泡沫混凝土在公路搶險中的應(yīng)用研究

荊偉偉 孟海山 董威

摘 ?要：泡沫混凝土這一新型材料，因其具有輕質(zhì)、整體性好、固化自立、強度可調(diào)和高流動性等特點，而被廣泛應(yīng)用于橋臺路基填筑、拓寬工程和隧道空洞治理等領(lǐng)域。本文結(jié)合泡沫混凝土在實際工程中的應(yīng)用效果，對其各項物理特性進行了系統(tǒng)梳理，并對其在公路搶險領(lǐng)域的應(yīng)用進行詳細闡述。最后以高速公路路基坍塌搶險治理為實例，對泡沫混凝土的應(yīng)用在應(yīng)急搶險中的實效進行介紹。本文研究表明，泡沫混凝土可廣泛應(yīng)用于公路搶險工程中，且效果顯著，可作為同類工程的借鑒依據(jù)。

關(guān)鍵詞：泡沫混凝土 ?物理特性 ?公路搶險 ?滑坡治理

中圖分類號：G3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X（2021）04（b）-0034-04

Research on Application of Foamed Concrete in Highway Emergency

JING Weiwei1 ?MENG Haishan2 ?DONG Wei1

（1. Jiashan County Transportation Bureau， Jiaxing， Zhejiang Province， 314100 China; 2. Jiashan Yinzhan Transportation Construction Investment Co.， Ltd.， Jiaxing， Zhejiang Province， 314100 ?China）

Abstract： Foamed concrete is widely used in bridge subgrade filling， widening engineering and tunnel void management because of its characteristics of lightweight， self curing， high strength， high mobility and so on. In this paper， combined with the application effect of foam concrete in practical engineering， the physical characteristics of the foam concrete are systematically sorted out， and its application in the field of highway rescue is expounded in detail. Finally， taking highway roadbed collapse emergency treatment as an example， the application of foam concrete in emergency rescue is introduced. The research in this paper shows that foam concrete can be widely applied in highway emergency projects， and the effect is remarkable. It can be used as a reference for similar projects.

Key Words： Foamed concrete; Physical properties; Highway rescue; Landslide treatment

1 ?概述

泡沫混凝土是通過機械將泡沫發(fā)泡劑制作成泡沫群，再將泡沫群加入到由膠凝材料、骨料摻合料、外加劑和水等制成的混合料漿中，經(jīng)充分混合攪拌、澆注和養(yǎng)護后制成含有大量相互獨立且封閉氣孔的輕質(zhì)多孔混凝土[1]。泡沫混凝土中的氣泡，孔徑小、分布均勻、表膜牢固，與混合料充分融合后制作成的泡沫混凝土內(nèi)部充滿了大大小小不等的氣孔，氣孔的存在有效地減輕了自重。

泡沫混凝土這一新型建筑材料自問世以來，由于其具有輕質(zhì)、高流動性和固化自立等物理力學(xué)特性，使其迅速投入到公路建設(shè)的各個領(lǐng)域，解決橋頭跳車、管道保護、公路拓寬、隧道軟巖治理等領(lǐng)域[2-8]的問題。此外，其強度和密度均可通過配合比進行自由的調(diào)節(jié)，因而在公路工程建設(shè)各領(lǐng)域都有著很廣泛的應(yīng)用前景[9-11]。

2 ?泡沫混凝土物理特性

泡沫混凝土能得到快速的發(fā)展并廣泛應(yīng)用，得益于其具有諸多優(yōu)異性能和特點，主要表現(xiàn)為以下幾個方面。

2.1 輕質(zhì)性

泡沫混凝土的干體積密度一般為300～1000kg/m3，相當(dāng)于路基土填料的1/6～1/2，相當(dāng)于普通水泥混凝土的1/10～1/3左右，泡沫混凝土內(nèi)有許許多多大小不等的相互獨立閉合的氣孔，氣孔是發(fā)泡劑制成的泡沫充分混合到料漿中形成流動性高的漿體，并在硬化過程中固定在混凝土中。氣孔的存在，泡沫混凝土的絕干密度可以控制在300～1000kg/m3之輕質(zhì)范圍。因此，采用輕質(zhì)泡沫混凝土材料填筑路堤，可大大減少地基壓力，降低地基處理的要求，節(jié)約工程建設(shè)費用。在橋頭處理段，經(jīng)常采用預(yù)壓+二次開挖填筑泡沫混凝土的方法處理橋頭跳車現(xiàn)象，實踐也表明泡沫混凝土在處理橋頭跳車方面效果十分顯著。

2.2 強度可調(diào)節(jié)性

通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，泡沫混凝土抗壓強度與絕干密度之間存在著良好的相關(guān)性，因此可通過調(diào)節(jié)其濕密度控制其絕干密度，從而達到控制泡沫混凝土抗壓強度的目的。泡沫混凝土的抗壓強度一般控制0.4～5.0MPa之間，可根據(jù)工程需要調(diào)節(jié)抗壓強度。作為路基填料，其抗壓強度一般在4.0MPa左右，遠遠高于普通灰土的抗壓強度，因此對于提升路基質(zhì)量有良好的作用。

2.3 高流動性

泡沫混凝土的流動性極強，管道泵送水平距離可達500m。垂直高度可達100m。同時其高流動性能夠確保泡沫混凝土材料在不需振搗的情況下，能夠填補每一塊空隙，確保填料的密實度。作為路基填料，澆筑質(zhì)量保證的情況下，相當(dāng)于壓實度達到100%，在后期的運營中避免了因路基調(diào)料自身沉降而導(dǎo)致的橋臺跳車現(xiàn)象。

2.4 固化后的自立性

泡沫混凝土在水泥初凝后即開始固化，固化后的泡沫混凝土在無任何支擋的情況下能夠自立，固化后對擋墻結(jié)構(gòu)的主動土壓力幾乎為零，因此在施工過程中可減小擋墻截面尺寸乃至取消擋墻，同時在拓寬工程中，泡沫混凝土路堤自身也起到了擋墻的功能。研究和實踐也證明，采用泡沫混凝土填筑路基，可取消錐坡。泡沫混凝土固化自立的性能和輕質(zhì)性相結(jié)合，可有效提高路堤填筑高度，為解決山區(qū)公路橋頭高填方提供了良好的解決方案。

2.5 隔熱和抗凍融性

泡沫混凝土中氣泡體積含有率可達40%～70%，使其傳導(dǎo)導(dǎo)熱系數(shù)小，能夠有效阻隔熱力，具有良好的隔熱和抗凍融性能，因此在房屋樓頂隔熱等方面效果顯著。

2.6 環(huán)保性能

泡沫混凝土的自身氣孔結(jié)構(gòu)，可以起到很好的隔音效果，減少噪聲污染，有利改善公路沿線周邊噪聲污染現(xiàn)象。

3 ?公路搶險中的應(yīng)用

3.1 滑坡路基填筑

公路是線性帶狀工程，沿線工程地質(zhì)復(fù)雜多變，有時路線穿越不同的地質(zhì)單元或地貌單元，一些地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域在前期勘查中并未能探明，從而導(dǎo)致公路在山體滑坡體上穿越。在這樣的地質(zhì)條件相對脆弱的區(qū)域，路基在填筑過程中自重的加載和機械的振動達到一定臨界值時，極易破壞山體滑坡體既有的極限平衡狀態(tài)，嚴(yán)重時甚至誘發(fā)古滑坡體復(fù)活，這類滑坡體往往規(guī)模大、范圍寬、破壞性大，處理難度大，需要投入大量的抗滑支擋措施。泡沫混凝土路基通過降低路基體的重量，為公路穿越山體滑坡體提供了新的解決方案，為滑坡體上方填筑路基提供了新的技術(shù)手段。其原理為通過改變滑坡體形狀和重量，減少滑坡體不穩(wěn)定區(qū)域的主推力，同時確保實現(xiàn)路基的使用功能，采用泡沫混凝土可有效降低路基填土荷重、減輕土塊所承受的滑動力矩，從而提高路基的抗滑穩(wěn)定性。

3.2 高填方路基填筑

山區(qū)地形溝壑縱橫，地勢起伏多變，公路高填方路基是山嶺重丘區(qū)常見的構(gòu)造物，高填方路基不僅占用大量土地，而且對地基承載力的要求較高。經(jīng)常分布于半填半挖的斜坡地形，一旦遭遇坡積層較厚的地質(zhì)脆弱區(qū)域，地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險頗大。泡沫混凝土由于自身具有輕質(zhì)、自立性好、流動性好等優(yōu)點，高填方泡沫混凝土路堤不僅可以減輕路堤荷載，同時提高填方路基自身的密實度，減少對周邊環(huán)境破壞，有利于保護生態(tài)環(huán)境，而且降低高路堤滑移風(fēng)險，因此，泡沫混凝土的使用有利于解決高填方路基的諸多問題。

3.3 高擋墻防護

針對山區(qū)公路建設(shè)中復(fù)雜的地形地貌，為了節(jié)約用地，或保護溝谷排水通道，部分路段高路堤需結(jié)合現(xiàn)場地形，因地制宜布置一些路堤高擋墻或路肩墻，以避免路堤展坡過遠或填埋山谷、河谷資源，以提高路堤的穩(wěn)定性。但這類擋墻往往高且陡，工程數(shù)量龐大，有時甚至具有較大的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險。泡沫混凝土輕質(zhì)、自立性好、強度高的特點，能有效降低高填方擋墻的主動土壓力，并提高工程的安全可靠性，為山區(qū)高擋墻防護提供了新的技術(shù)安全保障。泡沫混凝土代替原來路基填料，不僅減輕了路堤荷載，同時自身可兼?zhèn)鋼鯄δ?，因此常用于高填方輕質(zhì)擋墻防護，從而使墻背土壓力大為改善，確保了路基擋墻安全使用功能，同時能有效節(jié)省寶貴的土地資源。

4 ?工程應(yīng)用

4.1 工程概況

杭新景高速千島湖支線建成于2006年，通車后由于受持續(xù)暴雨影響，某段路基擋墻發(fā)生100m的垮塌，導(dǎo)致路基坍塌，整個路段被迫封閉，工程險情危急（如圖1）。

塌方路段屬斜坡上的填方路基，原始地面較陡，公路路基采用放坡+路堤墻的形式（如圖2），其中，左側(cè)路基放坡坡高3.5m，路堤擋墻高7.4m左右。據(jù)調(diào)查，由于右側(cè)山坳地形的大面積匯水在暴雨季節(jié)排水不暢，導(dǎo)致路堤嚴(yán)重浸水，擋墻基礎(chǔ)承載力下降，同時由于擋墻背部填料透水性差，導(dǎo)致路堤水位上升，進而引起了高路堤水毀現(xiàn)象。

4.2 應(yīng)急處置方案

針對險情，處置方案采用泡沫混凝土輕質(zhì)路堤，即塌方段采用泡沫混凝土路堤+固腳擋墻的方式進行處治，具體方案如圖3所示。

（1）坍塌范圍的坍塌體表層松土全部清除，現(xiàn)狀地面線挖成大臺階狀，澆筑泡沫混凝土，并成臺階狀，臺階平均坡率不陡于1∶1。

（2）原路堤土與泡沫混凝土之間的交界面設(shè)置排水墊層，并在橫向排水孔將原路基土內(nèi)的水引出。

（3）泡沫混凝土路堤底部采用混凝土底板加固，基礎(chǔ)頂部預(yù)留鉚釘，增強與泡沫混凝土路堤的聯(lián)結(jié)。

（4）泡沫混凝土下的底板外側(cè)采用樁基擋墻固腳，徹底消除路基整體向外側(cè)發(fā)生位移的可能性，擋墻及下部承臺均采用C25混凝土澆筑。

（5）泡沫混凝土外墻采用五級臺階式澆筑，臺階坡率為不陡于1∶1.5。

最后僅在1個半月時間之內(nèi)即完成整體搶險任務(wù)，恢復(fù)了高速公路通車，搶險頗具成效（見圖4）。

5 ?結(jié)語

本文研究表明，泡沫混凝土在公路搶險領(lǐng)域（滑坡路基填筑、高擋墻防護和高填方路基填筑）的應(yīng)用，成果好見效快，優(yōu)勢顯著，可推廣應(yīng)用。

因泡沫混凝土獨特的物理特性，還有諸多領(lǐng)域的開發(fā)利用有待研究。同時針對泡沫混凝土的特性研究和性能改進，也必將是未來泡沫混凝土研究的重要方向。

參考文獻

[1] 張景文.再生微粉泡沫混凝土的制備與性能研究[D].西寧：青海大學(xué)，2020.

[2] 鄭寒釗.高速公路軟土地基新型泡沫輕質(zhì)砼防治橋頭跳車處治研究[D].湘潭：湘潭大學(xué)，2020.

[3] 張敏.泡沫混凝土在神池至岢嵐高速公路臺背回填中的應(yīng)用[J].公路交通科技應(yīng)用技術(shù)版，2019，15（8）：61-62.

[4] 柳厚祥，鄭智雄.高地應(yīng)力軟巖公路隧道泡沫混凝土卸壓機理及支護結(jié)構(gòu)研究[J].中國公路學(xué)報，2016，29（11）：122-129.

[5] 肖軍良，周群華.泡沫混凝土在高速公路路堤滑塌搶險工程中的應(yīng)用[J].中外公路，2019，39（2）：5-9.

[6] 徐仁貴，黃天元.泡沫混凝土在高速公路搶險工程中的應(yīng)用[J].交通世界（建養(yǎng).機械），2011（11）：134-135.

[7] 麻春亭.泡沫混凝土在高速公路拓寬工程的應(yīng)用[J].華東公路，2017（6）：86-88.

[8] 周翔.泡沫混凝土在軟土路段高速公路改建工程中的應(yīng)用[J].華東公路，2016（3）：46-48.

[9] 徐建坤，朱益軍，王浩.淺談泡沫混凝土在公路工程中的應(yīng)用[J].浙江建筑，2015，32（6）：59-63.

[10] 楊海林.泡沫混凝土技術(shù)在公路建設(shè)中的應(yīng)用[J].中國公路，2016（13）：132-133.

[11] 萬雷.輕質(zhì)泡沫混凝土在公路工程中的應(yīng)用研究[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2019，46（14）：107-108.