泡沫轻质土在路基工程中的应用

泡沫轻质土在路基工程中的应用

摘要：泡沫轻质土具有良好的工程路用性能，在我国具有广阔的发展及应用前景，对减少征地拆迁，延长道桥使用寿命，降低工程造价，提高工程综合经济效益是巨大的。本文主要对泡沫轻质土在路基工程中的应用进行了分析探讨。

关键词：泡沫轻质土；公路；应用 工程概述

佛山市三水区桃园路西延线工程与在建佛肇城际铁路并行（佛肇城际铁路位于道路中央绿化带中），部分道路段在佛肇城际铁路投影下，属其管辖控制范围。本项目地质情况描述:沿线的主要软土以淤泥质土为主，局部为淤泥。淤泥质土沿线分布较为连续，厚度普遍较大，沿线浅部、较浅部主要为软弱土层，厚度0.8～21.5m，呈流塑状，具有天然含水量高、高压缩性、低抗剪、承载能力低的特点，力学性能差，强震时易产生变形使地基失稳等特性。为减少公路路基沉降引起负摩阻力对城际轨道桥梁基础的不利影响，充分考虑软基处理措施对桥梁安全的影响，城际基础5米范围内不宜采用高压旋喷桩方案。 结合本工程地质情况、减少桃园路施工对佛肇城际铁路的影响及泡沫轻质土的优点，本工程行车道及桥台台背软基处理采用泡沫轻质土。泡沫轻质土主要设计技术指标：湿密度级别D600；强度等级F0.8；泡沫标准密度50kg/m3；发泡倍率不低于1600；消泡试验泡沫轻质土湿密度增加率不超过10%；泡沫轻质土路基顶部1-1.2m范围内应设2层φ2mm不锈钢丝网，网眼规格不得超过10cm。

一、泡沫轻质土的制备

现浇泡沫轻质土是一种新型轻质填土材料，是用物理方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，与必须组分水泥基胶凝材料、水及可选组分集料、掺和料、外加剂按照一定的比例混合搅拌，并经物理化学作用硬化形成的一种轻质材料(如图1所示)，具有轻质、密度与强度可调、良好的施工性和环保性等特性，在施工中替代常规填土，可加快施工进度，显著减少工后沉降。

图1泡沫轻质土制备流程

泡沫轻质土的制备流程主要包括:1)泡沫生成;2)水泥浆(砂浆)制备;3)泡沫轻质土的生成，即泡沫与水泥(砂)浆的混合;4)浇筑施工。

二、泡沫轻质土应用于路基的优势

相比较传统路基施工方法，泡沫轻质土应用于高等级公路、地铁等基础设施施工中时，克服了传统路基施工弊端，具有以下优势:1)泡沫轻质土的不可压缩及高强特性，对工后沉降的控制较传统填料更有优势，特别是向原地面以下进行填料置换时，可显著降低基底应力，达到有效控制工后沉降的目标。2)泡沫轻质土的高流动性，使得施工便捷高效，大幅缩短施工工期。这主要表现在:a．常规填料需修筑施工便道，分层碾压压实，费时费料，而泡沫轻质土施工准备期短，可以通过管道泵送，可不修或少修施工便道;b．泡沫轻质土施工能够连续作业，不存在碾压，则不需要间断路基填筑;c．传统的路基填筑从施工到检测合格，一般都需要3个月～5个月才能完成，而泡沫轻质土则不需要这么长的时间。3)泡沫轻质土可垂直填筑，使得施工作业面小，节省挡土结构及减少桥跨，可避免某些地段高压线、通讯管路等的拆迁，避免永久占地。4)泡沫轻质土重量轻，强度高，减轻施工建筑荷载。泡沫轻质土常用施工湿容重5～6kN/m3,1m厚度的轻质土荷载相当于0.3m～0.4m厚度的常规填土的荷载。泡沫轻质土路基的强度是普通土路基强度的2到4倍。5)泡沫轻质土密度和强度可调性，可按工程需要调整密度和强度。6)泡沫轻质土整体性好，不易产生裂缝。7)泡沫轻质土应用于路基软基处理时，相比较于常规软基处理方案（如水泥搅拌桩、CFG桩等）造价低，施工工法简单。8)泡沫轻质土绿色环保、无毒无害。泡沫轻质土所需的主要材料为水泥和发泡剂，发泡剂为中性，不含苯、甲醛等有害物质，避免了环境污染。

三、施工方法

1、施工准备

（1）施工配合比强度试验

施工前首先根据设计及规范要求强度进行配合比试验。

（2）施工设备

泡沫轻质土制作设备应具有原材料自动化计量功能，在拌合制作泡沫轻质土时，应能调节水泥（砂）浆或泡沫流量。

（3）基槽开挖及排水

泡沫轻质土路基基槽开挖施工前，做好防、排水工程等施工准备工作。基槽开挖边坡坡比除设计明确规定的外，其余坡比应控制在1：0.8～1：1范围内。基坑开挖成型后，在四周角部各设置一集水井（60×60×60cm），四边按照双向排水设置排水沟（30×30×30cm），设潜水泵抽水，保持基坑不被水浸泡。

2、施工方法

（1）施工分区

单个浇注区的面积应结合设备产能进行划分，应以浇注区内单个浇注层可在初凝时间内浇注完毕且单个浇注层浇注方量不超过 200m3为控制标准，最大浇注面积不应超过 400m2。

为保证在泡沫轻质土路基横向不设变形缝，满足泡沫轻质土在初凝之前浇注完成的技术要求，可采用跳格浇注的方式。

图2、强度分层界面及路基台阶示意图

（2）分区模板、泡沫板安装

为保证施工质量，模板施工应注意事项如下：

①模板拼装应严格按施工方案和工序进行施工，模板没有固定前不得进行下道工序施工。

②模板应采用拼接构造，拼缝处采用止水胶带予以密封，避免漏浆。

③泡沫轻质土浇注固化后方可进行模板拆除。

④模板安装完后应对模板的垂直度、拼缝质量、表面平整度、截面尺寸、模板加固、支撑情况进行检查。确保模板整体稳定、美观。

（3）泡沫轻质土浇注施工

①现浇泡沫轻质土施工流程见图1

②试验段

在进行大面积泡沫轻质土浇注前，先选择有代表性路段进行泡沫轻质土浇注试验，以确定施工工艺、施工方法、工序组合以及验证各项设计技术参数，用于指导泡沫轻质土路基大面积浇注施工。

③养护

轻质土路基顶面浇注至设计高程后，应及时铺设防渗土工膜，如不能及时铺设防渗土工膜，则应采用塑料薄膜进行表面覆盖，以对轻质土路基进行保湿养护。养护应注意一下几点：

a泡沫轻质土浇注成型初凝后，及时覆盖、洒水养生，防止水份散发过快，引起收缩裂缝；

b泡沫轻质土浇注完未终凝前不得扰动，下一层浇注必须在前一层终凝后方可进行；

c泡沫轻质土浇筑到设计标高时，采取表面覆盖塑料薄膜、土工布等进行养生，时间不少于 3天；

d机械设备不能直接接触泡沫轻质土路基表面，否则必须施工保护层。

④轻质土路基维护

轻质土路基顶部路面结构层如不能及时施工，应进行必要的维护处理：

a在养护期内，严禁在轻质土路基顶部直接行驶工程机械或车辆；如出现工程车辆或机械意外在轻质土路基顶部直接行驶的状况，应对行驶轮迹附近遭受粉碎破坏的轻质土进行清除处理，清除导致的高程减低部位由路面底基层料补填。

b养护期过后，如施工需要在轻质土路基顶部行驶车辆或工程机械，应在轻质土路基顶部至少先行铺筑路面基层和底基层。

c进行弯沉检测时，应事先布设好测点位置，并安排好弯沉车的进出路线，避免弯沉车在轻质土路基顶部随意行走。

⑤与其它工序的衔接

a轻质土路基顶部路面结构层应在路床部位轻质土同条件养护试件强度不低于设计强度时方能展开施工；在工期特别紧迫时，同条件养护试件强度至少不应低于0.6MPa。同条件养护试件自最后完成的浇注层制取，制取组数不应低于6组，且应置于现场最后完成的浇注区顶、养护薄膜或防渗土工膜下养护。同条件养护试件宜按龄期7d、14d、28d、40d、50d、60d的顺序进行强度检测。

b路面结构层施工时，严禁自卸车、压路机、推土机等大型机械直接在轻质土路基的顶面行走，应采取边卸料、边推平、边碾压的前进方式进行摊铺和碾压，即卸料车、压路机应在推平机械的后端卸料和行走。

四、施工要点

（1）防渗土工膜施工前，应在砂砾垫层上先行浇注泡沫轻质土，至完全覆盖砂砾垫层为止。

（2）施工时为了防止泡沫轻质土的溢出，侧面采用4cm薄壁式保护面板，顶面采用防渗土工膜（GL-2柔性乙烯-乙酸乙烯共聚物（EVA）土工膜）进行封堵，确保施工中模板之间，模板与地基之间的间隙应尽量消除填塞密实。同时为了增强基层抗裂性能，在轻质土体内设置了镀锌铁丝网。

（3）泡沫轻质土具有一定的分散性，为减少气泡的消解及材料分离现象，施工过程中应避免振动。泡沫轻质土应采用分层浇筑，单层浇筑厚度控制在0.5～1.0m，太薄或者太厚均对气泡的保护产生不利，进而影响轻质性。

（4）应尽可能沿浇筑区长轴方向自一端向另一端浇筑；如采用一条以上浇筑管浇筑时，则可并排地从一端开始浇筑或采用对角的浇筑方式。

（5）浇筑过程中，需要移动浇筑管时，应沿浇筑管放置的方向前后移动，而不宜左右移动浇筑管，如确实需要左右移动浇筑管时，则应将浇筑管尽可能提出当前已浇筑轻质土表面后再移动。

（6）进行表面平整时，应尽量使浇筑口保持水平，并使浇筑口离当前浇筑轻质土表面尽可能低。

（7）应减少在已浇筑尚未固化的轻质土中来回走动，减少挤压对泡沫轻质土质量产生影响。

（8）泡沫轻质土浇筑完成后为了防止由于快速干燥而产生裂缝，固化后需要在表面覆盖塑料薄膜进行保湿养护。

（9）当遇大雨或暴雨或持续时间较长的小雨天气，未固化的泡沫轻质土表面应采取遮雨措施，防止雨水消泡。

五、施工效果

（1）泡沫轻质土具有较好的施工特性：拌合后其流动性和固化后的自立性良好，可垂直填土，对挡土结构物几乎没有挤压力，不需振捣和碾压作业，施工作业面要求不高。

（2）泡沫轻质土施工由于施工准备期短，施工工程中无需因碾压问题而间断路基填筑，使得施工流程便捷高效，可大幅缩短施工工期。

（3）泡沫轻质土在路基填筑中，由于其轻质性的结构特点，可大幅度地降低填土荷载，减少地基附加应力，有效控制填料荷载对结构物的影响。

（5）泡沫轻质土由于其轻质性及工后沉降少的特点，大幅度减少了公路路基沉降引起负摩阻力对附近建筑物（如本工程佛肇城际轨道桥梁基础）的不利影响

（6）具有一定的环保节能作用，材料的本身的组分及施工工艺对工程现场环境的影响较小。泡沫轻质土属无机材料，施作路基时不会对周围环境、水体造成污染；同时，由于其特有的轻质性，可减少路基建设用土，节省土地资源，避免过度挖掘对环境造成的破坏，对保护自然生态环境具有重要的意义。

六、应用领域

由于泡沫轻质土的良好性能，目前应用领域越来越多，具体如下：

（1）道路扩建

（2）软基路堤桥头跳车处治

（3）陡峭路段的填筑

（4）桥梁减跨

（5）地下结构减荷

（6）基坑及地下管线回填

（7）矿区采空区回填

（8）铁路工程加宽及新建

（9）工程抢险及抢修

结束语

通过泡沫轻质土在高速公路、市政工程、铁路工程中作为填料的应用，表明泡沫轻质土在路基工程中使用具有较好的填筑效果，在满足降低填土荷载的要求下，施工效果良好，又起到了对路基的保护作用，施工工期短，同时还兼顾良好的环保特性。随着对泡沫轻质土的深入研究与推广，今后将在越来越多的工程中发挥更好的性能作用。

参考文献

[1]陈忠平，孙仲均，钱争晖.泡沫轻质土填充技术及应用[J].施工技术，2011（5）.

[2]马时冬.聚苯乙烯塑料泡沫轻质填土（SLS）的特性[J].岩土力学，2001（9）.

[3]王新岐.软土地区泡沫轻质土处理桥头路基试验研究[J].城市道桥与防洪，2012（10）.