輕質泡沫混凝土在高速公路改擴建工程中的應用

陳漢霖，陳海榮，朱傳新

(廣西北部灣投資集團有限公司沿海高速公路分公司，廣西 南寧 535009)

0 引言

隨著我國經濟的快速高質量發(fā)展，道路交通運輸更彰顯其難以替代的作用。高速公路作為連接各地經濟的運輸動脈，其建設長期以來得到國家高度重視。在既有道路兩側路基拼寬形成整體新路面結構是目前常用的高速公路改擴建方式，但由于新舊路基的填料不同、施工質量和自然固結時間不相同，在相同車輛荷載的作用下，路基容易發(fā)生不同程度沉降，將給后期運營帶來一定的安全質量隱患。改擴建路基施工需增加征地，特別是放坡填筑，將會占用大量的土地資源，與國家倡導的環(huán)境資源保護相互沖突。輕質泡沫混凝土作為一種具有輕質性、高流動性、自立性、耐久性的新型材料，逐漸應用在路基回填、橋隧建設等領域，并取得了良好的經濟、社會效果[1]?，F(xiàn)以欽北高速公路改擴建工程中輕質泡沫混凝土的應用作為研究對象，探討該材料在現(xiàn)場實際應用的可靠性。

1 工程概況

欽北高速公路由主線欽州至山口段和北海支線組成，全長139.5 km。主線采用兩側拼寬的方式，由原雙向四車道高速公路改擴建為八車道高速公路，設計速度采用120 km/h。項目位于廣西沿海地區(qū)，沿線所經的區(qū)域經濟發(fā)達、土地資源短缺，高速公路兩側大多為耕地和村鎮(zhèn)。部分路段征地范圍涉及永久耕地農田、居民住房等，征地較為困難。為響應國家環(huán)保政策，同時降低改擴建工程對附近居民的影響，改擴建工程大量使用輕質泡沫混凝土作為回填材料，便于工程開展。本文主要以欽北高速公路改擴建工程K2167+475～K2168+254段左右幅的路基回填工程作為實例，對輕質泡沫混凝土的特點及施工進行研究。

2 輕質泡沫混凝土特性

輕質泡沫混凝土是一種具有泡沫形態(tài)且相對于其他土體容重更輕的土體，其通過發(fā)泡工藝將發(fā)泡劑、水溶液加工成泡沫，并與使用水泥和其他添加劑制備成的砂漿相混合制成的一種輕質微孔材料，在工程領域中，這種材料也被稱為輕質泡沫混凝土、氣泡混合輕質泡沫混凝土等。其具有四大優(yōu)點：

(1)質量輕。輕質泡沫混凝土內均勻布滿了通過發(fā)泡工藝形成的膠質泡沫孔隙，降低了質量體積比重，容重范圍為4～13 kN/m3，與在工程中普遍使用的土石回填材料相比質量更輕。

(2)流動性好。輕質泡沫混凝土的組成材料里沒有粗集料，其流動性能遠高于普通混凝土，具有良好的流動性。在施工應用中可直接使用軟管泵送，最大泵送距離可達到800 m。同時，因為具有良好的流動性，輕質泡沫混凝土可實現(xiàn)自流平并自密實，無須再次振搗。

(3)強大的自立性。輕質泡沫混凝土作為水泥拌和料，具有普通混凝土的初凝固化特征，在達到初凝(5 h)節(jié)點后便可形成固結狀態(tài)。固結后的輕質泡沫混凝土對側面結構物無側壓力，可大面積、大體積地垂直澆筑。

(4)良好的耐久性。輕質泡沫混凝土作為水泥類材料，其使用壽命等性能與普通混凝土相當，具備較好的耐久性[2]。

2.1 工藝流程

輕質泡沫混凝土施工流程較為簡單，如圖1所示。原材料分為主要材料和輔助材料，其中，主要材料為水泥、高爐礦渣粉、粉煤灰和發(fā)泡劑，輔助材料為角鋼、金屬網、土工格柵和導水管等。本項目采用華潤42.5級散裝水泥，粉煤灰為廣西玉林市銀隆建材有限公司經銷。各種材料均須進場檢測，并提供合格證和檢查報告。

圖1 輕質泡沫混凝土施工工藝流程圖

2.2 配合比及指標

輕質泡沫混凝土的配合比是質量管控的關鍵，也是成本管理的重點。綜合考慮本項目路基填筑高度、整體受力效果和成本，分為0.8 MPa和1.0 MPa兩個不同強度的配合比，如表1所示。

表1 輕質泡沫混凝土配合比設計表

輕質泡沫混凝土技術指標應符合《現(xiàn)澆泡沫輕質土技術規(guī)范》(CECS249-2008)要求，并根據現(xiàn)場工程特點進行調整，K2167+475～K2168+254路段各指標執(zhí)行情況如表2所示，滿足規(guī)范要求。

表2 輕質泡沫混凝土技術指標表

3 施工管理

3.1 施工準備

(1)在澆筑前，應提前對即將使用的輕質泡沫混凝土攪拌機、發(fā)泡裝置、空壓機、發(fā)電機、泵送系統(tǒng)、測量及質檢等儀器進行檢測、調試，試運行正常后方可進行澆筑。

(2)依據設計圖紙中標明的坐標等數(shù)據，在現(xiàn)場放樣出各個控制樁，并進行首件試驗段施工。

3.2 開挖臺階

施工前應按照要求，將原路堤邊坡表面的護欄結構物拆除，同時清除原路基表層的植皮和表面浮土30 cm，然后對原路堤邊坡按1∶1進行削坡開挖出臺階，要求開挖出的臺階寬度≥1.0 m，并做成向內傾斜2%坡度的反坡。臺階必須密實、無松散物。每級臺階均應每間隔5 m設置級配碎石盲溝，外包透水土工布，同時橫向間距5～15 m布置φ15 cm軟式透水管。見圖2。

圖2 拼寬路基銜接示意圖(cm)

3.3 基底處理和基礎澆筑

輕質泡沫混凝土澆筑前，必須保證基坑平整無積水，如有水必須采取排水或降水措施將基坑內積水排盡?；讘M行碾壓，保證基底承載力≥100 kPa?；A上應預留最下一級擋板的安裝槽口，擋板安裝時，在安裝槽口抹M15砂漿，以堵塞擋板和槽口間的空隙。直接在原地面上澆筑的輕質泡沫混凝土，基底應根據設計圖紙要求設置透水管或級配碎石盲溝。

3.4 擋板預制安裝

按各個斷面上保護擋板為整數(shù)的要求確定各個斷面的保護擋板基礎頂面標高。根據本項目的設計要求，擋板采用預制的方式，采用C30細石混凝土，單塊擋板的尺寸為90 cm×30 cm，厚度為4 cm。在基礎上每隔90 cm預埋75 mm×75 mm×6 mm的角鋼，在角鋼上焊接連接鋼筋，用以固定保護擋板。擋板通過拉桿與角鋼焊接固定。擋板的拉桿、連接鋼筋及支柱均需進行防銹、防腐處理。在預留沉降縫和伸縮縫處，擋板及其基礎亦應斷開，同時需注意擋板的寬度和拉桿位置。在邊部和角隅位置存在異型擋板，預制時須注意，此時宜適當調整預埋筋的位置，同時需采取措施注意固定好異型擋板。在擋板之間勾凹縫，也可勾平縫。勾縫需光滑、圓順、美觀。在澆筑擋板基礎時，應預留出滲水盲溝的出水空間。

3.5 輕質泡沫混凝土填筑及養(yǎng)護

輕質泡沫混凝土施工前，應將路基劃分為面積≤400 m2、長軸≤30 m的澆筑區(qū)，每個澆筑區(qū)單層澆筑厚度宜為0.3～1.0 m。輕質泡沫混凝土路堤每隔10～15 m應設置一道變形縫。泡沫宜采用壓縮空氣與發(fā)泡劑水溶液混合的方式生產，不得采用攪拌發(fā)泡法。施工用的原材料配合比要采用電子計量，計量精度均為±2%，且用于制備輕質泡沫混凝土的料漿在儲料裝置中的停滯時間宜≤1.5 h。泡沫土通過軟管澆筑，出料軟管前端出料口可直接埋入已澆筑的輕質泡沫混凝土中。單個澆筑區(qū)澆筑層的澆筑時間不得超過水泥漿的初凝時間。上下相鄰兩層的澆筑間隔時間宜≥8 h。輕質泡沫混凝土路基頂部為水平，澆筑完畢后，輕質泡沫混凝土頂面做臺階型水平打造，同時通過級配碎石墊層調整縱、橫斷面坡度。輕質泡沫混凝土頂面需布設一層HDPE防滲土工膜，防滲土工膜應采用GH-1型聚乙烯土工膜，厚度為0.5 mm，搭接寬度應≥5 cm。輕質泡沫混凝土縱向每隔10～15 m設置一道變形縫，變形縫寬1～2 cm，全斷面填塞聚苯乙烯板，聚苯乙烯板的表觀密度宜≥15 kg/m3。變形縫附近橫向鋪設φ15 cm軟式透水管[3]。

輕質泡沫混凝土不得在雨天施工。已施工完成但尚未硬化的輕質泡沫混凝土，如遇到雨天需采取遮雨措施。輕質泡沫混凝土澆筑至設計厚度后，需覆蓋塑料膜或無紡土工布進行保濕養(yǎng)生，養(yǎng)生時間宜≥7 d。同時宜在氣溫≥5 ℃時澆筑，否則應采取保溫措施。另外，只有路基頂部澆筑的輕質泡沫混凝土強度達到≥0.5 MPa時，才可以進行后續(xù)施工。

輕質泡沫混凝土頂部以下1.0 m高度范圍內設置兩層鋼塑土工格柵；填筑高度5 m≤H≤8 m時，在輕質泡沫混凝土路基頂、底部1.0 m以內分別設置兩層鋼塑土工格柵；填筑高度>8 m時，除在輕質泡沫混凝土路基頂、底部1.0 m以內分別設置兩層鋼筋網外，每隔4 m再設置兩層鋼塑土工格柵。鋼塑土工格柵采用GSGSS0-80型，鋪設時應采用φ8 mm鋼筋錨固，錨固點按1.5 m×1.5 m間距設置。

4 質量檢驗

K2167+475～K2168+254路段作為輕質泡沫混凝土拼寬路基的試驗段，以縱長度50 m或400 m2為一個單位澆筑區(qū)。每一澆筑區(qū)、澆筑層都要進行嚴格的現(xiàn)場質量控制和中間檢驗，確保驗收合格，保證澆筑質量。輕質泡沫混凝土澆筑前后，由監(jiān)理和檢測單位對施工區(qū)進行階段性質量檢查，如表3、表4所示。數(shù)據顯示質量控制和中間檢驗均符合規(guī)范要求。

表3 輕質泡沫混凝土澆筑層中間質量檢驗表

表4 輕質泡沫混凝土路基工程質量檢驗實測項目表

5 應用效果

為了檢驗K2167+475～K2168+254路段澆筑輕質泡沫混凝土的沉降情況，項目選取了相同地質、相同環(huán)境和工程條件下，采用填土夯實拼寬的K2172+000～K2172+500段進行連續(xù)跟蹤對比。路基采集的沉降數(shù)據如圖3所示，由圖可知，輕質泡沫混凝土沉降量比傳統(tǒng)填土路基沉降更小，工程效益更好[4]。

圖3 不同回填材質沉降觀測數(shù)據對比圖(m)

K2167+475～K2168+254段采用澆筑輕質泡沫混凝土拼寬路基施工后，路基邊線平順、整體外觀良好，頂面無不合格沉陷和不合格裂縫，達到工程預期效果。為了減少路基征地和對周邊土地資源的影響，同時加快施工進度，欽北改擴建工程對耕地紅線保護區(qū)內3.397 km路基拼寬實施澆筑輕質泡沫混凝土施工，節(jié)約了17 000 m2耕地和141 054 m3土石方，有效保護了資源。

6 結語

輕質泡沫混凝土作為工程領域的一種新材料，其具有輕質性、高流動性、自立性、耐久性等特性，特別適用于改擴建工程的路基填筑。欽北高速公路改擴建工程大量應用輕質泡沫混凝土，加快了現(xiàn)場施工進度，減少了對周邊基本農田的征收，填筑后強度較好、整體沉降較少，具有更好的經濟和社會效益。輕質泡沫混凝土施工方便，材料要求制約性少，工序相對簡單，能在一定程度上縮短工期，值得在同類工程中進行推廣。