泡沫輕質(zhì)土在河北新元高速公路改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用

史永康

（中電建路橋集團(tuán)有限公司，北京 100000）

1 工程概述

新樂至元氏高速公路郭村至拐角鋪段（京石高速）于1994年建成，原設(shè)計(jì)為雙向四車道，承擔(dān)著河北省省會(huì)石家莊與京津間的交通功能，是石家莊機(jī)場(chǎng)最重要的集疏運(yùn)通道。隨著區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，京津冀協(xié)調(diào)發(fā)展、區(qū)域交通一體化的需要，該路段現(xiàn)狀難以滿足日益增長(zhǎng)的交通需求，服務(wù)水平逐步降低，將成為瓶頸路段。河北省委、省政府為了解決這一難題決定于2018年5月全面對(duì)新元高速進(jìn)行改造擴(kuò)建。文章依托新元高速路基加寬工程，對(duì)泡沫輕質(zhì)土在高等級(jí)公路加寬中的優(yōu)越性進(jìn)行探討。

2 泡沫輕質(zhì)土的概念

泡沫輕質(zhì)土是一種通過物理方法將發(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[1]。

3 泡沫輕質(zhì)土施工工藝流程及技術(shù)指標(biāo)

3.1 工藝流程

泡沫輕質(zhì)土的生成工藝流程具體如圖1所示。

圖1 泡沫輕質(zhì)土的生成工藝流程

3.2 主要技術(shù)指標(biāo)

泡沫輕質(zhì)土路基施工濕密度及強(qiáng)度如表1所示。

表1 泡沫輕質(zhì)土路基施工濕密度及強(qiáng)度

4 泡沫輕質(zhì)土施工前準(zhǔn)備

4.1 清表、臺(tái)階開挖

根據(jù)設(shè)計(jì)邊線采用全站儀測(cè)量放線。開挖范圍標(biāo)識(shí)后，采用0.6m3挖機(jī)開挖臺(tái)階及進(jìn)行基底粗開挖。開挖形成的臺(tái)階表面必須平整，質(zhì)地要堅(jiān)實(shí)，無松散，且棱角分明。清表、臺(tái)階開挖如圖2所示。

圖2 清表、臺(tái)階開挖示意圖

4.2 基底及臺(tái)階處理

基底開挖完成后，采用輕型觸探儀檢驗(yàn)基底的承載力，設(shè)計(jì)要求不小于80kPa，如果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，采取相應(yīng)措施，直至滿足設(shè)計(jì)要求。臺(tái)階開挖完成后表面利用PZ-5D噴射機(jī)噴M7.5#水泥砂漿，厚度為2cm。

4.3 泡沫輕質(zhì)土護(hù)壁

泡沫輕質(zhì)土護(hù)壁基礎(chǔ)為C25混凝土基礎(chǔ)，埋深0.5m，尺寸為30cm高、60cm寬。

（1）基礎(chǔ)開挖。采用1m3挖機(jī)按照1∶1的坡比掛線開挖，人工修整邊坡及整平基底。

（2）基礎(chǔ)混凝土澆筑?；A(chǔ)混凝土模板采用木模板，混凝土在拌和站集中拌制，混凝土攪拌車運(yùn)輸，插入式振搗棒振搗，頂面采用人工收面；混凝土澆筑完成后，按照設(shè)計(jì)間距及位置在混凝土內(nèi)埋設(shè)L75mm×75mm×6mm角鋼。

（3）基礎(chǔ)回填。位于基底部位的基礎(chǔ)混凝土澆筑完成后，基坑內(nèi)側(cè)回填級(jí)配砂礫石，外側(cè)回填素土，每層厚20cm，人工夯實(shí)，壓實(shí)度按照91%控制。

（4）保護(hù)面板的制作及安裝。保護(hù)面板尺寸為90cm×30cm的C40混凝土，在預(yù)制場(chǎng)集中預(yù)制，強(qiáng)度滿足要求后，運(yùn)輸車運(yùn)輸至施工部位，每一塊橫豎向通過M10砂漿砌筑，人工掛線安裝，保護(hù)面板表面平整度通過人工掛線保證平整度及垂直度，人工M10砂漿勾縫，縫寬為1cm，砂漿飽滿，勾縫密實(shí)。將面磚表面清理干凈，保證勾縫橫平豎直的美觀。施工完成后通過直尺或塞尺檢驗(yàn)表面平整度和垂直度。每一塊保護(hù)面板需與L75mm×75mm×6mm支柱連接牢固。

5 泡沫輕質(zhì)土施工

5.1 工藝性驗(yàn)證分析

（1）施工前，將路基劃分為若干個(gè)澆筑區(qū)，每個(gè)澆筑區(qū)應(yīng)劃分為若干個(gè)澆筑層，澆筑區(qū)的劃分應(yīng)符合以下要求：當(dāng)路基縱橫向尺寸較大時(shí)，單個(gè)澆筑區(qū)頂面面積最大不應(yīng)超過400m2，以200～300m2為宜。

（2）單個(gè)澆筑區(qū)長(zhǎng)軸方向長(zhǎng)度不宜超過30m，澆筑層的劃分應(yīng)符合以下要求：?jiǎn)螌雍穸纫藶?.3～1.0m；路床部位應(yīng)按2m×0.4m或1m×0.8m劃分澆筑層；設(shè)計(jì)金屬網(wǎng)位置于澆筑層分層界面。

5.2 泡沫輕質(zhì)土澆筑

（1）對(duì)于泡沫輕質(zhì)土澆筑方量大的，澆筑點(diǎn)密集進(jìn)行立罐泵送澆筑的輻射半徑為600m，采用生產(chǎn)量大的設(shè)備進(jìn)行澆筑施工。

（2）對(duì)于泡沫輕質(zhì)土澆筑方量小的，澆筑點(diǎn)分散進(jìn)行罐車制備漿體現(xiàn)場(chǎng)使用小型設(shè)備澆筑（施工時(shí)應(yīng)注意漿體的最大延遲時(shí)間，即從漿體制備運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)不超過1h，超過2h應(yīng)廢棄）。

（3）單次澆筑最佳長(zhǎng)度。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定單次澆筑最佳長(zhǎng)度，具體指標(biāo)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備生產(chǎn)能力、澆筑段寬度、澆筑厚度、泵送距離、水泥容許施工時(shí)間來確定。

（4）單次澆筑最佳厚度。在泡沫輕質(zhì)土澆筑施工中，澆筑厚度方面驗(yàn)證結(jié)合公路工程標(biāo)準(zhǔn)及國家指標(biāo)要求，相同材料作為路基填料時(shí)，澆筑厚度不宜小于50cm，且澆筑厚度較小時(shí)，施工時(shí)間顯著延長(zhǎng)，澆筑厚度過大即超過1m后，泡沫輕質(zhì)土自身質(zhì)量大，在漿體未終凝前坍縮量大，不穩(wěn)定，且體積過大，整體發(fā)熱量不容易控制，更容易開裂，適宜的澆筑厚度為60～80cm。

5.3 沉降縫設(shè)置

接縫材料應(yīng)具有與泡沫輕質(zhì)土壁黏結(jié)牢固、回彈性好、不溶于水、不滲水、高溫時(shí)不擠出、不流淌、抗嵌入能力強(qiáng)、耐老化龜裂、負(fù)溫拉升大、低溫時(shí)不脆裂、耐久性好等性能。

泡沫輕質(zhì)土澆筑時(shí)，每澆筑高度達(dá)到3m位置時(shí)設(shè)置一道橫向不銹鋼格柵，以此增加側(cè)向應(yīng)力，提升泡沫輕質(zhì)土已澆段和未澆段的整體性。為保持泡沫輕質(zhì)土整體性，其底部施工時(shí)應(yīng)使用油氈、土工織物等材料，以確保泡沫輕質(zhì)土澆筑的整體性，減少反射裂縫。

5.4 縱縫和橫縫設(shè)置

根據(jù)澆筑面沿行車方向，可以設(shè)置縱縫和橫縫。設(shè)置縱縫時(shí)一次鋪筑寬度應(yīng)大于4.5m。

設(shè)置橫縫時(shí)應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)量，設(shè)置橫向施工縫、橫向縮縫、橫向脹縫。每天施工完成后，截?cái)嗖糠至舸罄m(xù)施工操作形成的縫為橫向施工縫。臨近橋梁和其他固定構(gòu)造物處或與其他道路相交處，應(yīng)設(shè)置橫向脹縫；為保障泡沫輕質(zhì)土使用過程中各項(xiàng)施工的順利開展，還應(yīng)在一定范圍內(nèi)設(shè)置橫向縮縫，以消除其中內(nèi)力作用的影響。各個(gè)縫隙在各個(gè)澆筑層之間應(yīng)錯(cuò)縫施工，錯(cuò)縫間距應(yīng)大于0.5m，以免形成貫通性裂縫，進(jìn)一步反射至路面，導(dǎo)致路面開裂。

5.5 側(cè)擋板設(shè)置

路邊緣帶使用角鋼作為骨架，預(yù)制混凝土墻面板為主體（墻面板向內(nèi)應(yīng)具有預(yù)埋鋼筋，預(yù)埋鋼筋支出部分與角鋼焊接在一起），整體施工方法與加筋土擋土墻類似，即首先做好基礎(chǔ)施工，然后錘擊將角鋼打入設(shè)計(jì)基層且基層上最高處平齊，將預(yù)制好的墻面板使用砂漿砌筑好，并使用鋼筋通過焊接的方式將墻面板和角鋼焊接為一個(gè)整體。每安裝一個(gè)層次墻面板，澆筑一層泡沫輕質(zhì)土（泡沫輕質(zhì)土未形成強(qiáng)度時(shí)，該墻面板主要起抵抗已澆筑的泡沫輕質(zhì)土側(cè)向應(yīng)力作用；待泡沫輕質(zhì)土終凝后起保護(hù)面層及裝飾的作用），然后持續(xù)施工至工程需要的設(shè)計(jì)標(biāo)高為止。

5.6 成品養(yǎng)護(hù)

澆筑成型的泡沫輕質(zhì)土應(yīng)及時(shí)覆蓋并灑水養(yǎng)護(hù)，在水平方向澆筑前應(yīng)間隔2m預(yù)埋鋼管，同時(shí)豎向也應(yīng)預(yù)埋鋼管，平均每根豎向鋼管作用面積為10m2，用以降低內(nèi)部溫度。外覆蓋薄膜養(yǎng)護(hù)，這是為了保持外部溫度，減少內(nèi)外溫差，降低反應(yīng)放熱，減少裂縫。

6 泡沫輕質(zhì)土施工在高速公路改擴(kuò)建工程中的優(yōu)點(diǎn)

（1）施工便捷高效，可大幅縮短施工工期。較常規(guī)路基土填筑，泡沫輕質(zhì)土施工準(zhǔn)備期短，填筑施工通過管道泵送實(shí)現(xiàn)，可不修或少修施工便道。

（2）擴(kuò)建路基可垂直填筑，節(jié)省永久占地或避免拆遷，實(shí)現(xiàn)改擴(kuò)建工程修建的經(jīng)濟(jì)化。

（3）泡沫輕質(zhì)土進(jìn)行加寬路基填筑，能有效降低拓寬部分填土的容重，減少附加荷載總成的工后沉降，消除舊路加寬新舊路基之間的差異沉降，避免縱向開裂[2]。

（4）高流動(dòng)性，采用管道泵送澆筑，自流平、自硬化、施工作業(yè)面小，可避免某些地段高壓線、通信管路等的拆遷。

（5）常規(guī)復(fù)合地基工法多為隱蔽工程，施工質(zhì)量難以保證。而泡沫輕質(zhì)土工法屬非隱蔽工程，施工質(zhì)量較易控制，可靠度高。

7 結(jié)束語

通過新元改擴(kuò)建高速實(shí)際運(yùn)用的經(jīng)驗(yàn)，證明泡沫輕質(zhì)土在高速改擴(kuò)建工程施工中，尤其是在軟土地基、征地拆遷困難、工期要求緊、用地費(fèi)用高的路段與常規(guī)路基施工比較有明顯優(yōu)勢(shì)。隨著對(duì)泡沫輕質(zhì)土的理論和應(yīng)用研究的進(jìn)一步深入，其性價(jià)比將進(jìn)一步得到提高，應(yīng)用前景將更為廣闊，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益將更為顯著。