泡沫輕質(zhì)土在道路工程中的應(yīng)用

□文/王永成

泡沫輕質(zhì)土在道路工程中的應(yīng)用

□文/王永成

文章主要介紹了新型填筑材料泡沫輕質(zhì)土的原理及其優(yōu)勢并結(jié)合其在津?yàn)I高速公路改擴(kuò)建工程中的具體應(yīng)用，研究了泡沫輕質(zhì)土路堤設(shè)計(jì)和施工工藝。

泡沫輕質(zhì)土；建筑材料；土路堤

泡沫輕質(zhì)土作為一種新型保溫材料，于2003年自日本引進(jìn)并在高速公路工程中逐步推廣應(yīng)用。所謂泡沫輕質(zhì)土，是通過物理方法將發(fā)泡劑水溶液制備成泡沫，用機(jī)械方式充分發(fā)泡，按照一定比例與必須組分（水泥基膠凝材料、水、細(xì)粒砂或砂性土等）均勻混合并經(jīng)物理、化學(xué)作用硬化形成的一種新型輕質(zhì)材料。該材料與水泥穩(wěn)定土類似，水泥是其形成強(qiáng)度的主要固化劑，亦可摻入石灰、粉煤灰及早強(qiáng)劑等外摻料。

1 泡沫輕質(zhì)土的優(yōu)勢

泡沫輕質(zhì)土是一種利廢、環(huán)保、節(jié)能、低廉且具有不燃性的新型建筑節(jié)能材料。泡沫輕質(zhì)土通常是用機(jī)械方法將泡沫劑水溶液制備成泡沫，再將泡沫加入到含硅質(zhì)材料、鈣質(zhì)材料、水及各種外加劑等組成的料漿中，經(jīng)混合攪拌、澆筑成型、養(yǎng)護(hù)而成的一種多孔材料。由于其含有大量封閉的孔隙，具有整體性、環(huán)保性、重量輕、強(qiáng)度高、低彈減震、抗震性好、施工方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以用于建筑物屋面找坡、保溫；泡沫混凝土砌塊在框架結(jié)構(gòu)中用作隔熱填充墻體或與薄鋼板制成復(fù)合墻板；補(bǔ)償?shù)鼗?、道路、橋梁、隧道、大型?gòu)筑物的填充層；公路護(hù)坡、路基、河岸、港口的擋土墻；制成輕質(zhì)假山、盆景、仿木材料等園林制品。

泡沫輕質(zhì)土在道路改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）輕質(zhì)性。泡沫輕質(zhì)土屬于氣泡狀絕熱材料，突出特點(diǎn)是在混凝土內(nèi)部形成封閉的泡沫孔，配制泡沫輕質(zhì)土?xí)r可通過增加泡沫量來實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)化?？梢哉f，輕質(zhì)性是泡沫輕質(zhì)土最基本的特性，其重度一般較細(xì)顆粒土低20%以上，因而非常適用于在軟弱地層上填筑土工結(jié)構(gòu)。幾種主要土建材料的重度比較見表1。

表1 幾種主要土建材料的重度 kN/m3

2）重度和強(qiáng)度可調(diào)節(jié)性。通過控制泡沫輕質(zhì)土各組成成分的比例（即調(diào)整配合比），可在一定范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)泡沫輕質(zhì)土的重度和強(qiáng)度，以滿足工程需要。泡沫輕質(zhì)土的重度一般可在5～12kN/m3調(diào)節(jié)；無側(cè)限抗壓強(qiáng)度可控制在0.3～13MPa。

3）良好的施工性。泡沫輕質(zhì)土在強(qiáng)度形成前具有較高的流動性，可通過管道泵送到指定地點(diǎn)，對施工空間要求較低。當(dāng)作為路基填筑的替代材料時(shí)，澆筑施工后不需要機(jī)械碾壓，施工便捷高效。良好施工性還體現(xiàn)在泡沫輕質(zhì)土基本可連續(xù)澆筑施工，無須在施工過程中進(jìn)行特別的養(yǎng)生處理。

4）良好的環(huán)保特性。泡沫輕質(zhì)土可大量采用粉煤灰等工業(yè)廢渣做原材料，促進(jìn)資源的循環(huán)利用。泡沫輕質(zhì)土屬無機(jī)材料，施作路基時(shí)不會對周圍環(huán)境、水體造成污染；同時(shí)，由于其特有的輕質(zhì)性，可減少路基建設(shè)用土，節(jié)省土地資源，避免過度挖掘?qū)Νh(huán)境造成的破壞，對保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境意義重大。

5）其他特性。泡沫輕質(zhì)土和水泥混凝土相似，具有耐熱、耐油污、耐水損害等耐久性。

2 泡沫輕質(zhì)土路堤設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)劃，津?yàn)I高速公路改擴(kuò)建工程某處將與機(jī)場鐵路下穿工程相交。為不影響機(jī)場鐵路下穿津?yàn)I高速公路盾構(gòu)施工，交叉位置不允許采用預(yù)應(yīng)力管樁或其他混凝土樁進(jìn)行軟基處理。為確保津?yàn)I高速公路的安全運(yùn)營，降低盾構(gòu)隧道施工對津?yàn)I高速公路路基、橋梁結(jié)構(gòu)的影響，決定在此位置將原設(shè)計(jì)在碎石褥墊層上施作的5%戧灰路基填土改為現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土，澆筑泡沫輕質(zhì)土至路床頂面。

2.1 泡沫輕質(zhì)土填筑高度設(shè)計(jì)

泡沫輕質(zhì)土在高速公路結(jié)構(gòu)中所處的位置見圖1。

根據(jù)荷載要求，重疊區(qū)路堤高度須滿足式（1）

式中：H1、H2、H3——分別為路面結(jié)構(gòu)層、泡沫輕質(zhì)土及常規(guī)填土厚度，m；R1、R2、R3——分別為路面結(jié)構(gòu)層、泡沫輕質(zhì)土及常規(guī)填土的平均重度，kN/m3。

根據(jù)高速公路設(shè)計(jì)，自原地面到路面頂面總高度為4.2m。路面結(jié)構(gòu)層平均重度R1=23kN/m3，泡沫輕質(zhì)土的重度R2=8kN/m3，常規(guī)填土的平均重度R3=18N/m3。

根據(jù)式（1）計(jì)算泡沫輕質(zhì)土填筑高度H2≥1.91m。為確保路基路面整體荷載，最終確定減載路段統(tǒng)一按2 m高度填筑泡沫輕質(zhì)土。

2.2 主要技術(shù)指標(biāo)

泡沫混合輕質(zhì)土是利用其輕質(zhì)性來減少軟基附加應(yīng)力的輕型填土技術(shù)，它的開發(fā)為公路等基礎(chǔ)建設(shè)的軟基處理提供一種新的技術(shù)手段，為確保泡沫輕質(zhì)土的質(zhì)量，其主要技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足表2的要求。

表2 泡沫混合輕質(zhì)土主要技術(shù)指標(biāo)

3 工程實(shí)施

3.1 配合比強(qiáng)度試驗(yàn)

1）采用10cm×10cm×10cm試塊。抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法同普通混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)方法，但要求壓力機(jī)采用小量程砂漿壓力機(jī)且強(qiáng)度結(jié)果不做尺寸折減。

2）試驗(yàn)以6塊試塊為一組，共做2組分別測定7d和28d齡期抗壓強(qiáng)度。7d齡期抗壓強(qiáng)度≥0.3MPa時(shí)，該配合比可作為施工配合比采用。

3.2 泡沫輕質(zhì)土施工

1）施工設(shè)備。應(yīng)采用壓縮空氣與發(fā)泡劑水溶液混合的方式生成泡沫，嚴(yán)禁攪拌發(fā)泡生成泡沫。泡沫輕質(zhì)土制作設(shè)備應(yīng)具有原材料自動計(jì)量功能，在拌和制作泡沫輕質(zhì)土?xí)r，應(yīng)能調(diào)節(jié)水泥（砂）漿或泡沫流量。材料計(jì)量精度應(yīng)滿足規(guī)范要求。設(shè)備單臺泵送能力≮50m3/h。

2）工藝流程。泡沫輕質(zhì)土由水泥漿和氣泡組成，在出料系統(tǒng)中混合最終形成泡沫輕質(zhì)土，見圖2。

3）施工要點(diǎn)

（1）防滲土工膜施工前，應(yīng)在碎石墊層表面先澆筑一層30cm左右厚的泡沫輕質(zhì)土。

（2）泡沫輕質(zhì)土應(yīng)分層澆筑，單層澆筑厚度應(yīng)控制在 0.5～1.0m。

（3）單個(gè)澆筑區(qū)澆筑層的施工時(shí)間應(yīng)控制在水泥(砂)漿初凝時(shí)間內(nèi)；上層澆筑層僅當(dāng)相鄰的下層澆筑層終凝后方能澆筑施工。

（4）應(yīng)盡可能沿澆筑區(qū)長軸方向自一端向另一端澆筑；如采用一條以上澆筑管澆筑時(shí)，則可并排地從一端開始澆筑或采用對角的澆筑方式。

（5）澆筑過程中，當(dāng)需要移動澆筑管時(shí)，應(yīng)沿澆筑管放置的方向前后移動，而不宜左右移動；如確需左右移動，則應(yīng)將澆筑管盡可能提出當(dāng)前已澆筑輕質(zhì)土表面后再移動。

（6）掃平表面時(shí)，應(yīng)盡量使?jié)仓诒３炙讲⑹節(jié)仓陔x當(dāng)前澆筑輕質(zhì)土表面盡可能低。

（7）盡量減少在已澆完尚未固化的輕質(zhì)土里來回走動。

（8）當(dāng)遇大暴雨或持續(xù)時(shí)間較長的小雨天氣，未固化的泡沫輕質(zhì)土表面應(yīng)采取遮雨措施，防止雨水消泡。

（9）應(yīng)在泡沫輕質(zhì)土填筑體頂部0.5～1.0m的位置設(shè)置2層φ2mm不銹鋼絲網(wǎng)，網(wǎng)眼規(guī)格不得超過10 cm。

3.3 泡沫輕質(zhì)土路基抽芯檢測

在津?yàn)I改擴(kuò)建工程中路基完工之后，路面施工之前，對泡沫輕質(zhì)土進(jìn)行了鉆孔取芯試驗(yàn)。鉆心取樣設(shè)置4個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)及附近各取3個(gè)芯樣，分別測試其重度和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 泡沫輕質(zhì)土抽芯試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，泡沫輕質(zhì)土成型固化后，其重度均＜8kN/m3，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均＞0.6MPa，均滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)鉆取芯樣的重度檢測結(jié)果，按最大平均重度6.1計(jì)算，路堤總荷載H1R1+H2R2+H3R3=55.3kPa＜60 kPa。證明在本工程采用泡沫輕質(zhì)土替換部分路基材料完全達(dá)到了減載的效果。

4 結(jié)論

由本工程的實(shí)際應(yīng)用表明：泡沫輕質(zhì)土在路基處理中使用具有較好地減載效果；泡沫輕質(zhì)土配比設(shè)計(jì)得當(dāng)時(shí)，具有較高的強(qiáng)度，完全可以替代上路床的施工；鑒于本工程實(shí)際應(yīng)用效果，泡沫輕質(zhì)土由于其重度和強(qiáng)度等的優(yōu)越性能，將具有良好的應(yīng)用前景。

U414

C

1008-3197（2011）03-49-03

2011-04-12

王永成/男，1972年出生，高級工程師，天津市公路處，從事道橋施工管理工作。