轻质泡沫土应用于地铁上部地基减载

轻质泡沫土应用于地铁上部地基减载

伍冠东

广州大学土木工程学院广州510006

摘要：现今地铁高速发展遍布城市，时常不可避免的要在其上方修建道路工程.道路结构层的荷载势必会超过原覆土荷载，在地铁上方施工时必须采取相应的措施，以减小其上部的附加荷载。本文着重介绍应用轻质泡沫土技术对地铁上部地基进行减载，以期为今后类似工程提供借鉴。

关键词：地铁泡沫轻质土道路附加荷载减载工程

1.前言：

随着城市地铁隧道的开发与利用，带动了沿线地区的经济建设，各项交通路线也围绕地铁路线展开建设，势必造成路桥等工程越来越靠近甚至交汇于地铁隧道上方。原有土体过厚以及基坑开挖卸荷都会导致周围土体产生附加应力，进而在旁边既有隧道外壁上产生附加荷载，过大荷载会影响隧道结构的稳定，从而影响地铁列车的正常运营。若在其上方修建道路工程.道路结构层的荷载势必会超过原覆土荷载，在地铁上方施工时必须采取相应的措施，以减小其上部的附加荷载。

2.泡沫轻质土性质：

泡沫轻质土作为换填材料的一种，是指用物理方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，与必须组分水泥胶凝材料、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、化学作用而硬化形成的一种轻质材料，它具有轻质性(常用泡沫混凝土的密度等级为300～1200kg／m3)、强度特性和施工方便等优点。

1)轻质性容重可控制在5～15kN/m3，其无侧限抗压强度与容重之间的关系如图1所示。

2)密度和强度可调节性根据不同材料的组成用量和气泡率，按工程需要调整密度和强度。

3)良好的施工性采用管路泵送方式现浇，可在狭小空间浇筑、自流平、自硬化、无需碾压或振捣。

4)硬化性能好硬化后可自立，可垂直填筑。

5)耐久性好泡沫轻质土属于水泥类材料，与聚苯乙烯泡沫相比，具有更好的耐久性。

6)良好的环保特性对环境无污染，且可利用粉煤灰等工业废渣。

由于泡沫轻质土的优良特性，具有明显的轻质性，能有效减少地基附加应力。因此在减小地铁附加荷载的工程中应用广泛。

3.地基减载原理及方法：

既有建筑的改造通常会增加上部荷载，上部荷载的增加对地基基础承载能力提出了更高要求。规范中提出了扩大基础截面、锚杆静压桩、数根桩、坑式静压桩、石灰桩、注浆等地基基础加固方法，这些技术均采用了提高抗力的方法承受既有建筑上部更多的荷载。由于既有建筑的存在，施工空间狭小，提高抗力的这些方法实施难度很大，造价很高。因此，提出用减小基础上的土重量抵消既有建筑改造中增加的上部荷载方法，达到减小基底压力提高幅度甚至保持基底压力不变、实现降低既有建筑地基加固的难度或不加固地基的目的。

根据规范，轴心荷载作用下，基础底面的压力与地基承载力间应满足式（1）的规定，而基础底面的平均压力应按式（2）计算。

（1）

（2）

式中：Pk为相应于作用的标准组合时，基础底面处的平均压力值（kPa）；fa为修正后的地基承载力特征值（kPa）；Fk为相应于作用的标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力（kN）；Gk为基础自重和基础上的土重（kN）；Ａ为基础底面面积（m2）。

从式（１）中可以看出，无论既有建筑如何改造，只要基底压力Pk保持不变，地基基础即不需加固，而既有建筑改造中，上部荷载通常会增加，即增加了式（２）中上部结构传至基础顶面的竖向力Fk，如若保持Pk不变，减小基础上的土重Gk即可，当减小的基础上土重量不小于上部结构增加的荷载时，基底压力就不会增加，也就无需加固地基了。

对于采用框架结构、独立基础、地面下无外墙的既有建筑，可采用轻质泡沫土充填挖除基础上土的空间，通过换填轻质泡沫土可以达到减载的目的。对于地面下无外墙的既有建筑，换填轻质泡沫土还可起到免加挡土墙和降低造价的目的。

4.研究以及应用现状

泡沫轻质土技术最早由广东冠粤路桥有限公司于2003年从日本引进。该技术自引进以来,已在广东省中江高速公路多个软基桥台台背、京珠高速公路广珠段道路扩建等工程领域得到了成功应用。广州新光快速路在番禺区部分路段与广州地铁三号线重叠。重叠区位于新光快速路第五标段三枝香水道以南三枝香大桥引道处。由于地铁建设先行,为确保地铁隧道结构的安全,要求重叠区新光快速路路堤荷载不超过60kPa,如不做任何处理,实际路堤部分路段荷载将达90kPa以上。为满足荷载要求,需要对路堤进行减荷处理;设计上则采用了泡沫轻质土堤。应监理和业主要求,新光快速路泡沫轻质土工程于2005年7月份路面施工前进了抽芯检测。测试结果表明,气泡混合轻质土成型固化后,其容重和强度均满足设计要求。根据抽芯检测结果,按平均容重6.0kN/m3计算：

路堤总荷载H1R1+H2R2+H3R3=55.1kPa<60kPa

计算满足要求,说明气泡混合轻质土应用于地铁隧道减荷在技术上是完全可行的,这为类似工程提供了一种全新的技术手段。

在上海前滩地区地铁上方道路的施工中，由于采用了泡沫轻质土进行路基换填，不仅实现了附加荷载为零的目标.而且也符合设计对附加荷载的特殊要求。ES4单元(前滩地区)位于世博后滩拓展区和耀华路地块的南段，北起川杨河，南至中环线华夏西路，东至济阳路，西至黄浦江，总面积283.15hm2。该区域内共有28条规划新建道路、3座跨河桥梁。目前，已在该地块内的东方体育中心南段建成了1处三线换乘车站，其线路分别为地铁6号线、8号线和11号线。位于地铁上部的新建道路主要有纬七路、高青西路、海阳西路、东育路和经八路。在上部荷载“尽可能维持原状、保持平衡”的原则下，地铁工程范围内的上方道路路基需要进行换填。其常规的换填材料包括填土、粉煤灰、水泥混凝土和泡沫轻质土等。经过对比，该工程决定采用泡沫轻质土换填，其密度为5kN／m3，抗压强度0.4MPa。换填厚度O.60～4.87m。该工程施工完毕后.经测定，满足地铁隧道上附加荷载为零的要求，同时由于采用泡沫轻质土，不仅施工速度快，对环境无污染、无破坏，而且节省了土地资源，优势明显，具有良好的推广价值。

5.研究现状总结

通过上面的实例分析可以得出，利用泡沫轻质土对地铁上部地基进行减载具有效果优良，节能环保，节约成本等优点。为今后类似工程提供了很好的借鉴。然而，现阶段对于利用泡沫轻质土减少地铁附加荷载的应用研究以及施工措施正朝着更高要求、更加实用的方向发展。但对于大厚度原有土体利用泡沫轻质土换填的研究和发展的程度还有待于拓展与加深。

参考文献：

[1]陈忠平,王树林,邓江.气泡混合轻质填土新技术[M].北京:人民交通出版社,2004.

[2]陈忠平,王树林.气泡混合轻质土及其应用综述[J].中外公路,2003,23(5):118-120.

[3]姚泓.发泡轻质土在地铁上方道路工程中的应用[J].市政技术,2013,31(6).

[4]黄月华.气泡混合轻质土在地铁隧道减荷中的应用[J].广东交通职业技术学院学报,2008,7(1).

[5]姜伟军.轻质泡沫土在规划地铁上方填筑施工中的应用[J].建筑施工,2016,38(7):950-95

[6]薛玮,梁耀哲.减载法在既有建筑改造加固地基中的应用[J].华北地震科学,2016,34(B07):67-69.