泡沫輕質(zhì)土及其在改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用分析

李劍超

（廣西北部灣投資集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530001）

0 引言

基于我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路交通網(wǎng)絡(luò)日益完善。在進(jìn)行軟基處理，尤其是改擴(kuò)建工程中兩側(cè)或單側(cè)拓寬路基處理時(shí)，往往施工工期長、占地面積大，且極易出現(xiàn)新舊路基沉降差異較大的問題，從而影響后期公路運(yùn)行。在此背景下，泡沫輕質(zhì)土憑借自身優(yōu)良的性能逐漸得到了諸多施工單位的青睞[1]。

泡沫輕質(zhì)土的特點(diǎn)是質(zhì)輕、自密實(shí)，因此運(yùn)輸和施工均較為便利。泡沫輕質(zhì)土無需機(jī)械碾壓振搗，對施工場地面積、機(jī)械設(shè)備等均無硬性要求，可滿足不同工程項(xiàng)目施工需求。本文以廣西南寧經(jīng)欽州至防城港段改擴(kuò)建工程為例，對泡沫輕質(zhì)土的工程實(shí)際運(yùn)用展開分析。

1 項(xiàng)目背景

本項(xiàng)目為起迄樁號K0+080～K17+600 的施工標(biāo)段。該標(biāo)段起點(diǎn)位于欽州市黃屋屯鎮(zhèn)卜家互通附近，路線呈南北走向，自起點(diǎn)向南沿欽防高速橫跨西江、沖侖江之后直至終點(diǎn)茅嶺互通附近，總里程17.5 km，改4 車道為8 車道，其中K4+300～K6+000為單側(cè)加寬右幅新建。

本項(xiàng)目K13+888～K14+025 段左幅、K14+050～K14+275 段右幅填方征地紅線緊靠當(dāng)?shù)卮迕穹课?，常用的路基填筑施工方法在進(jìn)行機(jī)械碾壓時(shí)有可能導(dǎo)致房屋開裂或坍塌。為減少路基填方施工對周邊房屋造成的影響，采用輕質(zhì)泡沫土填筑以上2 段路基，使填方坡腳線往路基中線收縮，做到不占用房屋并減少因機(jī)械碾壓施工導(dǎo)致的房屋開裂或坍塌風(fēng)險(xiǎn)。

2 泡沫輕質(zhì)土結(jié)構(gòu)與性能指標(biāo)分析

2.1 泡沫輕質(zhì)土結(jié)構(gòu)

泡沫輕質(zhì)土是將發(fā)泡劑水溶液制作為泡沫，并與水泥、集料、水等混合攪拌而成[2]，具體制作流程見圖1。

圖1 泡沫輕質(zhì)土制作流程

泡沫輕質(zhì)土的結(jié)構(gòu)見圖2。由圖2 可知，泡沫輕質(zhì)土的結(jié)構(gòu)主要有：

圖2 泡沫輕質(zhì)土的結(jié)構(gòu)

（1）基質(zhì)土。包括砂質(zhì)土、粉土、黏性土、工程廢棄土，顆粒直徑應(yīng)控制在5 mm 以內(nèi)，確保混合均勻性。

（2）氣泡。包括化學(xué)氣泡和物理氣泡2 種。前者主要是使用引氣劑，通過水化反應(yīng)生成的氣泡；后者主要是使用起泡劑攪拌生成的氣泡。同時(shí)，為保證氣泡穩(wěn)定性，可采取摻入穩(wěn)泡劑、控制泡沫輕質(zhì)土凝結(jié)時(shí)間等方法。

（3）固化劑。此為膠凝材料，主劑以水泥為主，具有加固土體骨架的作用；輔劑主要有石膏粉、硅粉等，具有催化、早凝等作用。

2.2 泡沫輕質(zhì)土性能指標(biāo)

泡沫輕質(zhì)土具有明顯輕質(zhì)性，其密度可根據(jù)工程實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，常用范圍500～1 300 kg/m3。工程應(yīng)用中，泡沫輕質(zhì)土單層澆筑厚度以1 m 以內(nèi)為宜，否則極易導(dǎo)致其底部壓縮變形。另外，通過控制配合比，可實(shí)現(xiàn)對泡沫輕質(zhì)土強(qiáng)度的調(diào)整。本項(xiàng)目泡沫輕質(zhì)土最小強(qiáng)度等級為：泡沫輕質(zhì)土厚0.8 m 時(shí)，其表層CF 值為1.0、底層CF 值為0.8，具體性能指標(biāo)見表1。

表1 泡沫輕質(zhì)土性能指標(biāo)[3-4]

3 改擴(kuò)建工程中泡沫輕質(zhì)土施工技術(shù)要點(diǎn)分析

廣西南寧經(jīng)欽州至防城港段改擴(kuò)建工程路基填筑施工時(shí)，泡沫輕質(zhì)土的應(yīng)用具有一定特殊性，其無需碾壓振動，做好模板施工與澆筑養(yǎng)護(hù)工作即可。

本項(xiàng)目計(jì)劃施工工期為20 d，2019 年6 月15開始施工，2019 年7 月5 日完工。泡沫輕質(zhì)混凝土施工隊(duì)1 個(gè)班組6 人，模板2 套，HZS150 水泥混凝土拌合站1 套，玉柴6112 型發(fā)電機(jī)組1 臺（150 kW），混凝土攪拌運(yùn)輸車（10 m3）4 臺。

具體施工計(jì)劃如下：

（1）2019-06-15：場地平整、臺階開挖。

（2）2019-06-16：回填墊層碎石。

（3）2019-06-17～2019-06-21：第1 次澆筑。

（4）2019-06-22～2019-06-26：第2 層澆筑。

（5）2019-06-26～2019-06-30：第3 層澆筑。

（6）2019-07-01～2019-07-05：第4 層澆筑。

本項(xiàng)目泡沫輕質(zhì)土施工流程見圖3。

圖3 泡沫輕質(zhì)土施工流程圖

具體施工要點(diǎn)如下：

（1）基槽開挖及降水。開挖前，路基外側(cè)施作降水井，泡沫輕質(zhì)土路基基坑四周挖排水溝、集水井。根據(jù)設(shè)計(jì)的寬度、高度對原有路基進(jìn)行開挖臺階處理，臺階寬度不小于2 m，并往內(nèi)側(cè)傾斜3%。

（2）墊層施工?；坶_挖或基底處理滿足要求后換填厚40 cm 的碎石墊層，碎石級配要求滿足設(shè)計(jì)圖及相關(guān)施工規(guī)范要求。

（3）模板安裝。泡沫輕質(zhì)土外側(cè)使用預(yù)制混凝土擋板作為模板，采用型鋼作為模板支撐，澆筑完成后，混凝土擋板作為永久外側(cè)防護(hù)，提高泡沫輕質(zhì)土耐久性。

（4）泡沫輕質(zhì)土施工。本項(xiàng)目嚴(yán)格按試驗(yàn)配合比備料，根據(jù)所用自來水和發(fā)泡劑進(jìn)行的室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，施工時(shí)擬采用的配合比見表2（最終采用的配合比以施工現(xiàn)場所用材料經(jīng)過試配以及監(jiān)理見證批準(zhǔn)的配合比為準(zhǔn)）。采用配管泵送施工方法，澆筑時(shí)出料口與澆注面高差不大于1 m。

表2 施工時(shí)擬采用的配合比

（5）變形縫設(shè)置。填筑輕質(zhì)土的長度超過10 m 時(shí)，每10 m 設(shè)1 道沉降縫，縫寬2 cm，填充聚苯乙烯板（見圖4）。

圖4 現(xiàn)場施工圖

（6）鋪設(shè)鋼絲網(wǎng)。按照設(shè)計(jì)要求，泡沫輕質(zhì)土澆筑體在距底部1 m 及距頂部1 m 處各設(shè)置1 層φ2.5 mm@2.5×2.5 cm 鍍鋅鐵絲網(wǎng)；當(dāng)填筑高度大于5 m 時(shí)，在中部增設(shè)1 層φ2.5 mm@2.5×2.5 cm 鍍鋅鐵絲網(wǎng)。搭接長度不小于20 cm。

（7）鋪設(shè)HDPE 防滲土工膜。按照設(shè)計(jì)要求，泡沫輕質(zhì)土澆筑體在距底部1 m 及距頂部1 m 處各設(shè)置1 層HDPE 防滲土工膜，相鄰?fù)凉つご罱硬恍∮? cm。HDPE 防滲土工膜技術(shù)指標(biāo)見表3。

表3 HDP E 防滲土工膜技術(shù)指標(biāo)

（8）防撞墻鋼筋預(yù)埋。待泡沫輕質(zhì)土澆筑到頂部時(shí)，進(jìn)行防撞墻鋼筋預(yù)埋，防撞墻按照本項(xiàng)目擋墻防撞墻進(jìn)行施工。

（9）泡沫輕質(zhì)土養(yǎng)護(hù)。泡沫輕質(zhì)土覆蓋養(yǎng)護(hù)應(yīng)超過7 d，7 d 前嚴(yán)禁人員行走、堆積物品。

4 泡沫輕質(zhì)土在改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用優(yōu)勢

根據(jù)以上分析可知，泡沫輕質(zhì)土具有質(zhì)輕、強(qiáng)度高、耐久性好等諸多優(yōu)勢，在道路加寬擴(kuò)建、路面基層及軟基換填、橋臺背填筑、機(jī)場道面墊層、滑坡路段填筑中均可獲得較好的應(yīng)用效果[5]。與傳統(tǒng)軟基處理方法相比，泡沫輕質(zhì)土的處理效果更佳。

4.1 傳統(tǒng)軟基處理存在的問題

在改擴(kuò)建工程項(xiàng)目實(shí)施中，傳統(tǒng)軟基處理方法往往面臨著以下問題：

（1）需進(jìn)行新的征地。

（2）軟基路堤兩側(cè)或單側(cè)拼接加寬后，新舊路基下地基固結(jié)差異及傳統(tǒng)拓寬填料的受荷壓縮，使其極易出現(xiàn)沉降差異，導(dǎo)致路面破壞。

（3）路基拓寬施工時(shí)，軟土地基處理對作業(yè)空間要求較大，且存在施工擾動情況；工期相對較長，對交通影響較大。

上述問題直接導(dǎo)致改擴(kuò)建工程實(shí)施存在諸多限制，且征地范圍的擴(kuò)大、施工工期的延長，導(dǎo)致相應(yīng)的項(xiàng)目成本大大增加，在經(jīng)濟(jì)效益方面略顯不足。

4.2 泡沫輕質(zhì)土運(yùn)用優(yōu)勢

在道路改擴(kuò)建工程中，應(yīng)用泡沫輕質(zhì)土可將拓寬處理對象從軟基轉(zhuǎn)變?yōu)槁返?，降低了軟基附加?yīng)力，有利于簡化軟基施工，尤其對于路堤填筑高度較大（大于3 m）或施工作業(yè)面狹窄的路段，泡沫輕質(zhì)土路堤加寬方法更能體現(xiàn)其優(yōu)越性[6]，主要優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）泡沫輕質(zhì)土固化后，可實(shí)現(xiàn)垂直填筑，有利于節(jié)省用地，減少征地拆遷。

（2）泡沫輕質(zhì)土質(zhì)輕，可有效減少填土載荷，減少拓寬路基軟基處理費(fèi)用，減少新老路基差異沉降。

（3）泡沫輕質(zhì)土自密實(shí)，無需振搗，可采取管道泵送施工方法，作業(yè)面相對較小，施工干擾小。

（4）泡沫輕質(zhì)土施工工期短，對交通影響小。

本次改擴(kuò)建施工中，K13+888～K14+025 段左幅及K14+050～K14+275 段右幅采用泡沫輕質(zhì)土施工方法，減少了路基施工對周邊的影響，保證了路基作業(yè)質(zhì)量與周邊安全。

5 結(jié)語

（1）泡沫輕質(zhì)土質(zhì)輕、施工便利、施工工期短，在控制地基不均勻沉降、側(cè)移方面表現(xiàn)優(yōu)異，將其用于道路地基處理、新舊地基搭接處理具有較好效果，尤其是改擴(kuò)建工程中此材料的應(yīng)用具有顯著優(yōu)勢。

（2）在工程實(shí)踐中，應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況合理配置泡沫輕質(zhì)土，控制好各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，同時(shí)規(guī)范開展各道工序作業(yè)，加強(qiáng)質(zhì)量檢驗(yàn)與管理，確保地基質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。