泡沫輕質(zhì)土在臺背回填施工中的應(yīng)用

梁志鵬，肖得

（中交一公局第二工程有限公司，江蘇蘇州 215000）

1 引言

我國自2002年從國外引進泡沫輕質(zhì)土后，對其進行了深入的研究和改良，并在建筑工程界得到了應(yīng)用。本文主要介紹泡沫輕質(zhì)土在高速公路橋涵臺背回填中的應(yīng)用[1]。

2 應(yīng)用背景

某公路工程位于黃河沖積平原區(qū)，施工難度大，使用單一的填筑方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場施工質(zhì)量，為減少地基和路基沉降，采用新型的泡沫輕質(zhì)土路基填筑，有效地解決了這一難題。

3 泡沫輕質(zhì)土的特點

泡沫輕質(zhì)土是一種加入發(fā)泡劑后產(chǎn)生泡沫，待泡沫凝固后形成的輕質(zhì)型混凝土，其原材料主要包括水泥、水和發(fā)泡劑，是公路建設(shè)領(lǐng)域的一種新型輕質(zhì)路基填筑材料，它具有較強的輕質(zhì)性、獨立性、重度和強度可調(diào)節(jié)性、自流性、環(huán)保性、經(jīng)濟性及施工便捷性等特性。

3.1 輕質(zhì)性、獨立性

輕質(zhì)是現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的主要特征，可以大幅度減輕自身的荷載，減少地基的附加應(yīng)力，從而減小地基的不均勻沉降和側(cè)移，提高路基的穩(wěn)定性。對橋臺結(jié)構(gòu)的推擠作用非常小，可以得到很好的施工效果。

3.2 重度、強度可調(diào)節(jié)性

試驗室調(diào)整原材料的配合比時，需根據(jù)現(xiàn)場實際需要，在設(shè)計范圍值內(nèi)調(diào)整現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的重度和強度。一般將現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的重度控制在5~10 kN/m3；在不同的施工部位，泡沫輕質(zhì)土的視密度和無側(cè)限抗壓強度見表1。由此可見，良好的可調(diào)節(jié)性可以滿足不同工程項目的需要，具有非常重要的應(yīng)用推廣意義。

表1 無側(cè)限抗壓強度

3.3 泡沫輕質(zhì)土的自流性及施工便捷性

泡沫輕質(zhì)土作為路基填筑的替代材料，在澆筑施工時無須振搗碾壓，它可以自動密實，可以更好地解決臺背壓實難度大等問題。另外，其良好的施工性還體現(xiàn)在現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土可連續(xù)澆筑施工。

3.4 經(jīng)濟性

泡沫輕質(zhì)土的應(yīng)用減小了地基的附加應(yīng)力，減輕了路基的質(zhì)量，并較少了征地面積。在臨空面垂直情況下，臺背路堤安全系數(shù)均在2.00以上，與砂礫相比安全系數(shù)提升約20%，能夠大大延長公路的使用壽命，節(jié)約大量的養(yǎng)護資金，經(jīng)濟效益顯著。

3.5 環(huán)保性

發(fā)泡劑是泡沫輕質(zhì)材料中的組成部分，是一種不含甲醛、苯等有害物質(zhì)的環(huán)保材料，能有效防止環(huán)境出現(xiàn)污染，對于環(huán)境與工程項目的可持續(xù)發(fā)展具有極強的現(xiàn)實意義，社會效益顯著。

4 泡沫輕質(zhì)土主要施工工藝

4.1 準備階段

4.1.1 制備泡沫輕質(zhì)土

使用泡沫輕質(zhì)土施工前，實驗室應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求的配合比，將水、水泥準備好，同時制備泡沫群。最后，將泡沫與水泥漿混合充分后，形成泡沫輕質(zhì)土成品。

4.1.2 泡沫輕質(zhì)土試驗器具選用

試驗器具包括：

1）容量筒：金屬制成，凈高10.9 cm、內(nèi)徑10.8 cm、筒壁厚2 mm，容積為1 L。

2）圓筒：內(nèi)徑80 mm、凈高80 mm、筒壁厚2 mm，材質(zhì)為金屬質(zhì)塑料。

3）電子秤：量程3 000 g，精度0.1 g。

4）平板：塑料板或光面瓷磚，厚度1 cm，邊長30 cm。

5）游標(biāo)卡尺：量程≥300 mm，精度0.1 mm。

6）試驗用攪拌機：容量≥30 L，轉(zhuǎn)速≥30 r/min；具有攪拌定時功能。

4.1.3 室內(nèi)泡沫輕質(zhì)土制備

1）施工前，將所需的材料提前運至室內(nèi)，拌和時溫度要求為20~25℃。

2）試驗用發(fā)泡劑、水泥、粉煤灰等相關(guān)材料需與施工現(xiàn)場使用材料保持一致。

3）泡沫的用量應(yīng)當(dāng)通過容量筒計量，其他材料都要使用稱量計量，計量精度要與水泥0.5%、粉煤灰1%、泡沫0.5%的計量精度相吻合。

4.1.4 濕密度測定

1）將容量筒內(nèi)外壁清洗干凈，并用干抹布擦拭晾曬至無水分，然后稱其質(zhì)量，精確至1 g。

2）將事先備好的泡沫輕質(zhì)土放入容量筒內(nèi)，泡沫輕質(zhì)土需高于筒口，然即將高出筒頂?shù)呐菽p質(zhì)土水平刮掉，使泡沫輕質(zhì)土與筒口保持水平。

4.1.5 消泡試驗先由實驗室提前制備好輕質(zhì)土，然后展開消泡試驗：

1）試驗員對攪拌筒內(nèi)泡沫輕質(zhì)土濕密度進行檢測。

2）將攪拌時間設(shè)定為1 min。

3）開啟攪拌機，按照設(shè)定時間攪拌制備好的泡沫輕質(zhì)土。

4）攪拌完成后，對成型泡沫輕質(zhì)土濕密度檢測并試驗。

4.1.6 材料選用

1）泡沫輕質(zhì)土原材料：發(fā)泡劑、水泥、水。

2）路基材料：木膠板、泡沫板等。

利用發(fā)泡倍數(shù)、堅韌性、泌水率等指標(biāo)，對不同泡沫的需求進行鑒定。施工中要達到質(zhì)量要求。發(fā)泡劑要求見表2。

表2 發(fā)泡劑要求

4.2 施工流程

4.2.1 側(cè)向擋板安裝

臺背側(cè)方采用鋼筋混凝土及裝配式掛板作為輕質(zhì)土填筑模板，設(shè)計擋墻掛板的規(guī)格為90 cm×30 cm×4 cm的C30混凝土預(yù)制板。施工過程中，基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土，厚度為0.3 m，設(shè)計原地面往上50 cm采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，原地面50 cm以上采用裝配式混凝土預(yù)制塊拼裝，預(yù)制塊通過鋼絲連接，受力龍骨為厚度5 mm的槽鋼或三角鋼[4]。

4.2.2 泡沫輕質(zhì)土輸送

一般采用混凝土車對泡沫輕質(zhì)土進行輸送會產(chǎn)生顛簸和震動，從而導(dǎo)致氣泡消解。采用設(shè)備泵送的方式進行澆筑，可以很好地保護氣泡群的整體性。

4.2.3 澆筑

采用泡沫輕質(zhì)土設(shè)備泵送方式進行泡沫輕質(zhì)土澆筑，輸送管移動時需要緩慢挪動，避免輸送的泡沫破碎。分層澆筑時間間隔為每層8~14 h。

4.2.4 養(yǎng)護

泡沫輕質(zhì)土澆筑完成后，將表面使用尺桿刮平，隨即進行灑水保濕養(yǎng)護。12~14 h后方可進行下一道施工工序。

4.2.5 沉降觀測

施工結(jié)束后，需要對澆筑的泡沫輕質(zhì)土進行定期沉降觀測，無沉降可進行下道施工工序。

4.3 泡沫輕質(zhì)土澆筑注意事項

4.3.1 澆筑施工要求

泡沫輕質(zhì)土中的氣泡易揮發(fā)，氣泡群易破碎，因此，在施工過程中應(yīng)盡量減少持續(xù)振動。進行輕體填土施工時，如考慮泡沫土自重過大，氣泡會被壓縮。根據(jù)類似工程施工經(jīng)驗，施工之前，要在小結(jié)構(gòu)物邊墻上畫上標(biāo)記，避免澆筑厚度太厚，導(dǎo)致自重過大而影響泡沫輕質(zhì)土質(zhì)量。

4.3.2 泡沫輕質(zhì)土澆筑施工要點

1）路基施工時預(yù)留出泡沫輕質(zhì)土澆筑位置，逆向開挖臺階，高1 m，長2 m。換填及壓實施工必須滿足工程要求的基底壓實度和承載力和平整度。

2）澆筑泡沫輕質(zhì)土?xí)r，不能一次全部澆筑完成，需要有時間間隔，溫度控制在15℃以上，現(xiàn)場澆筑泡沫輕質(zhì)土?xí)r間間隔不能小于12 h。

3）在澆筑過程中，泡沫輕質(zhì)土澆筑時間要控制在4 h內(nèi)，并做到工完料清，及時清洗管道，避免泡沫輕質(zhì)土在管道中凝固造成管道堵塞。泡沫輕質(zhì)土施工分層進行澆注：單層厚度控制在30~80 cm，且80 cm為最佳；同一部位上下相鄰澆筑層應(yīng)留有時間間隔達到相應(yīng)強度，當(dāng)氣溫≥15℃時，澆筑時間間隔應(yīng)控制在不小于12 h，否則按照不小于24 h控制。必須在水泥漿終凝時間內(nèi)控制泡沫輕質(zhì)土單個澆筑施工時間。

4）澆筑過程中，澆筑管需前后移動，盡可能避免左右移動澆筑管。

5）盡量避免在剛澆筑好的泡沫輕質(zhì)土上走動，影響氣泡群的穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

泡沫輕質(zhì)土作為新型建筑材料，能有效消除填料自身的工后沉降，對于軟土路基，能有效解決橋頭跳車、緩解橋臺與臺背路基的剛性突變等質(zhì)量通病。隨著科學(xué)技術(shù)和施工工藝的日趨成熟，泡沫輕質(zhì)土值得在更多新的領(lǐng)域推廣和應(yīng)用，具有較好的施工應(yīng)用前景。