泡沫輕質(zhì)土在道路工程中的應用

顏小英

摘 要：在沿海工程施工中常常會遇到軟土地基，它一方面會影響整體施工效率和質(zhì)量，另一方面會對整體的施工進度造成不利影響。在傳統(tǒng)工程項目施工過程中，常常會采用樁基法、換土法、灌漿法、排水固結(jié)等方式來加固地基，以保證施工正常進行。泡沫輕質(zhì)土具有單位質(zhì)量輕、流動性大、固結(jié)硬化后整體穩(wěn)定性好及施工操作簡便等特性，被廣泛應用于橋梁臺背回填、道路擴建、公路軟土地基填筑等工程領(lǐng)域。本研究詳細分析了泡沫輕質(zhì)土的特性和泡沫輕質(zhì)土的配合比試驗，并探討了其在道路工程中的應用情況。

關(guān)鍵詞：泡沫輕質(zhì)土;軟土地基;道路工程;配合比

中圖分類號：U416.1 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）34-0-04

Application of Foam Light Soil in Road Engineering

YAN Xiaoying

（Fuzhou Jiantong Engineering Test and Inspection Co.， Ltd.， Fuzhou Fujian 350000）

Abstract： Soft soil foundation is often encountered in coastal engineering construction. On the one hand， it will affect the overall construction efficiency and quality， on the other hand， it will have an adverse impact on the overall construction progress. In the construction process of traditional engineering projects， pile foundation method， soil replacement method， grouting method， drainage consolidation and other methods are often used to strengthen the foundation to ensure the normal construction. The lightweight foamed soil has the characteristics of light weight， large fluidity， stable integrity after consolidation and hardening， and simple construction operation. It is widely used in engineering fields such as bridge abutment backfill， road expansion， road soft soil foundation filling and so on. In this study， the characteristics of foamed lightweight soil and the mix proportion test of foamed lightweight soil are analyzed in detail， and its application in road engineering is discussed.

Keywords： foamed lightweight soil;soft soil foundation;road works;mix proportion

泡沫輕質(zhì)土最早由國外學者研究，由于其本身特性，近年來被廣泛應用于軟土地基加厚工程。泡沫輕質(zhì)土是一種新型的環(huán)保材料，在實際使用過程中不會產(chǎn)生廢料、廢氣等物質(zhì)，與當前我國環(huán)境保護政策相符，同時在施工中應用泡沫輕質(zhì)土還能在很大程度上保證施工質(zhì)量及施工進度。近年來，我國在泡沫輕質(zhì)土方面的研究不斷深入，并逐漸趨于成熟，相關(guān)部門已逐步將泡沫輕質(zhì)土的應用列入《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3610—2019）[1]中，為泡沫輕質(zhì)土在項目工程中的應用提供了新的方向。泡沫輕質(zhì)土在建筑工程中的應用成本較低，在很大程度上節(jié)約了工程造價，提高了建筑工程企業(yè)的經(jīng)濟收益。近年來，我國也積極地學習國外先進技術(shù)經(jīng)驗，其中包括在軟土地基、臺背回填中泡沫輕質(zhì)土的應用。

1 泡沫輕質(zhì)土的特性

泡沫輕質(zhì)土是將泡沫劑與水稀釋成均勻的水溶液發(fā)泡劑，用機械方法制備成泡沫，再將泡沫與水泥凈漿液（根據(jù)強度、工作性及節(jié)約成本等需要，可添加適量的外加劑、摻合料或細集料）經(jīng)機械混合攪拌、澆筑成型、養(yǎng)護固結(jié)而形成的輕質(zhì)微孔混凝土。

1.1 容重輕、強度較高、穩(wěn)定性能好

泡沫輕質(zhì)土內(nèi)部含有大量分布均勻的氣泡，質(zhì)量小，干密度一般為400～1 500 kg/m3。與常規(guī)路基填料相比，其具有輕質(zhì)性、強度較高、穩(wěn)定性好及抗震性好等優(yōu)勢，應用于路基工程能有效降低地基應力，進而減少施工后路基沉降現(xiàn)象的發(fā)生。

1.2 容重和強度具有可調(diào)節(jié)性

泡沫輕質(zhì)土的容重和強度都具有明顯的可調(diào)節(jié)性。在現(xiàn)階段我國建筑工程項目施工過程中，施工人員常常會根據(jù)現(xiàn)場實際情況對泡沫輕質(zhì)土中的泡沫與水泥漿材料比例進行適當調(diào)整。泡沫輕質(zhì)土所用原材料品種少、原材料均勻性較好、配合比調(diào)整簡單，施工人員可以根據(jù)施工的具體情況靈活調(diào)整其容重和強度，以滿足具體工程的設(shè)計要求。

1.3 良好的施工性

泡沫輕質(zhì)土具有十分優(yōu)良的施工性能。例如，在實際建筑工程施工過程中，施工人員需要對施工環(huán)境和地質(zhì)進行現(xiàn)場勘查，并結(jié)合具體情況對泡沫輕質(zhì)土的容重和強度進行調(diào)整。由于泡沫輕質(zhì)土的施工性能比較優(yōu)良，因此可以直接采用機械進行攪拌制作，然后采用軟管將其泵送至施工位置。整個施工過程便捷、工作效率較高，有效節(jié)省了施工管理成本，保證了施工周期，使企業(yè)獲得了更高的經(jīng)濟收益。

1.4 良好的環(huán)保特性

泡沫輕質(zhì)土是一種全新的環(huán)保材料，從制造、處理到使用的整個過程均不會產(chǎn)生污染環(huán)境的廢物。當前，在大部分建筑工程建設(shè)過程中，尤其是土建施工環(huán)節(jié)所使用的材料多會對生態(tài)環(huán)境造成不同程度的污染，而泡沫輕質(zhì)土的應用有效規(guī)避了這一問題。例如，將泡沫輕質(zhì)土應用于房屋隔熱層、地下管線、礦山采空區(qū)回填工程中，不僅不會對周邊生態(tài)環(huán)境造成污染，而且能實現(xiàn)材料的回收利用，有效提高資源利用率。

2 泡沫輕質(zhì)土的配合比試驗

2.1 泡沫輕質(zhì)土材料的配制

在配制泡沫輕質(zhì)土時，所用原材料均應滿足現(xiàn)行相關(guān)標準中的技術(shù)指標要求。①在選擇發(fā)泡劑時，應遵循保護生態(tài)環(huán)境的原則，選擇一些界面活性類發(fā)泡劑，發(fā)泡倍率宜大于20，氣泡群密度宜為（50±2） kg/m3，1 h標準氣泡柱的沉降距宜小于10 mm，1 h標準氣泡柱的破裂泡沫所分泌出的水量即泌水量宜小于80 mL。②宜采用強度等級為42.5的通用硅酸鹽水泥或硫鋁酸鹽水泥。通用硅酸鹽水泥的性能指標應符合《通用硅酸鹽水泥》

（GB 175—2020）[2]的相關(guān)規(guī)定，硫鋁酸鹽水泥的性能指標應符合《硫鋁酸鹽水泥》（GB 20472—2006）[3]的相關(guān)規(guī)定。③所選擇的拌和用水的性能指標應符合《混凝土用水標準》（JGJ 63—2006）[4]的相關(guān)規(guī)定，可采用飲用水、河流水、湖庫水、冰川水、沼澤水及再生水等清潔水，不得使用受污染的水或pH過高的水質(zhì)，以及容易引起消泡或?qū)е屡菽p質(zhì)土漿液下沉的水。④摻合材料也應符合國家相關(guān)標準規(guī)定。筆者主要探討的是發(fā)泡劑與水泥凈漿的摻配問題。

2.2 泡沫輕質(zhì)土材料的性能

所配制的泡沫輕質(zhì)土材料要具備輕質(zhì)、低強等性能，與普通混凝土相比，要具備一定的優(yōu)越性。泡沫輕質(zhì)土與普通混凝性能比較如表1所示。

2.3 泡沫輕質(zhì)土配制流程

發(fā)泡劑、水泥、水及摻合料等原材料經(jīng)檢驗合格后，將發(fā)泡劑按一定比例加水稀釋后，采用微型水泥發(fā)泡機進行發(fā)泡，并定期檢測泡沫質(zhì)量。泡沫質(zhì)量符合要求后，持續(xù)生產(chǎn)細密、均勻、穩(wěn)定的泡沫，加入已拌和好的水泥漿液中進行拌和后，測量濕容重和流動度，調(diào)整泡沫用量制備濕容重滿足設(shè)計要求的一系列泡沫土（不少于3組），泡沫的制作與檢測見圖1至圖3。

制備試件進行干密度、抗壓強度、吸水率試驗，每組試件數(shù)量為3塊?？箟簭姸炔捎?00 mm×100 mm×100 mm立方體試件，成型后24 h脫模，并按標準保濕養(yǎng)護7 d、28 d后分別進行抗壓強度試驗。試驗方法采用《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081—2002）[5]中的方法。壓力試驗機應滿足精度1級要求，試驗破壞荷載應在試驗機量程20%～80%范圍內(nèi)，抗壓強度的換算系數(shù)為1.0。制作泡沫用量與抗壓強度關(guān)系曲線，在曲線上選擇符合設(shè)計要求的最優(yōu)配合比。

2.4 泡沫輕質(zhì)土配合比數(shù)據(jù)

泡沫輕質(zhì)土濕容重與7 d、28 d抗壓強度關(guān)系曲線如圖4和圖5所示，泡沫輕質(zhì)土配合比數(shù)據(jù)見表2?？梢钥闯?，泡沫輕質(zhì)土的抗壓強度隨濕容重增加而增大，且當濕容重較小時，其強度增長速度較為緩慢，當濕容重較大時，其強度增長速度加快。泡沫輕質(zhì)土的強度等級與濕容重成正比線性關(guān)系，通過指數(shù)關(guān)系擬合濕容重與7 d抗壓強度關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)R2為0.926 3;通過指數(shù)關(guān)系擬合濕容重與28 d抗壓強度關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)R2為0.914 2。

圖6是泡沫輕質(zhì)土濕容重與泡沫輕質(zhì)土水泥用量關(guān)系曲線，圖7是泡沫輕質(zhì)土濕容重與水灰比關(guān)系曲線?？梢钥闯?，濕容重隨水泥用量增大而增大，隨水灰比增大而增大。泡沫輕質(zhì)土的濕容重與水泥用量、水灰比大體上成正比線性關(guān)系。綜上所述：水泥用量增加或漿體水灰比增加，濕容重也隨之增大，抗壓強度隨之增強;反之，水泥用量減少或水灰比降低，濕容重隨之減小，抗壓強度隨之降低。

2.5 現(xiàn)場施工配合比調(diào)制

泡沫輕質(zhì)土施工現(xiàn)場不宜采用小型水泥發(fā)泡機，應采用變頻水泥發(fā)泡機，采用具有發(fā)泡、水泥凈漿生產(chǎn)、泡漿混合及泵送一體化功能的專用自動化生產(chǎn)設(shè)備。在施工現(xiàn)場，通過對泡沫輕質(zhì)土氣泡群濕容重的檢測來調(diào)節(jié)氣泡和泡沫輕質(zhì)土的質(zhì)量，確保泡沫輕質(zhì)土的質(zhì)量滿足設(shè)計要求。施工現(xiàn)場各種原材料計量允許偏差見表3。

3 泡沫輕質(zhì)土在道路工程中的應用

隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對交通行業(yè)提出了更高的要求。為了更好地滿足社會經(jīng)濟的發(fā)展需求，道路拓寬項目不斷增加。道路拓寬工程指的是在原有道路路面的基礎(chǔ)上對其進行增寬，總體難度較大。例如，施工場地有限，施工的同時要保證道路通暢，還要對原有道路的路基情況進行勘查。如果原有道路路基出現(xiàn)松軟，還要對軟土地基進行處理。如果不能處理好軟土地基，不僅會對整體的道路質(zhì)量造成不利影響，而且會形成道路通車隱患。為了解決道路拓寬中存在的安全隱患，當前許多施工方都利用泡沫輕質(zhì)土來解決道路拓寬中的新舊路基銜接問題，從而保障道路拓寬工程有序進行。地基土壤含水率較大、壓縮性大、硬度低、通透性差，傳統(tǒng)地基處理回填要壓實沉降到規(guī)定值后再開始下一層施工，速度比較慢，很難一次性回填到位。鑒于泡沫輕質(zhì)土性能優(yōu)良，將其應用在軟土地基處理工程中。此種材料對地基要求不高，排水固結(jié)性能良好，施工完成后還能有效預防路基沉降病害，可靠性較高[6]。

某路提升改建工程采用泡沫輕質(zhì)土換填處理地基，設(shè)計容重等級W6，有550 kg/m≤濕容重≤650 kg/m，流動值為160～200 mm，28 d齡期無側(cè)限抗壓強度≥1.2 MPa，泡沫輕質(zhì)土工程數(shù)量約24.6萬m，工程造價11 808萬元。如采用CFG樁處理軟基工程造價

15 110萬元，用泡沫輕質(zhì)混凝土可節(jié)省約22%。路基頂面設(shè)計彎沉值為200（0.01 mm），泡沫輕質(zhì)土換填處理后實測路基頂面彎沉代表值為100～150（0.01 mm）。施工效果良好，道路通車以來未發(fā)現(xiàn)路基整體下沉和路面開裂的情況，且臺背回填泡沫輕質(zhì)土的橋頭未發(fā)現(xiàn)下沉和橋頭跳車現(xiàn)象。

4 結(jié)語

泡沫輕質(zhì)土是生態(tài)環(huán)保型材料，具有廣闊的應用前景。本研究對泡沫輕質(zhì)土的特性、配合比設(shè)計過程進行分析，并探討其具體應用。結(jié)果表明：將泡沫輕質(zhì)土應用于道路擴寬工程，能有效解決施工場地受限、新舊路基不均勻沉降等問題。

參考文獻：

[1]交通運輸部.公路路基施工技術(shù)規(guī)范：JTG/T 3610—2019[S].北京：人民交通出版社，2019.

[2]國家市場監(jiān)督管理總局，國家標準化管理委員會.通用硅酸鹽水泥：GB 175—2020[S].北京：中國標準出版社，2020.

[3]國家質(zhì)量檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.硫鋁酸鹽水泥：GB 20472—2006[S].北京：中國標準出版社，2006.

[4]建設(shè)部.混凝土用水標準：JGJ 63—2006[S].北京：建筑工業(yè)出版社，2006.

[5]建設(shè)部，國家質(zhì)量檢驗檢疫總局.普通混凝土力學性能試驗方法標準：GB/T 50081-2002[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[6]蔡歷穎.泡沫輕質(zhì)土在路堤工程中的應用研究[D].福州：福建農(nóng)林大學，2019：2.