泡沫輕質土技術綜述

張鵬華

（山西路橋集團國際交通建設工程有限公司，山西太原 030006）

泡沫輕質土技術綜述

張鵬華

（山西路橋集團國際交通建設工程有限公司，山西太原 030006）

簡要介紹了泡沫輕質土的特性，分析了泡沫輕質土在國內外的應用現狀，并闡述了泡沫輕質土控制沉降的原理，指出使用泡沫輕質土可以很好地降低道橋工程施工成本，減少污染等，值得推廣。

泡沫輕質土，應用，原理

近年來，我國公路橋梁建設蓬勃發展，取得了巨大成就。我國南方地區軟土地基分布廣泛，路基沉降導致的橋頭跳車成為常見的工程病害之一。針對橋頭跳車問題，國內進行了很多研究并應用，效果仍不理想。按照日本泡沫輕質土使用經驗，利用泡沫輕質土作為填土材料進行橋頭路基處理，成為了緩解橋頭跳車現象的新思路。本文結合泡沫輕質土技術及國內外現狀，對泡沫輕質土控制沉降的基本原理進行了初步介紹，以期推廣泡沫輕質土新材料和新工藝在國內的應用。

1 泡沫輕質土特性

泡沫輕質土是一種新型的工程科技材料，根據中國工程建設標準化協會發布的CECS 249∶2008現澆泡沫輕質土技術規程的定義，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（見圖1，圖2），并經物理化學作用硬化形成的一種輕質材料”，主要用于路基填方，軟基處理，橋頭處理，公路擴幅，橋臺背填筑應用等方面。

圖1 泡沫生成組分

圖2 泡沫生成

類似材料有日本的“氣泡輕量土”，國內的“泡沫混凝土”等。我國國內對于類似材料普遍稱之為泡沫混凝土。就硬化成型的過程而言，泡沫輕質土與其余類似材料并無本質區別。稱為泡沫輕質土，一方面是國內“泡沫混凝土”中“泡沫”一詞的普遍叫法，另一方面，泡沫輕質土的原材料（如集料及摻合料）可用范圍更廣泛，力學性能介于土與混凝土之間，使用功能側重于替代常規填土或砂用于填充，而不是作為混凝土來使用。

泡沫輕質土的特性:

1）輕質性。這是其最顯著的特性，與幾種類似材料相比，其容重相對要低（見表1）。澆筑后可實現固化直立，對橋臺的水平力幾乎為零。

表1 幾種主要土建材料的容重比較kN/m3

2）容重和強度可調節。根據工程應用性能需要，調整成分比例，即可得到不同容重和強度的泡沫輕質土，容重一般在3 kN/m3～12 kN/m3之間調節，無側限抗壓強度一般在0.3 MPa～5.0 MPa之間調節。

3）施工方便。泡沫輕質土具有高流動性的特點，可通過軟管泵送，施工占地空間小。當作為路基填土使用時，在施工過程中無需振搗碾壓，無需進行特別的養生處理。

4）良好的環保特性。泡沫輕質土屬無機質材料，是利用粉煤灰等工業廢渣做原材料制成，對環境均無污染作用，有利于促進資源的再生利用;當用于道路擴建、山區陡峭路段時，可有效避免高填高挖對環境的破壞，有利于保護自然生態環境，環保優勢明顯。

泡沫輕質土可用于高等級公路、地鐵等基礎設施建設，降低高填方段、地鐵隧道、地下連續通道等的回填荷載。從泡沫輕質土的特性可以看出，這種新型材料的應用，可以降低地基應力，減小地基差異沉降，吸收路面沖擊能量，從而有效解決軟基路堤的橋頭跳車、道路拓寬以及高寒地區路堤隔熱保溫等問題，增大道路工程的穩定與安全系數。同時還可以降低工程造價，減少維修費用，提升社會效益。

2 泡沫輕質土在國內外的現狀

泡沫輕質土作為一種新型的環保材料，在國外已有幾十年的應用歷史。日本是在泡沫輕質土研發及應用上最先進的國家之一。日本開始將其大規模應用于替代填土是在二十世紀七八十年代，1987年潢濱市在市內橋梁維修工程中首次將泡沫輕質土作為填充材料使用;次年作為填土材料使用。此后，隨著施工設備及技術標準的不斷發展，制定了相關的技術標準規范，促進了其應用范圍的不斷擴大，到目前，泡沫輕質土在日本應用約為300多萬立方米。

隨著我國節能政策的推行，建筑節能材料的研發和應用受到廣泛重視。泡沫輕質土技術作為一種輕質、高強、節能、環保的新型技術順應了這一發展要求，我國于2001年從日本引進了該技術。在國內最早將這一技術應用于基礎設施工程的是廣州大學的陳忠平博士。技術引進后，在廣東、北京、河北等工程中進行了使用，取得了良好的效果。2008年11月，在陳忠平博士主導下，以廣州大學、華鑫博越國際土木建筑工程技術（北京）有限公司為主編，完成了中國工程建設標準化協會標準CECS 249∶2008現澆泡沫輕質土技術規程。該技術規范的頒布實施，對于促進泡沫輕質土技術在我國的大規模應用起到了重要作用。目前在包括北京奧運鳥巢、北京地鐵奧運支線、京珠高速公路、汕頭中山東路改造、廣佛、佛開高速公路拓寬、河北沿海高速公路、廣州亞運工程清河東路擴建改造等公路建設工程中得到了成功的應用，累計應用約為30多萬立方米。可以說，泡沫輕質土在我國具有廣闊的發展前景。

3 泡沫輕質土控制沉降的原理

泡沫輕質土對工后沉降的控制較常規工法更有優勢，顯著降低基底應力，有效控制工后沉降，有效解決導致的橋頭跳車問題。

3.1 沉降變形的本質及影響因素

沉降變形的本質:在附加應力的作用下，超孔隙水壓力不斷消散、有效應力不斷增長;同時，隨著超孔壓的消散，其中蘊含的自由水不斷排出，造成其體積壓縮，表現為發生沉降變形。

在這個過程中，對工后沉降產生重要影響的有三個因素:1）附加應力，附加應力越大，總沉降越大;2）固加度，表現為當前時刻已完成沉降占總沉降的比例;3）工后沉降，通常是路段施工中重點控制的指標，盡可能降低工后沉降，確保公路正常使用，并減少后期維修費用。可以看出，控制工后沉降主要通過提高固結度和降低軟土層的附加應力來實現。

3.2 泡沫輕質土應用于控制工后沉降

泡沫輕質土用于路基填筑（傳統的填料有粉煤灰路堤、EPS路堤等）時，其控制工后沉降的原理在于直接降低路堤荷載和軟土層的附加應力。在舊路改造時，如填筑厚度適當向原地面以下延伸，可使軟土層的附加應力小于有效應力，軟土層處于超固結狀態，從而確保工后沉降為零（見圖3）。以汕頭市中山東路舊路改造工程為例，在該工程中，采用泡沫輕質土技術對全線路堤橋臺兩側沿路線50 m范圍的路基進行了換填處理，換填厚度向原地面以下延伸了1 m，確保改造后的臺背地基土處于超固結狀態，避免了工后沉降，在該范圍內沒有進行任何軟土路基處理，并取消了常規的橋頭搭板。根據《公路軟土地基路堤設計與施工技術規范》中關于工后沉降的規定，路面設計使用年限內殘余沉降（簡稱工后沉降）應滿足表2要求。

圖3 泡沫輕質土應用于路基填筑原理（左）及施工實例（右）

表2 容許工后沉降m

泡沫輕質土用于軟基路橋過渡段時，主要是工后沉降要滿足規范要求，設計泡沫輕質土合理的換填厚度及范圍的問題（見圖4）。根據國內相關研究成果，路橋過渡段差異沉降控制標準如表3所示。

圖4 泡沫輕質土應用于軟基路橋過渡段原理（左）及施工實例（右）

表3 路橋過渡段的差異沉降控制標準

4 結語

大力推廣和使用泡沫輕質土，可以很好地降低道橋工程施工成本，減少施工對城市的污染，縮短施工周期，解決路基沉降，可有效地解決橋頭跳車問題，在未來的工程建設中，具有很高的市場前景和推廣價值。

［1］閉祖彰.泡沫輕質土在公路工程中的應用［J］.中國新技術新產品，2012（3）：150-151.

［2］姚進.泡沫輕質土在道路工程中的應用［J］.城市道橋與防洪，2012（8）：3-4.

［3］王新岐.軟土地區泡沫輕質土處理橋頭路基試驗研究［J］.城市道橋與防洪，2012（10）：40-42.

Illustration on foamed-light soil technique

ZHANG Peng-hua

（Shanxi Highway＆Bridge Group International Traffic Construction Engineering Co.，Ltd，Taiyuan 030006，China）

The paper briefly introduces the properties of foamed-light soil，analyzes its application status at home and abroad，describes its subsidence controlling principles，and finally points out its advantages including reducing bridge engineering construction cost and reducing pollution.Thus，it isworth promoting.

foamed-light soil，application，principle

TU521.3

A

1009-6825（2013）32-0095-02

2013-07-03

張鵬華（1972-），男，工程師