泡沫輕質土在填方路基施工中的應用探討

歐長勝

泡沫輕質土是用物理方法將發泡劑水溶液制備成泡沫，與必須組分水泥基膠凝材料、水及可選組分集料、摻合料、外加劑按照一定的比例混合攪拌，并經物理化學作用硬化形成的一種輕質材料。因其具備質量輕、密度和強度可調性高、凝結性好和施工操作性簡便等特性，在土建填方領域中被新興推廣應用。作者在施工過程中經過長時間施工總結和參閱有關文獻并經科學分析后形成本論文，旨在和廣大同行業施工人士探討應用，有利于工藝推廣。

一、泡沫輕質土施工方案的項目背景

作者所在施工項目是海南省東方市山區二級公路改擴建項目，項目承擔提質改造、打造綠色生態沿江風情旅游道路的施工任務。考慮到施工樁號K94+810～K94+830和K107+931～K108+031 兩處位于高陡坡路堤路段，直接放坡填筑路堤存在占地大、不利于環保的缺點及項目對施工水土保持要求高的要求，泡沫輕質土僅為常規填料的1/3 重量，即輕質土填筑3m 高相當于常規填料1m 高的重量，可在調緩坡度填高驟增的同時，提高路堤的安全穩定性，施工中引入泡沫輕質土路基施工施工方案。

1.泡沫輕質土特性與設計指標選擇

（1）特性

泡沫輕質土除經濟、環保和耐久性外仍具備多種特性，主要特性有：

輕質性：干體積密度在300kg～1600kg/m3之間；

密度和強度可調節性：可以按照工程需要調整密度和強度；

凝結性：為水硬性材料，以水泥為膠凝材料，硬化后可自立，可垂直填筑；

施工操作性：采用管道泵送，泵送距離高達500m 以上，自流平，自硬化，無需推平，碾壓或振搗。

（2）本工程泡沫輕質土設計指標

本工程泡沫輕質土主要設計指標為施工密度和抗壓強度，不同填筑深度其指標應滿足以下要求。

表1 泡沫輕質土路基施工濕密度和抗壓強度

2.施工原材料的選擇

（1）泡沫劑

泡沫劑應出具出廠合格證，合格證應明確勻質性指標，且勻質指標應滿足《氣泡混合輕質土填筑工程技術規程》的要求。本工程選用的泡沫劑為HF30 水泥發泡劑（植物型）， 經見證檢驗，各檢測項目均符合要求。

（2）水泥

水泥采用華潤P·O42.5 級普通硅酸鹽水泥，經見證檢驗，3d 抗折強度和7d 抗折強度可達到5.3Mpa 和7.6Mpa；3d 抗壓強度和7d 抗壓強度可達到28.5Mpa 和49.2Mpa，各檢測項目均符合要求。

（3）HDPE 防滲土工膜

土工膜采用符合GB/T17638-1998 標準，經檢驗合格準予出廠的HDPE 防滲土工膜。

（4）鋼塑土工格柵

鋼塑土工格柵采用帶有出廠檢驗合格的GSZ60-60型雙向土工格柵，各項指均滿足以下規定值。

表2 鋼塑土工格柵技術指標

二、施工配合比設計

試配試驗時應進行濕密度、流值和消泡試驗，當流值滿足要求、消泡試驗確定的濕密度增加率滿足要求時、應制取試件并進行養護。本工程分6 組進行試配配合比試配試塊制作以100mm×100mm×100mm 的立方體為準，在施工原材料選定的基礎上，結合施工圖設計與《現澆泡沫輕質土技術規程》配合比設計的要求，進行試驗室配合比設計。經過分組試配，在對氣泡群密度、流動度、濕容重、7d 表干容重、7d 抗壓強度、28d 表干容重、28d 抗壓強度指標結果比對后，確定最優生產配合比為每m3材料用量水泥350kg、水190kg、氣泡群720.3L。通過配合比的設計可知，同等養護條件下，影響泡沫輕質土強度的主要因素有泡沫與水泥的摻量。水泥含量少，泡沫含量多的配合比，流值小，強度低，濕密度校反之，水泥含量大，泡沫含量少的配合比，流值大，強度高，濕密度大。因此，可參考此規律調整各成分含量得到所需要的配合比。

三、泡沫輕質土路基施工工藝

1.施工準備

泡沫輕質土在填筑前應嚴格按照作業指導書進行檢查準備，本工程施工用水考慮到施工所在區域位置水資源不豐富，采用打深水井抽取淺層地下水蓄水后作為施工用水，施工作業人員按照6 人一班制組織，水泥罐可一次性預儲存150t 水泥，施工過程中設置專人通過計量裝置嚴格按照施工配合比控制各種原材料的摻量。

2.泡沫輕質土制備

泡沫原材料選用HF30 水泥發泡劑（植物型），按照比例稀釋60 倍后成發泡液，連接好發泡機與空壓機，通過調節發泡機流量與氣壓大小得到符合要求的致密的泡沫群。攪拌機內添加水泥、水進行水泥漿制作，通過發泡機連接系統將泡沫與水泥漿混合后攪拌，攪拌時間以混合料攪拌均勻為宜，本工程控制時間為2～3min。

3.輸送與澆筑

澆筑前應檢查現場準備，基底清雜完畢后應檢查標高控制是否滿足需求，對于需要基底處理的工程應及時進行基底處理。本工程考慮基底位于溝壑沖刷側，澆筑前進行了20cm 碎石填筑。同時，為了加強泡沫輕質土的整體性在澆筑的底部、中部及以上增設了HDPE 防滲土工布和鋼塑土工格柵，土工材料進場時均應帶有出廠檢驗合格證的銘牌，施工鋪設時鋪設寬度、搭接寬度、固定方式均應滿足土工織物施工規范要求。

泵送設備采用固定管道，本工程為擠壓式泵送輸送設備，泵送距離100～ 230m，泵送澆筑控制速度30～50m3/h。人工輔助澆筑時為避免氣泡被壓縮、密度變大而不能達到相關濕容重的要求，應采取分層法澆筑，單層厚度宜控制在0.3～0.5m 之間。同時，應禁止大幅度擺動輸料管，澆筑時出料口宜埋入已澆筑的泡沫輕質土內，當無法滿足要求時，出料口與澆筑點的高差宜控制在1.0m 以內。當遇到大雨、強降雨或持續時間較長的小雨天氣時，未硬化的泡沫輕質土表面應采取覆蓋保護措施。上層澆筑作業必須在下層澆筑終凝后實施，澆筑至設計標高后，宜在澆筑面覆蓋養生膜進行養護，達到設計強度后方可進行下一分項工程施工。

四、施工評價

1.環保性

該新型填筑材料施工工藝簡單，施工機具性能高、施工噪音低、污染少、施工時可做到無揚塵、無空氣污染和水源污染。施工區域和非施工區域有擋土板隔離，施工區域連續、整潔、美觀，能夠保證施工區域的地形、地貌、天然植被不被破壞，最大程度的保持水土完整性。

2.經濟性

面對山區生態脆弱的自然因素和水土保持要求高的政策性因素，每一寸土地的征用都尤為困難，泡沫輕質土的應用在減少土地征用、節省工期、人工和機械成本上效果明顯。具體體現在工期投入上日完成工作量可達到500m3以上，混合料強度上升快，較常規土方填筑狹長山區不用投入過多路基設備，施工人工和機械成本僅需15 元/m3左右。

3.施工便捷性

施工場地不需要占用較大的地方，通常在施工區域外架設單個水泥罐和確保水資源即可，由于采用管道泵送設備輸送可實現垂直和水平填筑，安全風險因素小，人工勞動強度低，簡單培訓后即可操作。

五、結語

泡沫輕質土作為新興輕型材料，因其質輕、耐久、環保、施工便捷等優點目前已用于加固軟土地基、陡峭路堤填筑、地下管道填充、地下采空區回填及搶險工程等，相應的專業施工隊伍也逐漸的完善。其工程完工效果也都在預期內，隨著基建行業的大規模興建，相信泡沫輕質土會越來越多的應用于土建領域。