探討某公路項目泡沫輕質(zhì)土路基施工技術(shù)

郭 偉

（貴州省公路工程集團有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

為保證高速公路改擴建工程施工質(zhì)量，有效應(yīng)對各種風(fēng)險因素，可采用新型泡沫輕質(zhì)土路基施工技術(shù)，發(fā)揮輕質(zhì)泡沫土重量輕、自固化、高強度、污染少等優(yōu)點，取代傳統(tǒng)的路基填土施工，實現(xiàn)公路加寬及路基抬升目的，提高路基邊坡施工質(zhì)量，有效抑制路基沉降，提高路基施工效率，同時可降低施工成本[1]。

1 工程概況

由于某高速公路的雙向四車道無法滿足交通需求，交通擁堵情況加劇，現(xiàn)將該高速公路擴建為雙向八車道。工程全長19.9 km，共20個路段的路基采用輕質(zhì)泡沫土填充。左右幅總填筑長度為1 800 m，共需填筑輕質(zhì)泡沫材料25.6 萬m3，應(yīng)用效果理想，帶來了良好的社會經(jīng)濟效益。

2 泡沫輕質(zhì)土填筑路基技術(shù)原理

（1）在攪拌站使用間歇式攪拌設(shè)備。根據(jù)水泥和水的配合比例拌制成水泥基膠凝漿液，用軟管泵泵入中繼站的儲罐備用。

（2）將壓縮空氣加入通過物理發(fā)泡稀釋的輕質(zhì)土水溶液中，用發(fā)泡劑制備泡沫組，然后與水泥基水泥砂漿混合直至得到穩(wěn)定的泡沫輕質(zhì)土[2]。

（3）將制備好的泡沫輕質(zhì)土通過轉(zhuǎn)運至施工現(xiàn)場進行現(xiàn)場填筑，填筑過程應(yīng)分段分層進行，以有效確保泡沫輕質(zhì)土填筑質(zhì)量。

（4）利用泡沫輕質(zhì)土重量輕、流動性好、自固化、強度大、污染少等特點減輕路基填筑荷載，減少地基的附加荷載，抑制地基的不均勻沉降和橫向位移，從而提高路基結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

3 施工工藝流程

施工工藝流程見圖1。

圖1 泡沫輕質(zhì)土施工工藝流程圖

4 施工技術(shù)要點分析

4.1 澆筑區(qū)準備

4.1.1 邊坡開挖

（1）該高速公路采用路基拼寬施工工藝，需要對原有路基進行削坡后開挖臺階。

（2）新舊路基搭接部位臺階寬、高均取1 m，朝向路面中心線的臺階面坡度為1.8%，以確保泡沫輕質(zhì)土澆筑后呈倒梯形。

4.1.2 基底處理

（1）如邊坡較高，施工時需要合理調(diào)整基底埋深，確保基地上部面板塊數(shù)量合理，使基地外側(cè)襟邊間距至少為2 m，基底開挖寬度至少為3 m，嚴格遵循施工設(shè)計要求對基地填土進行整平壓實。

（2）在輕質(zhì)土下部填筑厚30 cm 的碎石基底，確保其排水通暢，并進行調(diào)平，碎石基底表面鋪設(shè)高密度聚乙烯防滲土工膜，以防止地下水侵蝕基底。

4.1.3 面板施工

路基面板澆筑材料為C30 水泥混凝土，確保其實際強度符合施工設(shè)計要求；然后澆筑泡沫輕質(zhì)土，先用鋼筋牢固連接混凝土面板與角鋼，有效控制澆筑過程中的混凝土面板位移與變形[3]。

4.1.4 澆筑區(qū)劃分

（1）根據(jù)施工機械設(shè)備的最大運行效能合理規(guī)劃澆筑區(qū)塊，以保證在水泥砂漿初凝前完成澆筑作業(yè)。

（2）澆筑前需根據(jù)施工機械設(shè)備的運行狀態(tài)、產(chǎn)能以及施工進度計劃等對澆筑體進行區(qū)層劃分，清晰標示出澆筑頂面標高。

（3）采用分層分區(qū)塊的方式填筑泡沫輕質(zhì)土，避免進行路面橫向分區(qū)塊填筑。

（4）如路基尺寸較大，單個澆筑區(qū)塊頂面需控制在350 m2以內(nèi)，該高速公路工程按照縱向間隔18 m 劃分為多個澆筑區(qū)塊，單個區(qū)塊面積為150～250 m2。

（5）根據(jù)施工設(shè)計圖紙，以設(shè)有金屬網(wǎng)的路基層為界劃分多個澆筑層。

4.2 水泥漿制備

（1）在施工場地周邊設(shè)置拌和站，通過攪拌設(shè)備拌制水泥漿，確保施工時的穩(wěn)定供料，拌制時通過高精度電子計量設(shè)備稱量，通過計算機自動控制水泥漿的供應(yīng)，定期標定計量設(shè)備。

（2）水泥強度沒有特殊要求，但需做消泡試驗，確認水泥的濕密度增加率符合施工設(shè)計要求。

（3）基于事先明確的配合比拌制水泥基漿，且需用間歇式攪拌設(shè)備，充分攪拌保證水泥基漿各組分均勻混合，制備過程應(yīng)連續(xù)不間斷，以防止施工時水泥漿發(fā)生局部消泡、初凝，有效保證施工整體質(zhì)量。

4.3 泡沫制備

泡沫群是通過發(fā)泡劑溶液中加入空氣經(jīng)發(fā)泡設(shè)備產(chǎn)生，因此，其性能優(yōu)劣與泡沫穩(wěn)定性密切相關(guān)，工程實踐中，用于發(fā)泡的發(fā)泡劑性能需滿足以下幾點：

（1）環(huán)保無害，優(yōu)先使用表面活性劑；

（2）溫度不低于0 ℃時，發(fā)泡劑不離析；

（3）發(fā)泡劑溶液稀釋比例為40～60；

（4）密度范圍25～45 kg/m3；

（5）發(fā)泡劑發(fā)泡得到的泡沫應(yīng)致密、穩(wěn)定，濕密度增加率10%以下。

4.4 泡沫輕質(zhì)土制備

（1）設(shè)置制備站專門生產(chǎn)泡沫輕質(zhì)土，通過物理加壓方式在發(fā)泡劑溶液中加入壓縮空氣，再通過發(fā)泡設(shè)備產(chǎn)生泡沫群，實際施工時需結(jié)合實際情況合理調(diào)整泡沫輕質(zhì)土的技術(shù)參數(shù)，以確保其濕密度、重度滿足施工設(shè)計要求。

（2）需嚴格按照施工設(shè)計要求設(shè)計配合比，制備泡沫輕質(zhì)土。

（3）根據(jù)確定的配合比確定泡沫含量，產(chǎn)生的泡沫應(yīng)第一之間和水泥基漿料充分混合。通過試驗路段施工試驗獲得的配合比見表1。

表1 泡沫輕質(zhì)土配合比

（4）選用可自動計量泡沫輕質(zhì)土制備原材料的設(shè)備，拌制泡沫輕質(zhì)土?xí)r需靈活調(diào)整水泥漿、泡沫比例。

4.5 澆筑層澆筑準備

（1）清理施工場地：澆筑前需徹底清理澆筑區(qū)基部的雜物，尤其要排凈基部積水，未排干積水前禁止?jié)仓?/p>

（2）澆筑區(qū)布局原則：應(yīng)根據(jù)澆筑設(shè)備的產(chǎn)能及工期合理布局澆筑區(qū)。有效控制施工過程，分段、分層進行澆筑。

（3）設(shè)置變形縫：布設(shè)橫向變形縫，間距20 m，呈縱向排列，變形縫寬度0.5～1.5 cm，用泡沫塑料板填充路基。

（4）鋪設(shè)金屬絲網(wǎng)。橫向鋪設(shè)防滲土工膜、金屬網(wǎng)。金屬網(wǎng)應(yīng)鋪設(shè)在土工膜下方，其直徑為1.5 mm@2.5×2.5。鋪設(shè)金屬絲網(wǎng)時必須使用U 形釘固定，錨桿的垂直間距為2 m，錨桿的水平間距為1.0 m。

4.6 泡沫輕質(zhì)土澆筑

（1）泡沫輕質(zhì)土上部平整，達不到道路超高橫坡要求。因此，僅在路基底部填充泡沫輕質(zhì)土，道路側(cè)向路基橫坡則用傳統(tǒng)填土材料填充并壓實整平。

（2）澆筑泡沫輕質(zhì)土?xí)r可用直接泵方式或管道泵方式。泵送前擰緊并檢查管道連接件，確保連接牢固，避免澆筑時材料泄漏。

（3）為確保泡沫輕質(zhì)土澆筑質(zhì)量，綜合各方面的影響因素可知單個區(qū)塊的澆筑作業(yè)應(yīng)在水泥漿初凝前完成，即初凝前必須完成澆筑。

（4）澆筑時需沿區(qū)塊縱軸從頭至尾連續(xù)澆筑完成。使用多根澆注管道時可以從一端并排澆筑，可采用對角斜澆注法，圖2 為泡沫輕質(zhì)土澆筑方式，包含錯誤的澆筑方式與正確的澆筑方式。

圖2 泡沫輕質(zhì)土澆筑方式

4.7 養(yǎng)護

（1）澆筑作業(yè)完成后等待泡沫輕質(zhì)土成型，其強度達到設(shè)計強度后方可實際應(yīng)用，不能在泡沫輕質(zhì)土澆筑體表面運行施工機械設(shè)備[4]。

（2）澆筑完一層待其硬化后開始澆筑上一層，澆筑前需先用養(yǎng)生專用膜覆蓋澆筑體頂面進行保濕養(yǎng)生，待澆筑到設(shè)計標高時需進行至少3 d 的養(yǎng)生后才能開始下一道工序。

5 施工質(zhì)量控制措施

5.1 人員保證措施

（1）制定并執(zhí)行崗位責(zé)任制，安排專人組織開展現(xiàn)場施工活動，確保各個施工環(huán)節(jié)都有專人負責(zé)，責(zé)任落實到個人。

（2）各個施工場地均安排一名總負責(zé)人，主要工作是制定詳細合理的施工作業(yè)規(guī)程，明確各施工崗位責(zé)任。

（3）增強施工現(xiàn)場人員的施工質(zhì)量控制意識，確保施工技術(shù)人員掌握施工設(shè)計要求，做好施工技術(shù)交底，未通過培訓(xùn)考核禁止上崗操作。

（4）質(zhì)量檢驗人員應(yīng)嚴格按照要求進行施工質(zhì)量檢查，然后報施工監(jiān)理部門審核通過后方可施工。

5.2 設(shè)備、機械保證措施

（1）施工前應(yīng)檢查施工設(shè)備，確保其狀態(tài)良好，按照施工進度合理配置設(shè)備，施工過程中應(yīng)定期檢修設(shè)備，使設(shè)備保持良好的運行狀態(tài)。

（2）合理搭配各種施工設(shè)備建立流暢高效的設(shè)備流水作業(yè)體系，確保體系中各種施工設(shè)備運行狀態(tài)良好。

5.3 材料保證

（1）材料質(zhì)量是決定泡沫輕質(zhì)土整體質(zhì)量的關(guān)鍵因素，由于不同品牌、不同類別、不同廠家的材料質(zhì)量良莠不齊，因此，需做好材料質(zhì)量控制。

（2）入場前必須對材料進行性能試驗，認真篩選材料，質(zhì)量不合格禁止入場，從源頭控制材料質(zhì)量。

5.4 過程控制措施

（1）嚴控測量精度：材料的測量精度直接影響到發(fā)泡輕質(zhì)土的強度、流動性、固化性，因此在測量水泥、氣泡、水時應(yīng)盡量提高測量精度，確保測量結(jié)果精準可靠。

（2）確定合理的檢驗頻次：水泥漿除按相關(guān)施工技術(shù)規(guī)范規(guī)定的頻次進行現(xiàn)場檢測外，還應(yīng)進行不定期抽查，避免因攪拌裝置故障或運輸時間長導(dǎo)致水泥漿質(zhì)量不達標。

（3）質(zhì)量控制：每次澆筑前檢查設(shè)備的完整性和水泥、發(fā)泡劑等關(guān)鍵材料的使用情況，單個區(qū)塊的澆筑作業(yè)應(yīng)一次注完成，避免單個區(qū)塊分多次澆筑。

（4）平整度和強度控制：合理設(shè)置澆筑管道出口位置，避免出料不均勻影響平整度。澆筑后須及時進行覆蓋濕潤養(yǎng)生，防止因暴露失水導(dǎo)致表層出現(xiàn)粉末。

6 效益分析

（1）經(jīng)濟效益：按照施工統(tǒng)計、施工期材料單價計算經(jīng)濟效益，泡沫輕質(zhì)土施工技術(shù)單價高于常規(guī)軟地基施工技術(shù)，但該技術(shù)施工周期短，操作簡單，施工后沉降很小，可節(jié)省施工時間，同時避免施工后沉降導(dǎo)致的常見質(zhì)量問題。

（2）社會效益：輕質(zhì)泡沫土填筑施工技術(shù)能有效減少路堤施工總成本，加快施工進度，減少環(huán)境污染和生態(tài)破壞，增加路基結(jié)構(gòu)的耐久性，可垂直填筑，占用土地資源少。特別是在路堤高、坡度陡的區(qū)塊使用輕質(zhì)泡沫土可降低路基處理成本，間接節(jié)約林地資源，具有良好的社會效益。

7 結(jié)論

綜上所述，為保證高速公路改擴建工程質(zhì)量，控制各種施工風(fēng)險，可用新型泡沫輕質(zhì)路基施工技術(shù)，該技術(shù)的優(yōu)點主要包括以下幾點：

（1）泡沫輕質(zhì)土屬于人造材料，其容重遠低于傳統(tǒng)土體，調(diào)整其中的泡沫、膠凝配比，按照不同組分用量、氣泡率靈活調(diào)整泡沫輕質(zhì)土的密度、強度。

（2）泡沫輕質(zhì)土可由計算機控制實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，水泥用作固化劑，獲取途徑多，施工簡便；用專門設(shè)置的攪拌站拌制、施工管道輸送水泥，施工過程中泡沫輕質(zhì)土可實現(xiàn)自動流平、自動固化，無需使用大型施工設(shè)備，施工占用空間小，避免特殊區(qū)域的管線移動。

（3）泡沫輕質(zhì)土是一種水泥基材料。與高分子材料相比，具有優(yōu)異的強度、耐熱性、耐油性，具有與水泥材料相同的耐久性?？梢猿浞掷梅勖夯?、礦粉等工業(yè)廢棄物，避免工業(yè)廢棄物的二次污染，對于環(huán)境保護具有重要的實際意義。

（4）減少回填荷載，降低地基要求，減少施工后沉降。泡沫輕質(zhì)土對原有地基要求不高。其密度低、重量輕，能有效降低回填荷載，減小地基受力，從而有效抑制工后沉降。

（5）結(jié)構(gòu)方便高效，施工速度快，施工成本低。常見的復(fù)合地基大多為隱蔽施工，施工質(zhì)量難以保證。泡沫輕質(zhì)土技術(shù)為非隱蔽工程，施工質(zhì)量易控制。