泡沫轻质土

2017年5月4日
抗浮验算时自重应力计算
验算用指标
轻质土重度 R（kN/m3） 轻质土重度 R（kN/m3） 轻质土重度 R（kN/m3）
验算指标取值
Leabharlann Baidu
地下水条件
指标取值
地下水位以上 地下水位以下
R=Rfw R取轻质土浮容重
地下水位以上 地下水位以下
R=Rfw R=（1.1~1.3）Rfw
地下水位以上或以下
R=Rfw
路堤整体稳定性验算 外部稳定性验算
2017年5月4日
特殊工况
2017年5月4日
复
合
地
基
处
常规桩基处理
理
常规桩基处理
特殊桩基处理
处理方式 复合地基处理
泡沫轻质土处理
优点 缺点
1.施工工艺成熟。
1.行车道范围内属于同一种处 理方法，沉降差异小。
2.造价较低。 3.工期短。 4.施工质量可以实时控制。
1.施工质量难控制。
2.沉降差异难控制。 3.造价高，施工周 期长。
直立填筑，避免征地或拆迁 工期短，施工质量易于控制
荷载小，地下结构或管线承压小， 不易破坏、避免深层处理扰动
控制沉降，避免破坏
可有效控制路基稳定 保护自然地质地理环境
二 泡沫轻质土应用
江鹤高速公路 桥台背填筑
宁波三门湾道 路拓宽
二 泡沫轻质土应用
上海地铁7号线地 下隧道结构减载
三 现浇泡沫轻质土工程质量
50 不小于设计
检查方法和频率
权 值
1次/1000m3轻质土
3
每一浇注层不少于6次
3
水准仪:每200m测4断面
2
经纬仪:每200m测4点，弯道加HY、
YH两点
2
米尺:每200m测4处
2
路用泡沫轻质土工程质量检验实测项目，实现了与常规路基交验方法的无缝对接
设计指标
2017年5月4日
（公路路基设计规范表3.9.3）
2017年5月4日
泡沫轻质土工法模型
泡沫轻质土路基
桩基处理工法模型
Pf
常规填料
桩间土应力Pz
桩基处理软基
注：当Pf≤80%*Pz泡沫轻质土方案控制沉降效果优于桩基处理方案。
2017年5月4日
软基路段工法比较
轻质土方案
常规方案
轻质土方案:不需做地基处理，采用轻质材料路堤，通过降低路堤荷 载的方式，降低地基土附加应力以控制工后沉降；其属可见工程， 施工质量易于控制，工期短；路基纵向差异沉降很小。 常规方案：通过加固地基，提高地基的承载力；其施工周长，施工 质量较难保证，路基纵向差异沉降较大。
1 概念
1.1 泡沫轻质土概念 根据《现浇泡沫轻质土技术规程》（CECS 249：
2008）的定义，泡沫轻质土是“用物理方法将发泡剂水 溶液制备成泡沫，与必须组分水泥基胶凝材料、水及可 选组分集料、掺和料、外加剂等按照一定的比例混合搅 拌，并经物理化学作用硬化形成的一种轻质材料”。
一 现浇泡沫轻质土技术简介
3.2 工程质量检验与验收
项次
检查项目
△抗压强 距路面底面 0~0.80 1 度(MPa) 距离(m) ＞0.8
2
△施工湿密度
3
轻质土路基顶高程(mm)
4
中线偏位(mm)
5
宽度(mm)
规定值或允许偏差 qu7d≥0.4；qu28d≥0.8 qu7d≥0.3；qu28d≥0.6 在规定值或设计范围内
+10，-15
轻质土凝聚力C、内摩擦 角Φ
与碎石土、砂类土或基岩 接触面摩擦系数
与粘性土、强风化层接触 面摩擦系数
地下水位以上
地下水位以下 地下水位以上 地下水位以下 地下水位以上 地下水位以下
试验确定，无试验资料 时，C=120kPa，Φ=6°
试验确定，无试验资料 时，C=100kPa，Φ=4°
0.6 0.5 0.5 0.4
抗滑移稳定性计算
《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》（JTG/T D31-02-2013）6.4.8条。
抗滑动稳定系数
抗滑力
Fs fW1 fW2 cos cos 1.3 W2 sin cos
下滑力
2017年5月4日
抗倾覆稳定性计算
K0
GZG
EyZx ExZ y
Ep
'Zp
当倾覆、滑动不满足要求时，需对泡沫轻质土设置抗滑锚固等措施。
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外 侧 直 立 式 拓 宽
路基拓宽
外 侧 放 坡 式 拓 宽
2017年5月4日
外
侧 直
20cm厚钢筋钢筋混凝土
立
泡
沫
轻
质
土
保
护 措
4cm厚薄壁式保护壁
施
2017年5月4日
外侧直立式拓宽 替代普通挡墙
2017年5月4日
软基路段
2017年5月4日
轻 质 土 方 案
软基路段
常 规 方 案
3.1 质量问题防患措施
采用高性能发泡剂，确保泡沫质量的稳定和持久 采用自动化控制设备，避免人工操作形成湿密度的不稳定 采用大产能设备，避免初凝前浇筑层无法浇注完成 使用专业化施工队伍，避免个体户性质的泡沫混凝土施工队施工。 避免高温和低温时间施工，加强现场湿密度监控。
3 现浇泡沫轻质土工程质量
扩建路基，即综合利用了轻质性、自立性和良好的施工性。
综合特性的应用
2 泡沫轻质土应用
现浇泡沫轻质土的适用工况
工况 一般软基路段
常规工法的缺陷
泡沫轻质土工法的优势
复合地基隐蔽工程质量不易监控 综合造价较旋喷桩、预制管桩低 造价较高，尤其是旋喷桩和管桩 施工质量可靠度高，易于控制
桥台背软基路段
泡沫轻质土处理（采用泡沫轻质土 减载换填）
优缺点
1.开挖量大。 2.施工较为复杂。 3.造价高，施工周期长。
1.施工简捷，工期短。 2.造价较低。 3.施工质量可以实时控制。
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稳定性验算
2017年5月4日
设计验算指标
（公路路基设计规范表3.9.6）
验算内容
沉降验算时自重应力计算
结构上覆荷载验算时自重应 力计算
1）表中Rfw为施工湿容重（kN/m3）；2）当底面有斜面或者轻质土路基的高宽比大于1且高度大于3米的情况，应进
行外部稳定性验算。
2017年5月4日
抗浮稳定性验算
h1
hw
h2
抗浮计算模式图
Fs
ihi whw
（公路路基设计规范表3.9.6）
抗浮安全系数宜为1.05~1.15
2017年5月4日 2017年5月4日
凝结特性：为水硬性材料，以水泥为胶 凝材料，具有凝结特性。
硬化后可自立，可垂直填筑。
良好的施工性：管道泵送，自流平， 自硬化，无需推平、碾压或振捣。
2 泡沫轻质土应用
材料和工艺特性是泡沫轻质土工程应用的核心基础。 泡沫轻质土最关键也是最常见的应用为轻质性和自立性的应用。 在大量的工程应用中，更多的是特性的综合应用，如软基桥台背路基或软基路段旧路
1.2 制作工艺
制作工艺体现了多 种介质多步骤的混
合特性
水 泥
粉 煤水
灰
料 浆
空 气
发 泡水
泡 沫
剂
泡沫轻 质土
2017年5月4日
一 现浇泡沫轻质土技术简介
1.3 施工工艺
一步制作水泥浆
胶凝材料
水
宏观工艺流程 两步制作 两步输送
分区分层浇注
一步输送水泥浆
行星式水泥浆搅拌站
二步制作泡沫轻质土
二步输送泡沫轻质土
2017年5月4日
陡峭路段
2017年5月4日
轻 质 土 + 保 护 壁
陡峭路段
路 堤 式 挡 墙
2017年5月4日
陡峭路段工法比较
轻质土+保护壁
路堤式挡墙
轻质土+保护壁：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；能够避免路基抗滑设计的高难度和高代价；其支护 简单，施工便捷。 路堤式挡墙：挡墙自身稳定性差，支护代价高，施工难度大。
工后沉降较难控制 需要高强桥台结构
可有效控制工后沉降 无侧压力，桥台结构可大幅优化
改扩建软基路段
地下结构、地下 管线路段
山区陡峭路段
放坡施工，征地和拆迁无法避免 施工工期长，施工质量难以保证
荷载过大或复合地基施工会破坏 地下管线或地下结构
不处理则引起沉降破坏
稳定性较难控制 高强支护或高宽放坡，破坏环境
表3.9.3 用于路基的泡沫轻质土性能指标
路基部位
无侧限抗压强度(MPa) 高速公路及一级公路 二级及以下公路
路床范围
轻、中等及重交通 特重、极重交通
上路堤、下路堤 地基土置换
≥0.8
≥1.0 ≥0.6
＞0.4
≥0.6 ≥0.5
湿密度：5~11kN/m3
流值：170~190mm
2017年5月4日
路基拓宽
4.桩基施工对承台
1.需大面积开挖。 2.施工期间需设置临时排水设 施。
影响较大。
泡
沫
轻
质
泡沫轻质土
土
处
理 水泥搅拌桩
泡沫轻质土
水泥搅拌桩
2017年5月4日
路面抬高，现状涵 洞不满足结构承载 力要求
填土
复合地基处理
保留利用现状涵洞，采用 泡沫轻质土减载换填
泡沫轻质土
既有涵
处理方式
常规处理（开挖、废除既 有涵洞、新建涵洞）
泡沫轻质土分区分层浇注
泡沫轻质土制备站
2017年5月4日
一 现浇泡沫轻质土技术简介
1.4 应用历史
1970年
日本开 始大量 使用
2002年
国内首 个试验 段工程 广东实 施
2006年
奥运鸟 巢环形 隧道减 载
2009年
亚运大道改 扩建桥台背 处理软基
国内第一部 标准颁布
2010年至今
珠三角、长三角、环 渤海湾开始大量应用
2014年《公路路基 设计规范》列入该技
术
2017年5月4日
一 现浇泡沫轻质土技术简介
1.5 工程特性
混凝土
泡沫轻质土
普通土 EPS
轻质性：5～15kN/m3；常用5～6kN/m3 多孔特性：孔隙率高达20%～70%。
密度和强度可调节性：可按工程需要调 整密度和强度。
良好的流动性：可在狭小的空间内施工。