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【摘要】软土在我国有着比较广泛的分布，它们的成因、结构和形态虽然不同，但都具有相同的工程特性。传统的处理方法有提高承载力和降低附加应力两大类，但却存在着不可忽视的若干缺点。气泡混合轻质土技术作为近年来兴起的新技术，在软土路基处理中有着广泛的应用前景。本文首先概述了软土特性，接着分析了传统处理方法的弊端，最后详细介绍气泡混合轻质土技术的特性及其制作施工流程，并对其应用前景作了概括。
【关键词】软土;排水固结法;复合地基法;气泡混合轻质土
1.软土概述
我国软土按淤泥和淤泥质土的形成和分类，主要可分为两大类[1]：
（1）沿海软土。主要包括四种类型，即滨海相、三角洲相、泻湖相和弱谷相。
（2）内陆平原淤泥和淤泥质土。主要包括湖相沉积、河流漫滩与废河道相沉积。
（3）山地型软土。成因类型以坡洪积、湖积和冲积三种为主。
它们的成因、结构和形态虽然不同，但都具有含水量大、压缩性高、强度低和透水性差的工程特性。
基于软土地基的以上特点，其处治包括沉降处治与稳定处治两方面的内容。沉降处治的目的是加速地基的固结沉降量和减小总沉降量，以保证道路在运营过程中不因地基沉降造成车辆行驶的不舒适和不安全[2]。稳定处治一般要达到以下目的：
（1）控制剪切形变：制止周围地基因路堤荷载作用发生隆起或流动。
（2）促进强度增长：加速地基强度的增长，以求得稳定。
（3）增加抗滑阻力：改变路堤的形状（如增设反压护道）或者换填部分地基，增加抗滑阻力，以求得稳定。
2.传统软土处理方法
传统的软土处理方法包括提高软土的承载力和减少软土的附加应力两大类。
2.1提高软土的承载力
2.1.1排水固结法
①堆载（或超载）预压法。
②袋装砂井（或塑料排水板）排水法。
③袋装砂井（或塑料排水板）外加堆载（或超载）预压法。
④真空预压法。
⑤真空联合堆载预压法。
这类处理方法的主要优点是施工简单、经济性好，主要缺点是施工工期长、稳定问题突出、工后沉降大、桥头跳车问题难于解决，运营期的工程维修费用高[3]。
2.1.2复合地基法
①粉喷桩法。
②CFG桩法。
这类处理方法的主要优点是施工工期短、工后沉降较小，主要缺点是造价昂贵、在淤泥含水量大施工深度大于12m时效果差、施工质量难于监控。
2.2 减少软土的附加应力
2.2.1采用粉煤灰作为路堤填料
这类处理方法的主要优点是容重比常规填土小、废弃材料再生利用，主要缺点是起不到太大的减载效果、易受雨水冲刷。
2.2.2采用EPS(Expanded polystyrene)作为路堤填料
这类处理方法的主要优点是容重比常规填土小得多、施工方便、几乎无侧压力、工后沉降下，主要缺点是造价昂贵、不能利用工程废弃物、浮力抵抗能力差、高温及油污影响大、易受虫的腐食。
上述各种软土处理方法，各自有其适用范围、局限性和优缺点。长期以来着眼于提高软土承载力的各种研究及工程实践做得比较多，所以排水固结法在工程界采用得比较多，复合地基法在一些特殊的路段也经常采用；而减少软土附加应力的研究开发工作做的比较少，轻型填料的产品少，技术相对落后。
3.气泡混合轻质土基本特性
近年来，随着高速公路工程建设的发展，新的土工材料层出不穷，在换填法处理方面，轻质材料和土工织物得到了应用发展，气泡混合轻质土成为轻质材料的典型代表。
气泡混合轻质土是在原料土中按照一定的比例添加固化剂、水和气泡，经充分混合，搅拌后形成的轻质土材料。原料土可以是砂土、粉土、粘性土等；固化剂主要是水泥，起固结、加强土体骨架的作用；起泡剂主要是界面活性类、蛋白类、树脂类材料[4]。
轻质土的主要特点是密度比一般土体小，强度和密度可以调整，气泡的体积含有率大，导热系数小，耐震、隔热、隔音及抗冻融性好，便于施工，固化后可直立等[5]。
3.1轻质性：轻质土内分布着大量独立闭合的气泡，气泡膜是具有很强韧性的胶质物质，因此轻质土的密度要比常规土工材料小很多。通过改变原料土、固化剂和气泡等的配合比，其强度可以在300 ~ 1500kg/m3范围内调整。
3.2高强度性：与密度一样，通过改变固化剂和气泡之比，其强度可以在0.3 ~ 13MPa之间调整。
3.3透水性小：轻质土的透水性能试验结果表明，无论是非饱和状态还是饱和状态，透水系数均小于10-5cm/s。
3.4高流动性：通过泵压送的方法进行运送，最大运送距离可达1500m，最大泵送高度可达30m。
3.5导热性：轻质土中气泡的体积含有率大，导热系数小，具有良好的隔热性，可作为隔热保温材料。
3.6耐久性：轻质土属于水泥类材料，与高分子材料相比，其耐久性、耐热、抗油污能力和抗硫酸盐的腐蚀性要明显好于高分子材料。另外在疲劳荷载（105次）作用下，其无侧限抗压强度基本保持不变。
3.7施工性：可在狭小空间内进行回填施工；不需机械碾压施工；不需振捣；施工工期短。
3.8固化后的自立性：可垂直填土，具有自硬能力，达到设计所要求的龄期后，填土处于自立状态而使得作用于墙背的土压力非常小。
3.9可就地利用工程废弃土，降低土地资源稀缺地区的取土成本，具有良好的经济、社会、环境效益。
4.气泡混合轻质土的施工
4.1制作
气泡混合轻质土的制作如前文所述,在气泡的发生方式上由于后形成方式对气泡量的控制较为困难,所以一般采用的是预先形成气泡方式。在预先形成气泡的方式中,稀释液与压缩空气混合后在发泡装置中形成气泡群。气泡群与水泥浆经过机械的充分混合搅拌后,形成气泡混合轻质土。
4.2运输
气泡混合轻质土由于其独特性质，在运输过程中如果有过多的振动，气泡会发生消解，气泡量降低导致其流动性降低，最终降低施工质量。因此气泡混合轻质土不适宜用预拌混凝土车或翻斗车进行运输，建议采用泵管输送。
4.3模板安装
为了让气泡混合轻质土与下面的回填土很好的结合,首先必须对地基回填土进行整平、夯实。虽然气泡混合轻质土自立性很强、对两侧模板的挤压力不会太大,但模板的强度和稳定性在浇筑过程中必须得到有效的保障；壁板之间、壁板与地基之间接缝要严密,以防气泡混合轻质土溢出。为了防止壁板在浇筑过程中发生变形及上浮现象,应采用纵横肋进行加固,接头必须牢靠。
4.4浇注
浇注时要注意以下几点：一、不能在雨天施工，因为气泡遇雨会大幅消解；二、浇筑前要尽量保持地基表面的干燥，这是因为由于气泡混合轻质土一旦吸水，其容重就会加大从而降低其轻质性；三、施工过程中要避免过度振动，以保证气泡保持其独立细微而分布均匀的特性；四、浇筑时要分层浇筑，但每层浇筑厚度不能太薄，以免在施工过程中临空面增多,造成气泡损失率加大，同时也不能太厚以免由于自重太大产生压缩气泡和消解气泡的现象。
4.5养护、拆模
浇筑完成后为了防止由于急速干燥而产生裂缝,固化后需要加盖麻袋进行保护,如果浇筑完成但在固化前遇雨,需对气泡混合轻质土进行遮盖,避免淋雨。待气泡混合轻质土固结后,即可搭设脚手架进行人工拆除侧模,拆模时不得重撬、硬砸,以免损伤气泡混合轻质土面层。
5.结语
气泡混合轻质土技术应用范围不仅包括不良土处理，同时广泛涵盖道路加宽、桥台背填土、路堤填筑、寒冷地区道路隔热层、路面基层填充料,集新技术、环境保护、资源合理利用为一身,应用前景十分广阔。但是在公路、市政等施工规范对气泡混合轻质土的检测及验收尚无明确规定,应尽快补充完善、以便于以后更加规范的进行施工。■
【参考文献】
［１］王晓谋,袁怀宇.高等级公路软土地基路堤设计与施工技术（第一版）[M].人民交通出版社,2001．
［２］刘松玉.公路地基处理（第二版）[M].东南大学出版社,2009．
［３］汪双杰,张留俊,刘松玉,倪一鸿.高速公路不良地基处理理论与方法（第一版）[M].人民交通出版社,2004．
［４］陈忠平,王树林,邓江.气泡混合轻质填土新技术（第一版）[M].人民交通出版社,2004．
［５］李英姿.气泡混合轻质土在加固软土地基中的应用[J].岩土工程界,11(4).
【关键词】软土;排水固结法;复合地基法;气泡混合轻质土
1.软土概述
我国软土按淤泥和淤泥质土的形成和分类，主要可分为两大类[1]：
（1）沿海软土。主要包括四种类型，即滨海相、三角洲相、泻湖相和弱谷相。
（2）内陆平原淤泥和淤泥质土。主要包括湖相沉积、河流漫滩与废河道相沉积。
（3）山地型软土。成因类型以坡洪积、湖积和冲积三种为主。
它们的成因、结构和形态虽然不同，但都具有含水量大、压缩性高、强度低和透水性差的工程特性。
基于软土地基的以上特点，其处治包括沉降处治与稳定处治两方面的内容。沉降处治的目的是加速地基的固结沉降量和减小总沉降量，以保证道路在运营过程中不因地基沉降造成车辆行驶的不舒适和不安全[2]。稳定处治一般要达到以下目的：
（1）控制剪切形变：制止周围地基因路堤荷载作用发生隆起或流动。
（2）促进强度增长：加速地基强度的增长，以求得稳定。
（3）增加抗滑阻力：改变路堤的形状（如增设反压护道）或者换填部分地基，增加抗滑阻力，以求得稳定。
2.传统软土处理方法
传统的软土处理方法包括提高软土的承载力和减少软土的附加应力两大类。
2.1提高软土的承载力
2.1.1排水固结法
①堆载（或超载）预压法。
②袋装砂井（或塑料排水板）排水法。
③袋装砂井（或塑料排水板）外加堆载（或超载）预压法。
④真空预压法。
⑤真空联合堆载预压法。
这类处理方法的主要优点是施工简单、经济性好，主要缺点是施工工期长、稳定问题突出、工后沉降大、桥头跳车问题难于解决，运营期的工程维修费用高[3]。
2.1.2复合地基法
①粉喷桩法。
②CFG桩法。
这类处理方法的主要优点是施工工期短、工后沉降较小，主要缺点是造价昂贵、在淤泥含水量大施工深度大于12m时效果差、施工质量难于监控。
2.2 减少软土的附加应力
2.2.1采用粉煤灰作为路堤填料
这类处理方法的主要优点是容重比常规填土小、废弃材料再生利用，主要缺点是起不到太大的减载效果、易受雨水冲刷。
2.2.2采用EPS(Expanded polystyrene)作为路堤填料
这类处理方法的主要优点是容重比常规填土小得多、施工方便、几乎无侧压力、工后沉降下，主要缺点是造价昂贵、不能利用工程废弃物、浮力抵抗能力差、高温及油污影响大、易受虫的腐食。
上述各种软土处理方法，各自有其适用范围、局限性和优缺点。长期以来着眼于提高软土承载力的各种研究及工程实践做得比较多，所以排水固结法在工程界采用得比较多，复合地基法在一些特殊的路段也经常采用；而减少软土附加应力的研究开发工作做的比较少，轻型填料的产品少，技术相对落后。
3.气泡混合轻质土基本特性
近年来，随着高速公路工程建设的发展，新的土工材料层出不穷，在换填法处理方面，轻质材料和土工织物得到了应用发展，气泡混合轻质土成为轻质材料的典型代表。
气泡混合轻质土是在原料土中按照一定的比例添加固化剂、水和气泡，经充分混合，搅拌后形成的轻质土材料。原料土可以是砂土、粉土、粘性土等；固化剂主要是水泥，起固结、加强土体骨架的作用；起泡剂主要是界面活性类、蛋白类、树脂类材料[4]。
轻质土的主要特点是密度比一般土体小，强度和密度可以调整，气泡的体积含有率大，导热系数小，耐震、隔热、隔音及抗冻融性好，便于施工，固化后可直立等[5]。
3.1轻质性：轻质土内分布着大量独立闭合的气泡，气泡膜是具有很强韧性的胶质物质，因此轻质土的密度要比常规土工材料小很多。通过改变原料土、固化剂和气泡等的配合比，其强度可以在300 ~ 1500kg/m3范围内调整。
3.2高强度性：与密度一样，通过改变固化剂和气泡之比，其强度可以在0.3 ~ 13MPa之间调整。
3.3透水性小：轻质土的透水性能试验结果表明，无论是非饱和状态还是饱和状态，透水系数均小于10-5cm/s。
3.4高流动性：通过泵压送的方法进行运送，最大运送距离可达1500m，最大泵送高度可达30m。
3.5导热性：轻质土中气泡的体积含有率大，导热系数小，具有良好的隔热性，可作为隔热保温材料。
3.6耐久性：轻质土属于水泥类材料，与高分子材料相比，其耐久性、耐热、抗油污能力和抗硫酸盐的腐蚀性要明显好于高分子材料。另外在疲劳荷载（105次）作用下，其无侧限抗压强度基本保持不变。
3.7施工性：可在狭小空间内进行回填施工；不需机械碾压施工；不需振捣；施工工期短。
3.8固化后的自立性：可垂直填土，具有自硬能力，达到设计所要求的龄期后，填土处于自立状态而使得作用于墙背的土压力非常小。
3.9可就地利用工程废弃土，降低土地资源稀缺地区的取土成本，具有良好的经济、社会、环境效益。
4.气泡混合轻质土的施工
4.1制作
气泡混合轻质土的制作如前文所述,在气泡的发生方式上由于后形成方式对气泡量的控制较为困难,所以一般采用的是预先形成气泡方式。在预先形成气泡的方式中,稀释液与压缩空气混合后在发泡装置中形成气泡群。气泡群与水泥浆经过机械的充分混合搅拌后,形成气泡混合轻质土。
4.2运输
气泡混合轻质土由于其独特性质，在运输过程中如果有过多的振动，气泡会发生消解，气泡量降低导致其流动性降低，最终降低施工质量。因此气泡混合轻质土不适宜用预拌混凝土车或翻斗车进行运输，建议采用泵管输送。
4.3模板安装
为了让气泡混合轻质土与下面的回填土很好的结合,首先必须对地基回填土进行整平、夯实。虽然气泡混合轻质土自立性很强、对两侧模板的挤压力不会太大,但模板的强度和稳定性在浇筑过程中必须得到有效的保障；壁板之间、壁板与地基之间接缝要严密,以防气泡混合轻质土溢出。为了防止壁板在浇筑过程中发生变形及上浮现象,应采用纵横肋进行加固,接头必须牢靠。
4.4浇注
浇注时要注意以下几点：一、不能在雨天施工，因为气泡遇雨会大幅消解；二、浇筑前要尽量保持地基表面的干燥，这是因为由于气泡混合轻质土一旦吸水，其容重就会加大从而降低其轻质性；三、施工过程中要避免过度振动，以保证气泡保持其独立细微而分布均匀的特性；四、浇筑时要分层浇筑，但每层浇筑厚度不能太薄，以免在施工过程中临空面增多,造成气泡损失率加大，同时也不能太厚以免由于自重太大产生压缩气泡和消解气泡的现象。
4.5养护、拆模
浇筑完成后为了防止由于急速干燥而产生裂缝,固化后需要加盖麻袋进行保护,如果浇筑完成但在固化前遇雨,需对气泡混合轻质土进行遮盖,避免淋雨。待气泡混合轻质土固结后,即可搭设脚手架进行人工拆除侧模,拆模时不得重撬、硬砸,以免损伤气泡混合轻质土面层。
5.结语
气泡混合轻质土技术应用范围不仅包括不良土处理，同时广泛涵盖道路加宽、桥台背填土、路堤填筑、寒冷地区道路隔热层、路面基层填充料,集新技术、环境保护、资源合理利用为一身,应用前景十分广阔。但是在公路、市政等施工规范对气泡混合轻质土的检测及验收尚无明确规定,应尽快补充完善、以便于以后更加规范的进行施工。■
【参考文献】
［１］王晓谋,袁怀宇.高等级公路软土地基路堤设计与施工技术（第一版）[M].人民交通出版社,2001．
［２］刘松玉.公路地基处理（第二版）[M].东南大学出版社,2009．
［３］汪双杰,张留俊,刘松玉,倪一鸿.高速公路不良地基处理理论与方法（第一版）[M].人民交通出版社,2004．
［４］陈忠平,王树林,邓江.气泡混合轻质填土新技术（第一版）[M].人民交通出版社,2004．
［５］李英姿.气泡混合轻质土在加固软土地基中的应用[J].岩土工程界,11(4).