围环境。9.3在车辆运输过程中对车顶进行覆盖避免混合土遗撒造成环境污染。9.4在有风的时候停止作业，避免扬尘。9.5原料土尽量采用工程开挖土方，可以有效的利用资源保护生态平衡。9.6施工便道要经常洒水控制扬尘，有条件的可以将施工便道进行硬化。9.7在施工完成的路段要做好养护及边坡维护，避免雨水冲刷导致固化材料及泡 沫珠流的当地农田等。十、效益分析 10.1各种软土路基处理方法优劣点及费用比较，详见表5：软土路基处理方法 优点 劣点 费用 适用条件 EPS 颗粒混合轻质 土填筑法 工期短，效益好，施工简单，工后效 果好 施工经验相对不 足 适用于桥头路基，特别适用 于处理深厚软土地基 水泥搅拌桩 施工速度相对较 快，工艺相对简 单，处理效果好 施工质量不易控 制，15m 以下质量 难以保证 离 适用于淤泥质土及含水量 3075%的软弱土，加固深 度在一般在 18 米以内 CFG 桩 施工质量容易控 制，处理效果好 施工工艺相对复 杂，成桩质量难控 制 A 适用于桥头路基 预应力混凝土竹桩 施工质量容易控 制，处理效果好 施工场地要求高，地下无杂物*适用于桥头路基，特别适用 于处理深厚软土地基 真空预压 工期短，效益好 施工工艺复杂 略高 加速地基固结沉降，可用于 预压路段或桥头处理 挤密碎石桩 适用范围广 受材料和施工经 验的影响较大 略高 处理不排水抗剪强度较高（一般要求19.6KPa）的液 化土及液化土夹软土地基 从经济性方面来讲一般情况下，其工程费用从髙到低依次为预应力磴管桩一CFG 桩f EPS颗粒混合轻质土路基一真空预压一挤密砂桩（碎石桩）水泥搅拌桩，当 然，经济性要与方案的技术合理性、地方的材料供应情况、施工工期紧张与否等多 种因素综合考虑。EPS颗粒混合轻质土由于其施工的简单、取材的方便、强度的可调节以及工后 的效果理想等多种因素决定了其在今后的软土路堤施工中的重要地位，将会在今后 的施工中陆续出现并被推广。十一、应用实例 11.1 2009开始建设的嘉绍二通道南岸接线工程，表层硬壳层达1522m,下部 淤泥2030m,地基上修筑道路和桥梁路基的沉降和不均匀沉降是影响工程质量的一个重要因素除了砂井预压打设桩基等常规软基处理方法外近年来国外又发展了一种新的超轻质填料一聚苯乙烯泡沫简称从而产生了一种新的软基处理方法一泡沫颗效地解决了软基过渡段的沉降和不均匀沉降路堤与桥台相接处的差异沉降等问题现己用于桥台台背回填道路拼宽山区路段填筑工程抢险等特殊路段的填筑空洞管线的回填隧道口的填筑等二泡沫颗粒混合土特点及工法特点泡沫颗粒混以达到甚至超过良好的土体且便于施工等其主要特性如下轻质性泡沫颗粒混合轻质土内含有大量的泡沫颗粒其容重不但比一般的土体要小得多详见表而且通过调整土体中的气泡和固化剂的含量可以按照需要对泡沫颗粒混合土的容重若不进行处理则工后沉降达不到规范要求，而采用一般的处理方法很 难施工，浙江省交通规划设计研究院在设计中也在部分桥头采用了 EPS泡沫颗粒混 合土路堤。11.2 2009年杭州萧山机场公路改建工程桥头部位设置了 40米长度的EPS泡沫 颗粒混合土路堤，其中桥头处的25米采用全高程全断面EPS泡沬颗粒混合土路堤，后15米采用高程过度全断面EPS泡沫颗粒混合土路堤。在工程通车至今未发现桥头 跳车现象，效果较好。十你想过普通的生活，就会遇到普通的挫折。你想过最好的生活，就一立会遇上最强的伤害。地基上修筑道路和桥梁路基的沉降和不均匀沉降是影响工程质量的一个重要因素除了砂井预压打设桩基等常规软基处理方法外近年来国外又发展了一种新的超轻质填料一聚苯乙烯泡沫简称从而产生了一种新的软基处理方法一泡沫颗效地解决了软基过渡段的沉降和不均匀沉降路堤与桥台相接处的差异沉降等问题现己用于桥台台背回填道路拼宽山区路段填筑工程抢险等特殊路段的填筑空洞管线的回填隧道口的填筑等二泡沫颗粒混合土特点及工法特点泡沫颗粒混以达到甚至超过良好的土体且便于施工等其主要特性如下轻质性泡沫颗粒混合轻质土内含有大量的泡沫颗粒其容重不但比一般的土体要小得多详见表而且通过调整土体中的气泡和固化剂的含量可以按照需要对泡沫颗粒混合土的容重