eps泡沫颗粒混合轻质土路基填筑技术施工工法

'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）一、前言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—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--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。现已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2.1EPS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7~14kN/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EPSEPS泡沫颗粒混合土气泡混凝土2521~232110~15100.27~145~15　　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：材料的拌合采用普通的拌和机（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工后沉降要求高、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。  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沫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;EPS泡沫颗粒混合轻质土制备EPS泡沫颗粒混合轻质土运输现场摊铺、碾压边坡覆土、养生完工土、泡沫珠、水、固化剂等输入拌合铲车运入、自卸车运出推土机、平地机、铲车摊铺后碾压机械压实根据需要对EPS泡沫颗粒混合轻质土覆盖覆土养生不少于7天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现场摊铺可采用推土机、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0.5~1.0m，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1EPS泡沫颗粒混合轻质土路基填筑纵断面图图2EPS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6.1.1EPS：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3mm~5mm,密度15Kg/m3~20Kg/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%~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11全站仪台1平面位置测量七、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2EPS泡沫颗粒混合轻质土参考设计配合比泡沫珠：土=45:55，水泥剂量8%，重型击实泡沫珠：土=50:50，水泥剂量8%，马歇尔击实干密度（g/cm3）1.3191.2951.1651.061…….1.1961.2081.1030.9930.979含水量（%）14.817.320.021.624.013.615.116.018.923.6拌合情况拌合分离拌合均匀拌合困难拌合分离拌合均匀泡沫珠：土=55:45，水泥剂量8%，马歇尔击实泡沫珠：土=55:45，水泥剂量12%，马歇尔击实干密度（g/cm3）0.9251.0841.0021.0051.1851.0031.1231.0761.045含水量（%）13.816.017.818.712.714.615.217.319.4拌合情况拌合分离拌合均匀拌合分离拌合均匀表315型泡沫混合轻质土掺配比例泡沫：土=55:45水泥剂量6.08.010.0控制压实系数（%）909395909395909395实际干密度（g/cm3）1.0041.0611.0871.0371.0661.0971.0921.1211.15平均回弹率(%)4.77d无侧限抗压强度（KPa）248260272247267275316331358 破坏变形（mm）3.04.24.74.85.06.27.47.56.328d无侧限抗压强度（Kpa）374403491372406422563629597破坏变形3.03.33.74.05.34.63.74.54.7CBR膨胀量（%）0.10.20.20.00.20.20.10.20.2CBR值（%）11.5……12.611.0……15.515.6……15.27.2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》，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）、《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4EPS颗粒混合轻质土施工质量检验检查项目规定值或允许偏差检查方法泡沫珠密度±1kg/m3随机抽查泡沫珠粒径±0.5mm随机抽查水泥掺量±1%随机抽查7d人造轻质土密度±1KN/m3取芯，每3层抽查数≧3个28d无侧限抗压强度不小于设计值取芯，每3层抽查数≧3个7dCBR不小于设计值现场，每3层抽查数≧5个压实度不小于设计值现场，每层抽查数目≧5个7.4施工完成后的质量控制：在路基工程施工完成后，要经常查看边坡的覆土、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，建立健全岗位责任制，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查维修，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、坡顶附近进行检查，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采用成套的拌和机可以有效控制扬尘，并在拌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高适用于桥头路基，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以下质量难以保证高适用于淤泥质土及含水量30～75%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，成桩质量难控制高适用于桥头路基 预应力混凝土管桩施工质量容易控制，处理效果好施工场地要求高，地下无杂物高适用于桥头路基，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，其工程费用从高到低依次为预应力砼管桩→CFG桩→EPS颗粒混合轻质土路基→真空预压→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11.12009开始建设的嘉绍二通道南岸接线工程，表层硬壳层达15～22m，下部淤泥20～30m，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。11.22009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泡沫颗粒混合土路堤，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。'