泡沫轻质土回填管道沟槽路面表层动力响应研究

市政道路下伏管道沟槽常采用土、砂子、碎石等传统散体材料回填,由于沟槽空间受限,压实度难以满足设计要求,管道破损渗漏或交通荷载作用下,容易造成路面开裂,甚至塌陷。泡沫轻质土具有轻质、高强、自密实、抗渗漏等特性,可以将其应用于管道沟槽回填工程。为了研究泡沫轻质土回填管道沟槽的路面动力响应特性,以振动加速度和动位移为动力响应指标,开展泡沫轻质土回填段和中砂回填段的路面动力响应现场试验。试验车速分别为20,40和60 km/h,车重分别为空载、半载、满载,共9种试验工况。研究结果表明,泡沫轻质土回填区段测点振动加速度最大值、动位移最大值分别为31.93 mm/s^(2)、6.23μm,而中砂回填区段分别为35.79 mm/s^(2)、6.90μm。振动加速度峰值、动位移峰值均随车重、车速的增加而增大。车重由空载变为满载时,泡沫轻质土回填区段测点动位移峰值变化幅度仅为中砂回填区段测点的15.2%~51.0%;车速由20 km/h增加至60 km/h时,动位移峰值变化幅度为中砂回填区段测点的16.8%~66.8%。泡沫轻质土回填区段振动加速度峰值衰减率、动位移峰值衰减率分别为中砂回填区段的1.16~1.38倍及1.15~1.33倍,削减了沟槽回填区段路面测点振动的高频和低频成分,泡沫轻质土回填区段整体刚度较好,减振效果良好。研究成果可为泡沫轻质土回填管道沟槽的设计施工提供参考。

泡沫轻质土和砂土回填管道沟槽动力响应数值模拟对比分析

市政道路下覆管道回填区采用砂土等散体材料回填时,控制压实度是施工的关键技术难题之一。引入泡沫轻质土作为管道沟槽回填区材料能较好地解决回填压实度低的问题。为了研究回填管道沟槽泡沫轻质土的动力特性,结合某市政道路回填段行车激励现场试验,沿行车线路横向路面布设8个监测点,建立管道-回填区-路基路面三维动力模型,并施加不同工况下的三轴货车行车荷载激励,数值模拟结果与现场监测点实测数据对比验证了模型的可行性。运用此模型对泡沫轻质土、砂土回填区段的路基路面、管道外壁动力响应及路基工作区深度展开对比分析。结果表明:1)泡沫轻质土回填区沿深度方向动应力峰值衰减率、振动加速度衰减率分别为砂土回填区段的1.63~1.93倍及2.13~3.7倍。2)车重由空载变为满载时,泡沫轻质土回填区和砂土回填区管顶动应力峰值分别增加18.03 kPa和17.86 kPa,说明在回填区上行驶重型车辆时会导致埋地管道振动显著增加。3)泡沫轻质土、砂土回填区管顶和靠近行车一侧动位移峰值比例分别为1.31、1.96,泡沫轻质土回填区管道外壁动位移峰值分布较砂土回填区更加均匀。4)采用泡沫轻质土回填时路基动敏感区和动影响区深度分别为砂土回填的0.68~0.78倍、0.77~0.79倍,对路基稳定性有利。研究结果可为泡沫轻质土在市政道路管道沟槽回填中的相关应用提供参考。

掺加粉质黏土的泡沫轻质土材料性能试验研究

为解决工程弃土再利用难题,在泡沫轻质土中掺加了粉质黏土,通过试验分析粉质黏土掺量、湿密度、养护龄期、泡沫掺量对泡沫轻质土材料流值、抗压强度的影响。采用扫描电镜试验观察泡沫轻质土微观结构,分析宏观性能与微观结构的关系。结果表明:水固比相同时,泡沫轻质土的流值随粉质黏土掺量的增加而减小;相同土掺量下,流值随初始湿密度的增大而增大;合理控制粉质黏土掺量和初始湿密度以便施工具有良好的流动性和稳定性;水固比为0.75时,粉质黏土掺量增大,泡沫轻质土的流值减小,在50%掺量下湿密度为700 kg/m^(3)和800 kg/m^(3)轻质土仍表现出较好的流动性;抗压强度随粉质黏土掺量增加而逐渐降低,随初始湿密度增大而增大;当粉质黏土掺量为33%、水固比为0.75时,湿密度为700 kg/m^(3)和800 kg/m^(3)轻质土7 d抗压强度均超过1.0 MPa,满足路基路床部位施工要求;泡沫掺量的增加引起泡沫轻质土湿密度、流值及抗压强度的降低,增加了内部孔隙率;观察微观结构发现,气孔完整独立、分布均匀、孔壁厚度大、形状为球形等良好气孔结构会增强泡沫轻质土结构密实度;粉质黏土掺量和泡沫掺量增加影响气孔完整性,导致泡沫轻质土宏观性能变差。

大掺量石灰石粉泡沫轻质土的制备及其性能研究

利用石灰石粉替代部分水泥制备的泡沫轻质土可用作路基的填充材料,达到减小地基的沉降量和附加应力的目的。研究表明:在普通泡沫轻质土体系中,随着石灰石粉掺量增加,泡沫轻质土的流值和强度均逐渐降低,配制设计强度为1.0 MPa的泡沫轻质土,石灰石粉掺量不宜超过20%;而在高性能泡沫轻质土体系中,采用水固比为0.4,减水剂掺量0.2%,且减水剂与泡沫剂具有良好的相容性,石灰石粉的掺量可以达到40%。泡沫轻质土中掺入石灰石粉有利于泡沫的分散,不易形成大孔,大于0.5 mm大孔少,多数孔径在0.2 mm以下,孔径大小不均;孔形呈球状,连通孔少,多为单独的孔。大掺量石灰石粉泡沫轻质土样品的水化产物中C-S-H、CH、AFt和单碳水化铝酸钙C_(3)A·CaCO_(3)·11H_(2)O特征峰明显,石灰石粉具有早期加速水泥水化的作用。

泡沫轻质土在高速公路改扩建工程路堤抬升段中应用的数值模拟

在我国高速公路改扩建工程中,由于新旧标准的差异,导致出现了纵断面抬升的路段,该路段不仅需要考虑拼宽路基的沉降问题,还需要考虑抬升的附加荷载作用在老路基所产生的附加沉降影响。本研究以江苏某高速公路改扩建工程为实例,阐述了泡沫轻质土置换老路的厚度计算方法,运用有限差分软件建立填土和泡沫轻质土拼宽改造的数值模型,对比分析了泡沫轻质土改造后地基土的沉降和变形的特征,发现泡沫轻质土引起的地基土的塑性增量较小,塑性变形增量区域较小,并探讨了泡沫轻质土路堤施工质量的控制要点和注意点,为软土地基中的高速公路的改扩建工程提供一套控制差异沉降的设计和施工方法。

基于X-CT扫描技术的泡沫轻质土孔结构分析

为研究泡沫轻质土内部孔隙三维空间分布状态和形态特征,采用X射线计算断层扫描技术(X-ray computed tomography,X-CT)获取了3种湿密度等级泡沫轻质土孔结构,并进行定量分析。基于混合高斯模型,通过解卷积确定孔相和固相灰度阈值,根据阈值将灰度图像划分为孔和固体两相材料,定量表征孔隙率、孔径、球度和孔隙形态等孔结构特征参数。将孔结构特征参数与强度进行关联分析,结果表明:随着泡沫轻质土的湿密度增大,孔径分布更加均匀,平均孔径降低,球状孔隙增多,导致泡沫轻质土应力分布更加均匀,抵抗外部荷载能力更强,整体强度更高。

掺加黏土的固废基泡沫轻质土强度和耐久性研究

为减小工程造价和环境污染等问题,采用电石渣、石膏和矿渣固废全部替代水泥制备了泡沫轻质土,研究黏土掺量对固废泡沫轻质土耐久性的影响。研究结果表明:当黏土掺量由0%提高到45%时,试样7 d的抗压强度由2.16 MPa降至0.58 MPa,28 d劈裂抗拉强度由0.73 MPa降至0.18 MPa;干湿循环10次后,当黏土掺量分别为0%、25%和35%时,试样抗压强度分别为2.06、1.28和0.62 MPa;当黏土掺量为45%时,冻融循环10次后的试样被完全破坏。养护前7 d,所有试样收缩应变增幅较大,应变范围为1523×10^(-6)~1932×10^(-6)。黏土掺量为25%~35%时,相较于黏土掺量为45%的泡沫轻质土收缩性的改善更明显。该研究建议泡沫轻质土作为路床填料时,黏土掺量小于25%,路堤填料黏土掺量小于35%。

局部竖向受荷条件下泡沫轻质土极限承载力研究

为了揭示泡沫轻质土的承载特性及破坏特征,开展了局部加载条件下泡沫轻质土承载试验,考虑泡沫轻质土湿密度、龄期、加载位置等参数变化,测试得到了泡沫轻质土荷载-位移曲线和破坏模式。结果表明,在受竖向局部荷载作用时,泡沫轻质土呈现类似地基的“弯沉盆”式变形规律。当加载点位置不同时,试件的承载能力及破坏模式都有较大的变化,呈现出局部剪切破坏或直剪破坏。基于试验结果,在Terzaghi地基承载力理论公式的基础上,构建了泡沫轻质土极限承载力计算公式。

河道淤泥气泡混合轻质土动力特性及本构模型研究

河道淤泥气泡混合轻质土(FMLSS)是一种较新颖的疏浚淤泥在工程领域废物再利用方式。利用室内动三轴试验分析了不同的围压、含水率、水泥掺入量和气泡含量条件下FMLSS动应力应变骨干曲线的变化规律。结果表明,FMLSS动应力应变骨干曲线呈现先线性增加然后逐渐趋稳的规律,符合双曲线模型;相比围压、含水率和气泡含量的影响,水泥掺入量对FMLSS动应力应变关系的影响更显著。考虑到FMLSS力学性质的复杂性,对原有Hardin-Drnevich模型进行改进,提出修正系数k及其函数表达,再由拟合曲线反推求出k值并对其变化规律进行分析,发现k值随围压、水泥掺入量和气泡含量的增加而减小,随含水率的增加而增大。根据拟合结果对k值函数中的待定系数进一步优化,最后建立起符合FMLSS动力特性的修正Hardin-Drnevich模型,为其稳定分析、灾变预测及工程应用提供支撑。

碱渣泡沫轻质土路基的施工方法及抗压强度测试

碱渣是氨碱法生产纯碱时产生的废渣,其大量堆积会污染环境。利用原状碱渣制备碱渣泡沫轻质土,并将其用作连云港至宿迁高速公路徐圩—灌云段的路基填料;优化施工方案,提出碱渣泡沫轻质土路基的施工方法;测定抗压强度,并将其与设计值及规范值进行对比。研究表明,碱渣泡沫轻质土的施工方法简单,抗压强度符合设计及规范要求。碱渣泡沫轻质土可替代传统泡沫轻质土,达到节约水泥、减少碳排放和降低工程造价的目的,具有广阔的应用前景。

水泥基气泡轻质土冻融耐久性的研究

气泡轻质土作为一种新型材料因其具有轻质性、自密实、保温等优良特性,在寒区路基工程中有更加广泛的应用趋势。为了降低气泡轻质土的工程造价、充分利用当地资源,分别采用0%、20%、30%、40%粉质黏土和10%的粉煤灰替代部分水泥制备水泥基气泡轻质土,并开展了500 kg/m~3、600 kg/m~3、700 kg/m~3、800 kg/m~3湿密度下水泥基气泡轻质土的冻融耐久性试验。评价了不同粉质黏土掺量和湿密度对水泥基气泡轻质土冻融耐久性的影响。结果表明:(1)从质量损失率分析,掺量为20%、30%试件的质量损失率相对较小,冻融耐久性较好。(2)通过相对动弹模损失量分析,粉质黏土掺量40%和湿密度为500 kg/m~3试件的冻融耐久性较差,不宜使用。因为粉质黏土消耗了水泥水化作用需要的水分,且泡沫越多,试件内部越稀疏。(3)建立了以冻融循环次数、粉质黏土掺量为因子的相对动弹性模量预测模型公式,该模型验证结果较好且公式结构简洁,便于应用到实际工程中。

泡沫轻质土在既有公路改扩建工程中的应用

依托京沪高速公路新沂至江都改扩建工程,在路桥过渡段及一般纵断面抬升路段大规模采用泡沫轻质土进行路基帮宽,阐述泡沫轻质土的性能及施工特点,结合数值模拟手段,探究高速公路改扩建工程中泡沫轻质土帮宽路基与软土地基处理后的沉降变形特性,验证帮宽路基及路桥过渡段采用泡沫轻质土作为填料的适用性。

大掺量CFB灰基泡沫轻质土疲劳特性研究

采用循环流化床灰(CFB灰)对泡沫轻质土进行大掺量改良,可以实现改善泡沫轻质土性能和降低工程造价的双重统一。研究以山西吕梁国峰电厂生产的CFB灰为研究对象,在前期研究基础上,通过四点弯曲小梁疲劳试验对大掺量CFB灰基泡沫轻质土的疲劳特性进行研究。研究结果表明:影响大掺量CFB灰基泡沫轻质土疲劳寿命的一个显著因素是应力比,二者呈负相关关系;疲劳寿命结果服从威布尔分布,离散性较大,且随着应力比的增大,离散性表现得越明显;相比较于传统水泥基泡沫轻质土,CFB灰的掺入,可以增加泡沫轻质土的疲劳寿命,提高其抗疲劳性能。

拜耳赤泥基泡沫轻质土流变特性及其调控方法

泡沫轻质土因其轻质、高强、流动性好、施工效率高的优点成为解决交通领域不均匀沉降等路基病害问题的有效材料.拜耳赤泥替代水泥制备成为赤泥基泡沫轻质土并应用于交通工程建设中,可获得巨大的工程价值和生态效益.本研究针对赤泥基泡沫轻质土工程适用性问题,开展了赤泥基泡沫轻质土流变性能调控方法研究,揭示了水胶比、减水剂对赤泥基泡沫轻质土流变特性、抗压强度的作用规律.试验表明,萘系减水剂对改善新拌浆液流动性能最为显著,水胶比0.5~0.6的流动度介于165~212 mm有利于现场浇筑;掺杂质量分数0.3%的萘系减水剂在水胶比0.5时可将流动度由165 mm增加至176 mm.水胶比的增加使抗压强度呈现先升高后降低的趋势,聚羧酸减水剂对抗压强度具有削弱作用,而萘系减水剂可提升抗压强度,最终确定了水胶比和减水剂的最佳设计值.

大掺量钢渣微粉-水泥泡沫轻质土的性能

【目的】提高钢渣利用率,实现部分钢渣替代水泥制备钢渣微粉-水泥泡沫轻质土,制备更加经济型的高性能泡沫轻质土。【方法】采用抗压强度、抗硫酸盐腐蚀等试验研究不同钢渣微粉掺量(质量比,下同)、水灰比(质量比,下同)、湿密度等泡沫轻质土物理力学特性及耐久性。【结果】随着钢渣微粉掺量的增加,泡沫轻质土抗压强度降低,吸水率增大,沉陷距减小;随着水灰比增大,泡沫轻质土吸水率、流值、沉陷距增大,抗压强度呈现先增后减的趋势,水灰比为0.7时,龄期为7、28、60 d的抗压强度达到最高,分别为0.68、0.90、1.28 MPa;随着湿密度的增大,抗压强度和流值增大,吸水率减小,沉陷距增大;施工湿密度为600 kg/m^(3)、水灰比为0.70、钢渣微粉掺量为50%时,泡沫轻质土水稳定系数为0.852,冻融稳定系数为0.752,28 d抗压强度可以达到0.90 MPa。【结论】钢渣微粉和碱性激发剂的掺入,能够有效提高钢渣利用率,同时减少水泥使用量;掺量为50%的钢渣微粉-水泥泡沫轻质土的力学性能得到保障。

循环流化床粉煤灰基泡沫轻质土的制备及其耐久性研究

为促进循环流化床粉煤灰(CFBFA)、赤泥(RM)等固废实现大宗消纳,以其为主要原料辅以钢渣(SS)、脱硫石膏(DG)制备了循环流化床粉煤灰基泡沫轻质土(CBFLS),分析了浆体的流动度和CBFLS力学性能,通过吸水率、干湿循环、冻融循环和抗硫酸盐侵蚀的实验测试其耐久性,通过醋酸溶液浸出实验评估其环境安全性。结果表明,当原料配比m(CFBFA)∶m(RM)∶m(SS)∶m(DG)=47.5∶28.5∶19∶5时,900 kg/m^(3)的试块7、28 d强度分别为1.28、1.45 MPa,可以满足路床部位施工要求。CBFLS耐久性良好,并且可以有效固化Na+和其他重金属离子,浸出结果符合GB 5749—2022《生活饮用水卫生标准》的要求。

浅谈轻质填料在路基中的应用

为减少路基沉降,通常采用轻质填料填筑路堤,其中常用的填料有粉煤灰、土工泡沫塑料和泡沫轻质土。通过工程实例,介绍了这3种填料在路堤中的填筑方法,并结合不同路堤高度、不同填料的工后沉降量及工程造价,对工程设计方案进行了比选。

基于足尺模型试验的泡沫轻质土加筋路堤变形研究

泡沫轻质土及土工格栅在治理山区软土路基病害中均有重要作用,得到了广泛的应用。单独应用泡沫轻质土存在很大的局限性,将泡沫轻质土与土工格栅的优势结合起来,对泡沫轻质土加筋路堤变形进行研究,对公路工程有着重要的意义。通过开展足尺模型试验,对泡沫轻质土路堤及泡沫轻质土加筋路堤变形进行研究,结果表明:使用泡沫轻质土加筋路堤比普通泡沫轻质土路堤可以减小沉降,也更有效地减小路基土压力,同时有助于基底土压力扩散,解决基底应力分布不均匀问题。因此,采用泡沫轻质土加筋路堤可以提高软土路基承载力,增强路基的稳定性。

泡沫轻质土在铁路临时管涵封堵中的应用

用泡沫轻质土对铁路临时涵管进行封堵,以某铁路车站路基的DK155+696临时涵管封堵施工为案例,通过封堵方案比选、泡沫轻质土施工过程以及施工质量控制要点等方面的介绍,分析比较泡沫轻质土和C20混凝土的性能和经济性指标。结果表明:泡沫轻质土在铁路临时管涵封堵中的应用效果良好,同时能够进一步提高工作效率和节省投资。

泡沫轻质土流变参数研究

配制不同密度等级泡沫轻质土,采用布氏粘度计法测试净浆及泡沫轻质土流变参数,研究泡沫对浆体流变行为影响规律。结果表明:泡沫轻质土流变行为同样符合宾汉姆流体特征。泡沫的引入主要影响浆体在低速剪切阶段表观粘度。随着泡沫掺量的增加,浆体的屈服应力明显增大,而塑性粘度先明显减小而后趋势放缓。其中塑性粘度与泡沫轻质土流动度关联性较大,可用于新拌泡沫轻质土工作性评估。