超大體量泡沫混凝土在軟土地區(qū)新建高速公路路基施工中的應(yīng)用

林成龍 黃繼偉 柯 銳 黃承金

中建三局第三建設(shè)工程有限責(zé)任公司 上海 200331

泡沫混凝土具有輕質(zhì)性、高流動(dòng)性、低滲透性、固化后的自立性、耐久性等物理力學(xué)特性，是良好的輕質(zhì)建筑材料，已在公路改建、拓寬、橋臺(tái)等施工中應(yīng)用，但應(yīng)用體量較小。浙江省臺(tái)州灣大橋及接線工程地處東南沿海，水系發(fā)達(dá)，軟土地基普遍，為了減少路基不均勻沉降，滿足高速公路建成運(yùn)營(yíng)期行車(chē)舒適安全的要求，根據(jù)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，全線路基進(jìn)行了超大體量的泡沫混凝土換填處理[1-6]。本文結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際，總結(jié)軟基地區(qū)新建高速公路超大體量泡沫混凝土路基換填的施工工藝、過(guò)程質(zhì)量控制要點(diǎn)，為相關(guān)工程項(xiàng)目提供參考。

1 工程概況

浙江省臺(tái)州灣大橋及接線工程全長(zhǎng)102.38 km，泡沫混凝土換填總量565 000 m3，為全國(guó)同類工程換填量最大的項(xiàng)目之一。

其中第一合同段TS01標(biāo)段全長(zhǎng)4.2 km，為雙向六車(chē)道高速公路，設(shè)計(jì)行車(chē)速度100 km/h，路基寬度33.5 m，涉及泡沫混凝土換填路基長(zhǎng)度1 325 m，換填深度1～3 m，換填工程量41 576 m3。

2 超大體量泡沫混凝土施工特點(diǎn)

與小體量泡沫混凝土應(yīng)用相比，超大體量的泡沫混凝土應(yīng)用在材料要求、機(jī)械選擇、施工工藝等方面具有以下特點(diǎn)。

2.1 材料要求

公路工程超大體量泡沫混凝土對(duì)輕質(zhì)、流動(dòng)性、強(qiáng)度、耐久性等技術(shù)特性要求較高，同時(shí)需要考慮工藝簡(jiǎn)單及經(jīng)濟(jì)性，因此原材料與小體量泡沫混凝土相比，需要滿足以下要求。

2.1.1 水泥

水泥宜采用硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)為42.5級(jí)以上，除應(yīng)符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)滿足泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度、流動(dòng)度及氣泡穩(wěn)定性的要求。

2.1.2 發(fā)泡劑

發(fā)泡劑宜采用合成類高分子表面活性劑，其外觀應(yīng)均勻透明，原料對(duì)環(huán)境無(wú)不良影響。其產(chǎn)生的泡沫大小應(yīng)均勻細(xì)密，直徑小于1.0 mm。同時(shí)發(fā)泡劑稀釋倍數(shù)≥60，發(fā)泡倍數(shù)≥ 20，產(chǎn)生的氣泡泌水率低且互不連通。

2.1.3 混合料

路面底面以下0.3～1.1 m，混合料的干容重不大于6.5 kN/m3，宜控制在5.5～6.5 kN/m3，泡沫混凝土28 d抗壓強(qiáng)度≥ 1.0 MPa，流動(dòng)度為180 mm±20 mm。

路面底面以下超過(guò)1.1 m，混合料的干容重不大于5.5 kN/m3，宜控制在4.5～5.5 kN/m3，泡沫混凝土28 d抗壓強(qiáng)度≥ 0.7 MPa，流動(dòng)度為180 mm±20 mm。

當(dāng)換填深度為1.0 m時(shí)，混合料的干容重應(yīng)不大于6.5 kN/m3，宜控制在5.5～6.5 kN/m3，泡沫混凝土28 d抗壓強(qiáng)度≥1.0 MPa，流動(dòng)度為180 mm±20 mm。

2.2 機(jī)械設(shè)備

機(jī)械設(shè)備的選擇對(duì)于施工質(zhì)量的保證起著重要作用。傳統(tǒng)房建工程的小體量泡沫混凝土施工，往往采用單獨(dú)的發(fā)泡攪拌機(jī)、泡沫混凝土輸送泵、輸送管組合在一起使用。而高速公路的超大體量泡沫混凝土，一方面因里程長(zhǎng)需要更遠(yuǎn)的輸送距離；另一方面因體量大需要較快的生產(chǎn)及施工速度。此外對(duì)施工質(zhì)量及操作性具有更高的要求，因此需要采用智能型輕質(zhì)泡沫混凝土生產(chǎn)及施工一體設(shè)備。該設(shè)備生產(chǎn)及施工速度可達(dá)90～120 m3/h，輸送距離可達(dá)500～1 000 m，滿足了施工速度及輸送距離的要求，同時(shí)智能型的特點(diǎn)很好地保證了施工質(zhì)量且易于操作。

工程選擇全自動(dòng)輕質(zhì)土生產(chǎn)設(shè)備（HPCC-1000）、智能型輕質(zhì)泡沫混凝土設(shè)備（HH-100）及全自動(dòng)輕質(zhì)土泡沫工作站（MNT-QZDGZZ-100）配合使用，很好地保證了施工質(zhì)量。

2.3 施工工藝

小體量泡沫混凝土一般采用小型機(jī)械配合人工澆筑，且分層厚度較薄，一般僅為10 cm一層，同時(shí)，施工質(zhì)量也易于保證。

超大體量泡沫混凝土如仍采用小型機(jī)械配合人工施工方法，則工期過(guò)長(zhǎng)無(wú)法滿足要求，同時(shí)分層厚度達(dá)0.3～0.8 m，局部為1.0 m，無(wú)法保證質(zhì)量要求。因此，超大體量泡沫混凝土施工需要采用全自動(dòng)智能化一體設(shè)備。

3 超大體量泡沫混凝土換填施工工藝

3.1 施工工藝流程

測(cè)量放樣→基坑開(kāi)挖→基底壓實(shí)及檢驗(yàn)→鋪設(shè)防滲土工織物→安裝模板→泡沫混凝土生產(chǎn)→泡沫混凝土分層澆筑→養(yǎng)護(hù)→施工級(jí)配碎石隔離層

3.2 基坑開(kāi)挖及檢測(cè)

測(cè)量放出開(kāi)挖邊線后，采用挖機(jī)開(kāi)挖基坑，開(kāi)挖至換填基底標(biāo)高以上5 cm位置，同時(shí)保證基底寬度不小于設(shè)計(jì)值，邊開(kāi)挖邊做好基坑排水設(shè)施，禁止車(chē)輛在路基邊緣附近行駛，注意保護(hù)好原有路基不受擾動(dòng)。

自重18 t壓路機(jī)振動(dòng)碾壓，根據(jù)基底換填深度最低處所在的路基壓實(shí)區(qū)域?qū)?yīng)保證其壓實(shí)度。

基底壓實(shí)檢測(cè)合格后按照設(shè)計(jì)要求鋪設(shè)防滲土工織物，沿著中央分隔帶向兩邊填筑體下部延伸至底部2 m位置，此處防滲土工織物采用整體無(wú)搭接鋪設(shè)（圖1）。

圖1 主線及設(shè)置中分帶的匝道換填典型斷面

3.3 模板安裝

模板采用竹膠板，厚度1.2 cm，用鋼筋結(jié)合木方進(jìn)行支撐加固。在基底施打鋼筋固定，采用木方橫向和豎向加固，斜向支撐。橫向在模板中部設(shè)置1道木方，縱向每60 cm設(shè)置1道木方，對(duì)應(yīng)斜向同時(shí)采用木方支撐。模板安裝后要有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，能承受施工過(guò)程中泡沫混凝土產(chǎn)生的側(cè)壓力，在混凝土澆筑過(guò)程中不變形。

安裝后模板表面應(yīng)光滑平順、尺寸準(zhǔn)確、接縫嚴(yán)密無(wú)錯(cuò)臺(tái)。泡沫混凝土換填之前，對(duì)平面位置、頂部高程、模板接縫、支撐加固、模板線形等進(jìn)行全面檢查，沉降縫的設(shè)置位置根據(jù)路基換填體長(zhǎng)度控制在10～15 m一道。

3.4 泡沫混凝土生產(chǎn)

根據(jù)試驗(yàn)確定的配合比進(jìn)行備料，使用高度集成化設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)泡沫混凝土，設(shè)備工作原理是使用物理方法將發(fā)泡劑制備成泡沫，再將泡沫按比例混入已攪拌均勻的水泥漿中，形成氣泡均勻、滿足要求的混合料，生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。

圖2 泡沫混凝土生產(chǎn)工藝流程

對(duì)設(shè)備的要求如下：

1）具有自動(dòng)進(jìn)料、電子計(jì)量、自動(dòng)控制、綜合信息顯示功能，控制系統(tǒng)具有自動(dòng)統(tǒng)計(jì)和匯總功能。

2）各單元控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相互聯(lián)動(dòng)和自動(dòng)化控制，泡沫混凝土密度實(shí)時(shí)控制，允許誤差在0.02 kN/m3之內(nèi)。

3）綜合信息顯示屏應(yīng)動(dòng)態(tài)顯示各個(gè)單元的計(jì)量信息（水泥、發(fā)泡劑等）和控制參數(shù)（泡沫密度、水泥凈漿濕密度和泡沫混凝土濕密度等）。

4）發(fā)泡裝置具有發(fā)泡劑自動(dòng)控制和稀釋功能。

5）具有自動(dòng)報(bào)警和停機(jī)保護(hù)功能。

3.5 泡沫混凝土澆筑

泡沫混凝土澆筑施工采用現(xiàn)場(chǎng)配管泵送方式進(jìn)行。泵送前，檢查管接頭，確保接頭密封牢固不滲漏，泵送過(guò)程中，澆筑管的壓力應(yīng)滿足揚(yáng)程及輸送距離的要求。

澆筑時(shí)，澆筑泵管應(yīng)與澆筑面板保持緩傾角度，禁止采用從上而下的噴射方式澆筑，管口應(yīng)埋入泡沫混凝土內(nèi)10 cm，以降低泡沫混凝土的消泡量（圖3）。

圖3 單倉(cāng)澆筑示意

現(xiàn)場(chǎng)澆筑要求如下：

1）澆筑點(diǎn)由中心向四邊擴(kuò)展或采用多點(diǎn)澆筑。澆筑點(diǎn)不應(yīng)直接沖擊面板及伸縮縫模板部位，避免造成面板底板及接縫處的滲漏。

2）泡沫混凝土采用分層澆筑，單層澆筑厚度除狹小面積可按≤1 m控制外，其他按0.3～0.8 m分層控制，上澆筑層待下澆筑層終凝后進(jìn)行。

3）泡沫混凝土的單塊澆筑面積應(yīng)根據(jù)設(shè)備能力、澆筑厚度確定，確保澆筑工作在泡沫混凝土初凝以前完成。

4）澆筑過(guò)程中減少對(duì)泡沫混凝土的擾動(dòng)，不應(yīng)在里面隨意走動(dòng)或移動(dòng)澆筑管，若停滯時(shí)間超過(guò)30 min，應(yīng)及時(shí)清洗管道。

其他注意要點(diǎn)：

1）按設(shè)計(jì)要求在施工過(guò)程中安裝鋼絲網(wǎng)。設(shè)2層鋼絲網(wǎng)，分別設(shè)置在距泡沫混凝土底面0.50 m和頂面0.35 m的位置，鋼筋網(wǎng)片采用直徑3.2 mm的鋼筋，網(wǎng)格大小為5 cm×5 cm。鋼絲網(wǎng)應(yīng)鋪設(shè)平整，不同網(wǎng)片間采用鍍鋅鋼絲綁扎連接，縱向搭接寬度20 cm，橫向搭接寬度30 cm。

2）澆筑時(shí)泡沫混凝土路堤沿縱向每10 m設(shè)置橫向縫（可根據(jù)實(shí)際換填長(zhǎng)度適當(dāng)調(diào)整），頂層泡沫混凝土做成小臺(tái)階以適應(yīng)路面橫坡值，沉降縫盡量設(shè)在施工縫處，縫寬為2 cm。在斷面突變處加設(shè)變形縫，縫間用厚10～20 mm木板填充。

3.6 泡沫混凝土養(yǎng)護(hù)

為防止泡沫混凝土產(chǎn)生收縮裂縫，澆筑完成后對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，配合噴淋保濕。

1）泡沫混凝土施工完畢后及時(shí)覆蓋土工織物灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間大于7 d方可施工路面。

2）養(yǎng)護(hù)期內(nèi)避免人員在其上面行走及禁止堆積物品，以免破壞其中的氣泡結(jié)構(gòu)，影響質(zhì)量。

3.7 級(jí)配碎石隔離層施工

級(jí)配碎石隔離層采用輪胎式壓路機(jī)進(jìn)行靜壓，禁止振動(dòng)碾壓，平均厚度30 cm，應(yīng)分2層碾壓密實(shí)，上層13 cm，下層根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際分臺(tái)階情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，壓實(shí)度要求≥96%，2層均需采用倒退式的方式進(jìn)行攤鋪。碎石中針片狀顆粒的總含量應(yīng)不超過(guò)20%，碎石中不應(yīng)含有黏土塊、植物等，加州承載比≥8%，頂面彎沉值≤2.329 mm，壓碎值＜ 30%。

4 泡沫混凝土施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

4.1 原材料控制

泡沫混凝土所用原材料不應(yīng)對(duì)環(huán)境造成有害影響。原材料技術(shù)指標(biāo)及檢驗(yàn)應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范的要求。不同品種（規(guī)格）、等級(jí)、廠家（產(chǎn)地）、出廠日期的原材料不得混存、混用。

4.1.1 水泥

水泥性能應(yīng)符合GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》的規(guī)定以及泡沫混凝土對(duì)原材料的要求。

4.1.2 發(fā)泡劑

發(fā)泡劑常溫條件下無(wú)異物析出或沉淀，無(wú)異味或刺激性氣味，對(duì)環(huán)境無(wú)不良影響。發(fā)泡劑保質(zhì)期應(yīng)大于12個(gè)月，在保質(zhì)期內(nèi)使用。發(fā)泡劑的取樣頻率宜按3 000 L為一批次，不足3 000 L的按一批次計(jì)。每批次不少于1組，每組應(yīng)進(jìn)行3次試驗(yàn)。

發(fā)泡劑應(yīng)滿足如下要求：稀釋倍率≥60，發(fā)泡倍率≥ 20；產(chǎn)生的氣泡應(yīng)均勻、細(xì)微；產(chǎn)生的氣泡泌水率低，穩(wěn)定性好，且互不連通。

4.1.3 水

施工用水應(yīng)符合JGJ 63—2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。

4.2 施工工藝控制

1）基坑開(kāi)挖時(shí)按照設(shè)計(jì)放坡要求進(jìn)行，不可大于設(shè)計(jì)值，防止頂層邊角處泡沫混凝土太薄導(dǎo)致脆裂，開(kāi)挖完成后使用重型壓路機(jī)振動(dòng)碾壓，基底壓實(shí)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求方可開(kāi)始下一步施工。

2）中央分隔帶兩側(cè)防滲土工織物需在泡沫混凝土澆筑前在底部鋪設(shè)2 m，并貼于中央分隔帶留置土壁上。泡沫混凝土施工完成后，于頂面鋪設(shè)一層防滲土工織物并與中央分隔帶防滲土工織物搭接，土工織物鋪設(shè)時(shí)應(yīng)貼于泡沫混凝土頂面，尤其在臺(tái)階處，應(yīng)將土工織物順臺(tái)階形狀鋪設(shè)，不得與臺(tái)階形成三角區(qū)空洞。土工織物間搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于30 cm。

3）當(dāng)填筑體長(zhǎng)度（包括橫向澆筑寬度、縱向澆筑長(zhǎng)度）超過(guò)15 m時(shí)，應(yīng)按5～15 m間距設(shè)置變形縫，在斷面突變處應(yīng)加設(shè)變形縫，變形縫材料采用厚20 mm木板。

4）在澆筑完填筑體的頂層時(shí)，應(yīng)及時(shí)覆蓋塑料薄膜或土工織物，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不小于7 d，具體需根據(jù)泡沫混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以進(jìn)行級(jí)配碎石施工時(shí)不對(duì)泡沫混凝土造成損傷（如開(kāi)裂、破碎等）為準(zhǔn)。

4.3 機(jī)械設(shè)備選擇

為保證超大體量泡沫混凝土施工工期及質(zhì)量要求，應(yīng)選用全自動(dòng)智能化一體設(shè)備。

5 結(jié)語(yǔ)

臺(tái)州灣大橋及接線工程項(xiàng)目通車(chē)近1年以來(lái)，泡沫混凝土在軟基地區(qū)新建高速公路工程中的超大體量應(yīng)用主要取得以下效果：

1）泡沫混凝土的換填處理節(jié)省了路基沉降穩(wěn)定的時(shí)間，縮短了整體工期。

2）智能化一體設(shè)備易于操作，同時(shí)節(jié)省了對(duì)工人的需求，產(chǎn)能可達(dá)90～120 m3/h，大大提高了施工速度。

3）泡沫混凝土換填有效解決了軟土地區(qū)路基不均勻沉降問(wèn)題。

4）較好地避免了“橋頭跳車(chē)”現(xiàn)象出現(xiàn)。

泡沫混凝土作為一種新型的輕型綠色路基填筑材料，在保持強(qiáng)度的條件下，大大減輕了路基自重，有利于軟土地區(qū)高速公路路基的穩(wěn)定。在臺(tái)州灣大橋及接線工程的應(yīng)用實(shí)踐表明，該施工技術(shù)不僅能很好地解決路基不均勻沉降問(wèn)題，避免過(guò)早出現(xiàn)“橋頭跳車(chē)”，還能提高路堤穩(wěn)定性、行車(chē)舒適性和安全性，減少后期運(yùn)營(yíng)成本。該施工技術(shù)為同類地區(qū)高速公路的建設(shè)提供了一種新的技術(shù)手段。