泡沫輕質(zhì)土在高填方路基改建施工中的應用

李亞瓊

(山西遠方路橋(集團)有限責任公司，山西 大同 037006)

0 前 言

隨著山西省內(nèi)交通運輸基礎設施質(zhì)量及等級的不斷提升，一定程度上緩解了山西省內(nèi)交通運輸?shù)钠惹行枨?；但從目前的交通運輸量增長趨勢角度分析，既有的交通基礎設施密度及等級在滿足遠期交通運輸量方面已經(jīng)捉襟見肘。因此，對既有公路進行改擴建是緩解這一迫切供需矛盾的主要方法。山西省地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜，各種地形交錯分布，為了滿足公路的行車安全性和行車平順性，必然出現(xiàn)一定比例的高填方路段，在后期改擴建過程中，為了保證擴建路堤與原路基之間的變形協(xié)調(diào)性，防止高填方路基在荷載作用下出現(xiàn)較大沉降，進而引發(fā)路基表面塌陷，影響行車安全。

泡沫輕質(zhì)土憑借拌和效率高，取材方便，性價比高，抗壓強度高及環(huán)保低碳等優(yōu)勢被廣泛應用在路基填筑施工實踐中，尤其在高填方路基改擴建施工項目中應用更加普遍；本文以山西省內(nèi)某高填方路基改擴建施工項目為例，嘗試將性能更優(yōu)的泡沫輕質(zhì)土應用在高填方路基改擴建填筑施工中，以提高山西省內(nèi)高填方路基段的改擴建施工質(zhì)量和效率。

1 填筑用泡沫輕質(zhì)土配合比設計

1.1 泡沫輕質(zhì)土原材料分析

常規(guī)的泡沫輕質(zhì)土組分主要包括：發(fā)泡劑、水泥凈漿、粉煤灰及改性外加劑幾種。拌和用的發(fā)泡劑根據(jù)理化性質(zhì)可以分為化學類、物理類及表面活性類幾種，化學類發(fā)泡劑在拌和過程中能夠與水發(fā)生化學反應釋放大量的膨脹劑，膨脹劑是泡沫輕質(zhì)土的主要材料，但化學發(fā)泡劑在反應過程中伴隨產(chǎn)生大量的有毒氣體，因此，在大規(guī)模拌和過程中一般不使用化學發(fā)泡劑；物理發(fā)泡劑是借助物理反應使高分子材料在拌和和擠壓作用下生成膨脹性泡沫材料，物理發(fā)泡劑應在合理的范圍內(nèi)攪拌擠壓；表明活性材料的主要原理是通過降低拌和液體表面的張力值，通過表面張力值的改變生成氣泡，大量的單一氣泡材料排列組合后形成發(fā)泡劑。本次高填方路基填筑用泡沫輕質(zhì)土制備使用物理發(fā)泡劑材料。

水泥凈漿主要滿足泡沫輕質(zhì)土的膠凝作用，水泥凈漿是泡沫輕質(zhì)土強度形成的主要材料和誘因，在高填方路基填筑施工過程中，為了滿足膠凝材料的作用持續(xù)性和強度要求，一般不能使用早強水泥或者膨脹性水泥；由于泡沫輕質(zhì)土的拌和周期較長，一般為4～5 h，為了保證水泥凈漿的施工和易性和強度形成要求，一般使用初凝周期較長的水泥凈漿。此外，在泡沫輕質(zhì)土中添加粉煤灰能夠降低同等組分的水泥使用量，降低拌和過程中的水泥水化熱對泡沫輕質(zhì)土的影響，且能夠滿足泡沫輕質(zhì)土的施工和易性和水膠比要求，提高了泡沫輕質(zhì)土的綠色性和低碳性。通過添加礦粉等改性外加劑可以明顯提高泡沫輕質(zhì)土的抗?jié)B性和密實性，有助于優(yōu)化泡沫輕質(zhì)土的內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)。

1.2 泡沫輕質(zhì)土配合比設計

施工現(xiàn)場采用正交試驗法進行配合比試驗測定，為了對比不同配合比的性能優(yōu)劣，擬設定兩種配合比結(jié)果進行對比分析。表1為泡沫輕質(zhì)土材料的不同組分指標統(tǒng)計結(jié)果。

表1 泡沫輕質(zhì)土材料的不同組分指標統(tǒng)計結(jié)果

根據(jù)以上兩種配合比設計方案，分別制備兩類泡沫輕質(zhì)土試樣，分別對上述兩種配合比對應的試驗試樣進行泡沫消除試驗和7 d和28 d抗壓強度試驗，經(jīng)試驗可知，以上兩種配合比對應的泡沫輕質(zhì)土材料對應的氣泡率值均大于60%，滿足泡沫輕質(zhì)土施工規(guī)范相關要求，因此，可以使用物理發(fā)泡劑作為本次高填方路基填筑用泡沫輕質(zhì)土發(fā)泡劑主材。表2為兩種配合比設計方案對應的泡沫輕質(zhì)土各項性能試驗結(jié)果。

表2 兩種配合比設計方案對應的泡沫輕質(zhì)土各項性能試驗結(jié)果

詳細分析上述兩種對應配合比類型的流值變化情況可知，泡沫輕質(zhì)土的流值與氣泡率之間呈明顯的負相關關系；1、2配合比對應的28 d抗壓強度指標分別為957 kPa、1 329 kPa，僅第二種配合比指標滿足規(guī)范要求，故本次高填方路基填筑使用第二種配合比設計方案；此外，第二種配合比設計方案使用了一定比例的粉煤灰材料，粉煤灰是煤炭燃燒的附屬產(chǎn)物，極大地消化了煤炭燃燒廢料，配合比設計結(jié)果性價比較高。

2 泡沫輕質(zhì)土的質(zhì)量控制

2.1 土工合成膜及金屬鋼絲網(wǎng)敷設施工控制

為了保證泡沫輕質(zhì)土在高填方路基填筑施工過程中的定位準確性，防止因施工荷載引起的大變形問題，在填筑前應先敷設土工合成膜和鋼絲網(wǎng)材料，且合成膜應敷設在鋼絲網(wǎng)上部，鋼絲網(wǎng)之間的相互連接采用焊接方式，焊縫寬度不能小于50 mm，在鋼絲網(wǎng)敷設過程中應施加一定的預應力進行鋼絲網(wǎng)張拉，邊緣位置應使用鉚釘錨固在路基內(nèi)部，鋼絲網(wǎng)上在敷設合成膜時應先鋪筑厚度為200～300 mm范圍內(nèi)的碎石墊層結(jié)構(gòu)，保證碎石墊層分布均勻合理，合成膜在敷設過程中應保證邊緣平整，防止出現(xiàn)卷曲和重疊問題。圖1為土工合成膜現(xiàn)場敷設情況。

圖1 土工合成膜現(xiàn)場敷設情況

2.2 泡沫輕質(zhì)土現(xiàn)場澆筑施工控制

在泡沫輕質(zhì)土澆筑前，應先對澆筑底部進行質(zhì)量現(xiàn)場檢查，保證泡沫輕質(zhì)土澆筑基底未見明顯雜物，保證基底干燥清潔；此外，應觀測基底的平整度，抽檢位置的高程標準差滿足設計要求。泡沫輕質(zhì)土澆筑采用分段分塊進行，且單個澆筑塊的澆筑間隔時間不能超過3 h；泡沫輕質(zhì)土澆筑過程中應沿著較長軸開始澆筑，如果采用多線同步澆筑法可以考慮采用對角澆筑，為了保證泡沫輕質(zhì)土的施工和易性，澆筑過程中澆筑管應精準定位，防止?jié)仓^程中出現(xiàn)左右抖動等問題，且澆筑管道管口應放置在澆筑平面下。高填方路基澆筑至固定標高位置后，為了防止水分蒸發(fā)過快導致的泡沫輕質(zhì)土表面脹裂，應采用塑料薄膜及時塑封，并在塑料薄膜表面定時灑水養(yǎng)護，保持泡沫輕質(zhì)土表面的濕度，灑水養(yǎng)護周期不能低于14 d，以保證泡沫輕質(zhì)土強度等級滿足設計要求。高填方路基填筑施工完成后，為了保證泡沫輕質(zhì)土路基的強度等級滿足設計要求，防止因強度發(fā)展不足引起的表面大變形，路面鋪筑施工應在泡沫輕質(zhì)土強度等級達到設計強度后再進行，路面攤鋪施工過程中應嚴格禁止瀝青混合料攤鋪機、推土機及壓實機械直接在泡沫輕質(zhì)土表面走行，避免應應力集中引起的局部破壞，攤鋪和整平應遵循“卸料、攤鋪、壓實同步進行”的基本原則。

3 總 結(jié)

由于山西省內(nèi)地形條件復雜，為了滿足路線的平順性和行車安全性，勢必涉及高填方路基施工工況，在高填方路基改擴建施工過程中，為了保證新建路基的強度和抗變形剛度，實現(xiàn)新舊路基的協(xié)調(diào)變形；本文嘗試將泡沫輕質(zhì)土應用在高填方路基填筑施工實踐中，通過優(yōu)化泡沫輕質(zhì)土配合比，提高泡沫輕質(zhì)土施工關鍵環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制能力，泡沫輕質(zhì)土完全適用于高填方路基的改擴建施工工況要求，可以在后續(xù)的同類工程中推廣應用。

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