淺談泡沫混凝土在公路工程中的應(yīng)用

徐建坤，朱益軍，王 浩

XU Jiankun1，ZHU Yijun2，3，WANG Hao3

(1.麗水市50 省道蓮都段改建工程指揮部，浙江 麗水323006;2.浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州310006;3.浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江 杭州310012)

1 概 述

泡沫混凝土是輕質(zhì)水泥基質(zhì)的建筑材料。它采用物理方法將發(fā)泡劑制備成泡沫，再將泡沫按特定比例混入到攪拌均勻的水泥基漿以及外加劑和集料組成的混合料漿中，澆筑凝固成型的、含有大量均勻、封閉氣孔的輕質(zhì)微孔混凝土。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，公路工程對(duì)填筑材料的要求也越來越高。泡沫混凝土具有輕質(zhì)性、強(qiáng)度可調(diào)、高流動(dòng)性、固化后的自立性、低滲透性、保溫隔熱性、耐久性等優(yōu)點(diǎn)，近年來被大量應(yīng)用于軟基路堤、拓寬路堤和結(jié)構(gòu)物背部填筑，同時(shí)也在滑坡繞行回避、崩塌搶修、橋頭跳車病害等問題上得以應(yīng)用。因此，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益十分顯著［1-2］。

2 泡沫混凝土基本特性

泡沫混凝具有良好的性能，能夠適應(yīng)工程建設(shè)的多種需求，大致可體現(xiàn)為以下幾個(gè)方面:

2.1 輕質(zhì)且密度可調(diào)

泡沫混凝土干密度為300～1000 kg/m3，相當(dāng)于土石填料的1/5～1/3，水泥混凝土的1/6～1/3，且密度調(diào)整技術(shù)上簡(jiǎn)單易行。

2.2 強(qiáng)度可調(diào)性

泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度與干密度之間具有一定的線性相關(guān)性，通過調(diào)節(jié)水泥的摻量和氣泡率，使其可調(diào)，公路工程一般常用范圍為0.3～2.0 MPa。

2.3 高流動(dòng)性

泡沫混凝土具有良好的流動(dòng)性，可便于管道泵送，能實(shí)現(xiàn)數(shù)十高差條件下遠(yuǎn)距離輸送，有利于保證不規(guī)則空洞密實(shí)充填，適合現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工，與主體緊密結(jié)合。

2.4 自立性

泡沫混凝土以水泥為固化劑，水泥初凝后呈現(xiàn)為氣泡孔壁，表現(xiàn)出良好的自立性，構(gòu)筑成型后幾乎沒有側(cè)推力或土壓力，整體性好且便于垂直構(gòu)筑。

2.5 保溫隔熱、隔音及抗凍融性能

泡沫混凝土含有大量的氣泡，孔隙率可達(dá)40%～70%，導(dǎo)熱系數(shù)小，具有良好的保溫隔熱、隔音及抗凍融性能。

2.6 弱滲透性

現(xiàn)澆泡沫混凝土吸水率不高，均勻、獨(dú)立且細(xì)密的封閉氣泡及良好的整體性，使其具有一定的防水性能。

2.7 易風(fēng)化

泡沫混凝土主要由水泥漿體和孔徑為0.01～1 mm 的氣泡群組成，作為路堤填料時(shí)，表面不能直接暴露，必須采用包封措施，以避免雨水周期性浸潤(rùn)和風(fēng)干風(fēng)化導(dǎo)致的泡沫混凝土碎落和流失現(xiàn)象［3］。

3 公路工程中泡沫混凝土的應(yīng)用

3.1 公路工程中泡沫混凝土應(yīng)用分類

公路工程實(shí)際應(yīng)用中，泡沫混凝土填筑主要適用于軟土地基路堤填筑、結(jié)構(gòu)物臺(tái)背換填、拓寬路堤和用地受限路段等范圍。公路工程泡沫混凝土干密度多為300～660 kg/m3，強(qiáng)度約為0.5～1.5 MPa，主要采用純水泥漿和泡沫群混合而成，現(xiàn)場(chǎng)澆注施工十分方便、快捷，施工設(shè)備輕巧，搬運(yùn)方便，加上其固化之后有良好的自立性和耐久性，泡沫混凝土作為一種優(yōu)質(zhì)的填筑材料，在一些特殊工程中技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)尤為突出，其在容重和強(qiáng)度方面均能勝任軟土地區(qū)路堤填筑的工程適用性。具體應(yīng)用分類見表1。

表1 泡沫混凝土在公路行業(yè)應(yīng)用分類及其主要技術(shù)特性

3.2 泡沫混凝土應(yīng)用案例

3.2.1 人造硬殼層

人造硬殼怪技術(shù)見圖1。該技術(shù)適用于濱海深厚軟土地基的低矮路堤(填高低于2.5 m)。由于濱海區(qū)域地基十分軟弱，地表硬殼層非常薄弱，常規(guī)地基處理施工機(jī)械進(jìn)場(chǎng)頗為困難，而且針對(duì)低矮路堤采用專項(xiàng)地基處理也并不經(jīng)濟(jì)。而泡沫混凝土現(xiàn)澆具有硬化快，設(shè)備輕盈，進(jìn)場(chǎng)方便的特點(diǎn)，輕質(zhì)填筑的路堤不僅能為機(jī)械施工提供場(chǎng)地平臺(tái)，而且能有效降低路堤荷載重量，進(jìn)而降低了地基承載力要求，提升了路堤穩(wěn)定性，有利于軟土路堤工后沉降的控制［4］。目前，該技術(shù)已在樂清灣疏港公路等工程上取得了良好的試驗(yàn)應(yīng)用。

圖1 人造硬殼層技術(shù)

3.2.2 路堤滑塌搶險(xiǎn)

泡沫混凝土適用于路基大型崩塌、滑塌的快速應(yīng)急搶險(xiǎn)，圖2 為杭新景高速千島湖支線高路堤滑塌及其泡沫混凝土澆注修復(fù)的實(shí)施照片，塌方高度約16 m，搶修僅用了30 d 即恢復(fù)通車，從而體現(xiàn)了該技術(shù)的重大社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

圖2 路堤滑塌處治案例

3.2.3 滑坡上方輕質(zhì)路堤繞行

泡沫混凝土填筑體在滑坡體上方通過時(shí)，應(yīng)少占地，少破壞，路堤橫斷面的外立面宜采用直立式或組合臺(tái)階式，并將基礎(chǔ)落在穩(wěn)固的地基上。圖3 和圖4 為諸永高速公路臺(tái)州段K120 滑坡場(chǎng)地采用12 m 高的泡沫混凝土路堤在滑坡體上方穿繞而過的型式。該方案(表2)一方面結(jié)合滑坡體上方卸載、反壓坡腳，為輕質(zhì)高路堤提供了穩(wěn)固的地基平臺(tái)［5］;另一方面采用泡沫混凝土路堤直立填筑有效避免了橋頭高大錐坡和大體積填筑的加載效應(yīng)，為滑坡體處治提供了良好的工程技術(shù)條件。這樣不僅克服了土地征用政策處理難題，而且巧妙地實(shí)現(xiàn)了高路堤下方的滑坡體治理，有效保護(hù)了峽谷底部河道的河床橫斷面，順利保障了高速公路按期完成通車的目標(biāo)，并節(jié)省工程搶險(xiǎn)造價(jià)數(shù)百萬，使其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益頗受贊譽(yù)。

圖3 路堤滑塌處治

圖4 滑坡路段典型路基橫斷面

表2 諸永K120 高路堤泡沫混凝土方案與其他方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

3.2.4 空腔充填治理

泡沫混凝土具備輕質(zhì)，強(qiáng)度可調(diào)節(jié)性(工程上一般在0.5～1.5 MPa 范圍內(nèi)調(diào)節(jié))，同時(shí)兼具混凝土的流動(dòng)性、可充填性，其可利用成為一種良好的填充材料，并能廣泛應(yīng)用于隧道塌方、漏水封堵、孔洞充填、明洞地基處理等工程措施之中，同時(shí)可降低隧道二襯的結(jié)構(gòu)承載要求。

以溶洞“天坑”處治為例，黃衢南高速公路閩向K1478 +520 m 左幅地段曾發(fā)生路堤圓形塌陷，形成一個(gè)直徑8.3 m、深6.0 m 的圓柱形坑洞。見圖5。根據(jù)地質(zhì)資料分析，巖溶和地下水的作用促使路基底部土洞的形成和發(fā)展，導(dǎo)致路基突發(fā)性塌陷。為此制定了泡沫混凝土填埋坑洞的方案(表3)，快速恢復(fù)了高速公路通車，并取得了良好的成效。

圖5 溶洞誘發(fā)的“天坑”快速充填技術(shù)

表3 泡沫混凝土填料與其他材料技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比

4 結(jié)論與建議

泡沫混凝土的應(yīng)用為公路工程建設(shè)提供了一些新的技術(shù)手段，其在浙江省公路軟土路堤、拓寬工程、橋頭跳車治理、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防與治理工程、隧道空腔填充工程、溶洞與采空區(qū)回填、病害搶修與加固工程等諸多領(lǐng)域均展開了廣泛的工程應(yīng)用，取得了卓越的工程實(shí)效，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有廣闊的應(yīng)用前途。但是，隨著泡沫混凝土市場(chǎng)需求的增加，目前，各地各類廠家配制的泡沫混凝土質(zhì)量指標(biāo)參差不齊，甚至出現(xiàn)魚目混珠、以次充好的亂象，嚴(yán)重危害到公路工程的施工質(zhì)量，因而，泡沫混凝土在公路工程上的技術(shù)應(yīng)用亟待通過標(biāo)準(zhǔn)化加以規(guī)范和指導(dǎo)［6］。

［1]項(xiàng)小偉.軟土區(qū)域沿河路堤拓寬技術(shù)方案研究［J］. 交通建設(shè)與管理，2013(7):74 -773.

［2]陳敬洪.某工程軟土地基處理方案比選［J］. 山西建筑，2012，38(23):65 -66.

［3]龔曉南.地基處理技術(shù)發(fā)展與展望［M］. 北京:中國(guó)水利水電出版社，2004.

［4]王海能，王仲艷. 泡沫混凝土在公路工程施工中的應(yīng)用探索［J］.科技與企業(yè)，2013(4):176 -177.

［5]張宏偉，苗振云.泡沫混凝土在公路工程施工中的應(yīng)用［J］.科技致富向?qū)В?013(17):68 -71.

［6]盛壽橋.泡沫混凝土在公路軟土基中的應(yīng)用［J］. 公路交通科技:應(yīng)用技術(shù)版，2014(3):45 -49.