泡沫輕質(zhì)土在臺背回填中應(yīng)用

劉泮森

(河北科技大學(xué)建筑工程學(xué)院，河北 石家莊 050018)

0 引言

河北省東部地區(qū)某高速公路工程，河流眾多地質(zhì)條件復(fù)雜，地質(zhì)勘查表明，該線路穿越區(qū)屬于濱海相沉積平原區(qū)，地表河渠發(fā)育，縱橫交錯，河渠內(nèi)大多有地表徑流，軟弱土遍布。如何既能有效控制橋梁和通道臺背工后沉降又能快速施工、確保工期是該線路建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)問題。相對于其他傳統(tǒng)施工方法，如攪拌樁、碎石樁、固結(jié)排水、超載預(yù)壓等。泡沫輕質(zhì)土具有輕質(zhì)性;快硬性;自立性、沒有側(cè)向土壓力;流動性好、不需要壓實;可調(diào)整強度、密度、壓縮模量等特點，本工程采用泡沫輕質(zhì)土臺背回填，可以較好地解決軟基臺背填土工后沉降過大的問題。

1 泡沫輕質(zhì)土簡介

泡沫輕質(zhì)土的生產(chǎn)原材料包括發(fā)泡劑、水泥、粉煤灰和水，澆筑輔助材料包括木膠板、泡沫板、土工膜和金屬網(wǎng)等。泡沫輕質(zhì)土是用物理方法將發(fā)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、外加劑等按照一定的比例混合攪拌，并經(jīng)物理化學(xué)作用硬化形成的一種輕質(zhì)材料。用于空洞充填、軟基處理、工程搶險、道路加寬、基坑及管線回填具有良好效果。

2 設(shè)備介紹

電控系統(tǒng)具有發(fā)泡劑、發(fā)泡液、壓縮空氣、泡沫、水泥漿、泡沫輕質(zhì)土流量實時數(shù)顯功能;也具有泡沫密度、水泥漿濕密度和泡沫輕質(zhì)土濕密度實時數(shù)顯功能。發(fā)泡裝置具有發(fā)泡劑自動稀釋功能，水泥漿輸送泵為定流量泵，獨立的泡沫輕質(zhì)土攪拌設(shè)備，獨立水泥漿制備拌合站。

3 原材料控制

3.1 發(fā)泡劑指標

對環(huán)境應(yīng)無不良影響，采用界面活性類發(fā)泡劑，不應(yīng)采用動物蛋白類發(fā)泡劑;標準氣泡群密度應(yīng)在(50 ±5)kg/m3;標準氣泡柱靜置1 h 的沉降距不應(yīng)大于5 mm;標準氣泡柱靜置1 h 的泌水量不應(yīng)大于25 mL;發(fā)泡劑所制作的泡沫應(yīng)細密，經(jīng)消泡試驗確定的濕密度增加率不應(yīng)超過10%;發(fā)泡劑所制作的泡沫輕質(zhì)混合土的標準沉降率不超過3%;在0 ℃以上的環(huán)境溫度，發(fā)泡劑不應(yīng)出現(xiàn)離析現(xiàn)象。發(fā)泡劑性能指標要求如表1 所示。

3.2 水泥指標

水泥采用42.5 級普通硅酸鹽水泥P.Ⅰ應(yīng)符合GB 175—2007通用硅酸鹽水泥規(guī)范。水泥應(yīng)進行進場檢驗;檢驗頻率為每50 t檢驗1 次。其他指標檢驗項目及檢驗方法如表2 所示。

表1 發(fā)泡劑性能指標

表2 水泥檢驗項目和允許值

3.3 粉煤灰指標

粉煤灰應(yīng)符合GB/T 1596—2005 用于水泥和混凝土中的粉煤灰國家規(guī)范的要求，粉煤灰應(yīng)采用F 類Ⅰ級或Ⅱ級粉煤灰。粉煤灰檢驗項目如表3 所示。

表3 粉煤灰檢驗項目和允許值

4 輕質(zhì)土質(zhì)量控制

泡沫輕質(zhì)土濕密度、抗壓強度、流值指標如表4 所示。

表4 濕密度、抗壓強度、流值指標

5 施工過程控制

5.1 泡沫輕質(zhì)土的澆筑

泡沫輕質(zhì)土橫斷面和縱斷面施工示意如圖1 和圖2 所示。泡沫輕質(zhì)土單個澆筑區(qū)澆筑層的澆筑施工時間應(yīng)控制在水泥漿初凝時間內(nèi);單個澆筑層宜一次性澆筑完畢;應(yīng)沿澆筑區(qū)長軸方向自一端向另一端澆筑;澆筑過程中，當需要移動澆筑管時，應(yīng)沿澆筑管放置的方向前后移動，而不宜左右移動澆筑管;澆筑時出料口宜埋入泡沫輕質(zhì)土內(nèi);出料口在澆筑過程中，不宜懸空;在移動澆筑管、自出料口取樣、掃平表面或需要沖散澆筑區(qū)內(nèi)多余的泡沫時，出料口離當前泡沫輕質(zhì)土流動表面的高差宜控制在1 m 以內(nèi)。

圖1 橫斷面施工示意圖

圖2 縱斷面施工示意圖

5.2 澆筑施工控制要點

同一區(qū)段上下相鄰澆筑層，澆筑間隔時間應(yīng)以下層澆筑層已經(jīng)硬化為控制標準，不宜少于6 h;每一澆筑層應(yīng)在水泥漿初凝時間內(nèi)澆筑完畢，澆筑時間不宜超過3 h;水泥漿自制備完成到開始制備輕質(zhì)土的間隔時間最大不應(yīng)超過3 h;澆筑施工過程中，應(yīng)盡量減少在澆筑層中的走動擾動;當前澆筑層澆筑接近結(jié)束時，應(yīng)在澆筑層內(nèi)按規(guī)定頻率進行濕密度取樣檢測，當某一測點濕密度檢測不合格，應(yīng)找出測點周圍界限，進行局部處理。

5.3 成品檢驗

澆筑完成后，對成品檢驗項目及要求如表5 所示。

表5 填筑體的主控項目檢測

6 沉降驗算

規(guī)范要求，高速公路容許沉降指標如表6 所示。分層總和法根據(jù)預(yù)壓沉降預(yù)測工后沉降結(jié)果如表7 所示。

表6 容許工后沉降 m

根據(jù)分層總和法計算結(jié)果，與K146 +957 橋相接的K146 +981.53 斷面的工后沉降為1.33 cm，小于表6 中的規(guī)定(10 cm)，其差異沉降率為1.33/(10×100)=0.133%，小于協(xié)同沉降的控制標準0.4%，因此，本項目設(shè)計滿足橋臺背路基協(xié)同沉降要求。離開橋臺10 m 外的橋背路基沉降也均小于10 cm，滿足表6 的規(guī)定。

表7 分層總和法預(yù)測預(yù)壓沉降結(jié)果 cm

與K159+534 橋相接的K159+229 斷面的工后沉降為1.93 cm，小于表6 中的規(guī)定(10 cm)，其差異沉降率為1.93/(10×100)=0.193%，小于協(xié)同沉降的控制標準0.4%，因此，本項目設(shè)計滿足橋臺與引道的協(xié)同沉降要求。離開橋臺10 m 外的橋背路基沉降也均小于10 cm，滿足表6 的規(guī)定。

綜上，本項目設(shè)計滿足橋臺背路基的協(xié)同沉降控制要求。

7 結(jié)語

1)泡沫輕質(zhì)土的密度大約為土的1/3，將其應(yīng)用于路基工程，能有效減輕路堤自重，減緩沉降。

2)對泡沫輕質(zhì)土施工過程中原材料和設(shè)備嚴格控制，有助于成品的質(zhì)量得到保證。

3)分層總和法沉降預(yù)測結(jié)果表明，本項目泡沫輕質(zhì)土臺背回填完全滿足橋臺、引道的協(xié)同沉降要求，需加強對現(xiàn)場工程試驗的長期觀測，為基于協(xié)同沉降的泡沫輕質(zhì)土軟土路基沉降控制提供進一步的試驗依據(jù)。

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