輕質泡沫混凝土在改擴建工程路基填筑中的應用

趙運姣

摘要：文章以廣西蘭州至海口高速公路南寧經欽州至防城港段改擴建施工為例，介紹了輕質泡沫混凝土的結構組成與工程特性，闡述了其施工工藝，并通過混凝土材料填筑前后路基沉降比例的對比試驗，證明了輕質泡沫混凝土材料的優良特性，其對于公路工程改擴建施工引起的路基沉降具有一定的抑制作用。

關鍵詞：輕質泡沫;混凝土;改擴建;路基;應用

中圖分類號：U418.8 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.019

文章編號：1673-4874（2019）09-0066-02

0引言

隨著我國經濟的高速發展，每年都興建大量的交通基礎工程，為地區間的客貨運輸提供了重要保障。以公路工程的建設為例，通過工程技術人員長期的探索與實踐，在公路工程的施工技術和施工設備方面取得了較大的進步。對于路況較為繁忙、車流量較大、運營時間較長的路段，容易發生各類公路病害，且路面寬度也無法滿足日益增長的車流量需要，為此，對這類公路進行改擴建施工顯得尤為必要。在改擴建施工中，公路拓寬的方式較為常見，這是提高公路運輸能力的主要手段，但多數的拓寬施工中都會引起路基不同程度的沉降，給公路的安全運營帶來一定隱患。輕質泡沫混凝土屬于一種新型的施工材料，具有多孔、輕質、耐久等諸多優良特性，且其密度和強度可調節，對于解決公路拓寬改擴建施工中產生的路基不均勻沉降問題具有一定作用，工程應用前景廣闊。

1.輕質材料分類

通常情況下將重度低于細粒土的材料統稱為輕質材料。在常規公路工程的施工過程中，輕質材料一般分為三類，即粉煤灰、工工泡沫（EPS）和輕質泡沫混凝土。

1.1 粉煤灰

粉煤灰在近些年的工程施工中應用比較廣泛，常見于發電廠生產廢料中，屬于人工火山灰材料的一種，其容重介于12-16kN/m，相比于土工泡沫和輕質泡沫混凝土，粉煤灰材料的應用較早，但隨著公路工程施工標準的不斷提高，能用于公路工程施工的粉煤灰材料變得越來越少，且粉煤灰輕質特性相比于土工泡沫和輕質泡沫混凝土而言較差，因此，粉煤灰材料的應用逐漸轉向樓字建筑施工領域，而在公路工程施工中的應用變得較少。

1.2 土工泡沫

土工泡沫為一種高分子聚合物，具有輕質、耐壓、防水、抗老化、抗疲勞等諸多特性，壓縮后不易發生形變.土工泡沫最開始用于路基工的換填，解決路基不均勻沉降等問題.工工泡沫多為塊體狀，制作工藝簡單，通過聚合過程得到相應的固體原型，再經過發泡、成型、養護等過程最終制作成塊體。一般來講土工泡沫塊體密度介于20-30kg/m，其回填過程中的減載效果非常顯著，塊體狀的結構為運輸、安裝和施工帶來了極大便利。土工泡沫在解決路基和結構物差異沉降、殘余沉降、公路改擴建施工新舊路基差異沉降問題上具有一定優勢。

1.3輕質泡沫混凝土

輕質泡沫混凝土的應用技術在近些年來有了比較成熟的發展，在公路工程的應用中占據一定比重。輕質泡沫混凝土由水泥砂漿和微小氣泡群按特定的比例混合而成，硬化后可得到多孔狀材料。具有輕質、穩定、隔熱性好、受環境因素影響小等特性，在路基填筑過程中能夠降低載荷壓力，進而提高了施工質量、縮短了施工工期、節約了土地資源。在公路工程改擴建拓寬施工中，對于路基填筑、基礎處理等方面具有一定的作用。

輕質材料分類如表、所示。

2 輕質泡沫混凝土結構特性分析

2.1輕質泡沫混凝土結構組成

輕質泡沫混凝土主要是通過物理方法使發泡劑溶液形成泡沫，與水、水泥基膠凝材料、集料、外加劑等按照特定比例進行混合并攪拌，經過一定的物化作用后形成的輕質材料。在實際工程應用中，除有特殊要求外，其材料主要由水泥、水以及泡沫構成，集料、外加劑等可根據具體性能和經濟性需求進行適當配比。

2.2 輕質泡沫混凝土工程特性

2.2.1輕質性

輕質泡沫混凝土具有多孔特性。多孔性主要是由于泡沫的原因.輕質泡沫混凝土內部大量微小的氣泡群使得其重度低于一般工體，氣泡率在70%左右，輕質性是其顯著的工程特性.

2.2.2 密度和強度可調節性

在工程具體應用中，依據工程實際需求，通過改變水泥含量以及水灰比、外加劑用量等，可使輕質泡沫混凝土的密度和強度具有一定的可調節性，容重調節范圍約為5-20kN/m，強度調節范圍介于0.5-20MPa之間，以達到不同施工標準的要求。

2.2.3 自立性

因采用水泥來作為固化劑，通常情況下在澆筑5h之后，輕質泡沫混凝土便開始固化，固化后具有抗壓自立特性。在輕型擋土墻或掛板上方可進行垂直方向的澆筑，成型后對擋土結構的影響較小。

2.2.4 耐久性

因輕質泡沫混凝土屬于水泥類施工材料，因此具有和水泥混凝土同樣的耐久性。

輕質泡沫混凝土工程特性如表2所示。

2.3輕質泡沫混凝土物理特性

2.3.1容重

輕質泡沫混凝土容重比較低，范圍一般在300-1200kN/m之間，僅為常規建筑施工材料的1/3左右。輕質泡沫混凝土具體容重與固化形式、泡沫的含量、配比參數和施工環境有關。衡量容重的指標一般有干密度和濕密度兩種，干密度指輕質泡沫混凝土固化后在自然干燥條件下的密度;濕密度為輕質泡沫混凝工固化前流動狀態下的密度.由于成型過程中內部水分變化引起密度的改變，因此，干密度與濕密度大小一般不同，且通常來講，干密度值小于濕密度值。

2.3.2干縮性

輕質泡沫混凝土固化后體積變小，具有一定的干縮性。與常規混凝土施工材料相比，其干縮程度為后者的5倍左右，而隨著砂泥比進一步增大，其干縮系數呈線性遞減趨勢。因此，在水泥用量恒定的情況下，增加砂量可達到減小于縮系數的目的。

2.3.3流動性

輕質泡沫混凝土具有較強的流動性，能夠實現自流平和自硬化過程，無需振搗或碾壓便可自密實。其流動性可通過牛頓流體力學參數進行控制，也可用圓筒法對表征流值進行測定。為符合常規條件下的各類施工需要，其流值應控制在150±10mm左右。

2.3.4 隔熱性

輕質泡沫混凝土多孔特性使其具有良好的隔熱性能.經過研究可發現，其中的氣泡數量越多，隔熱性能越好。對于小體積澆筑而言，通常弱化隔熱性能對本體結構帶來的影響，但在公路工程施工過程中，輕質泡沫混凝土一般使用現澆工藝。因此，應忽略其隔熱性能，其中最主要的原因是水泥所具有的水熱化特性。

3 輕質泡沫混凝土在改擴建工程路基填筑中的應用

3.1工程概況

蘭州至海口高速公路南寧經欽州至防城港段改擴建工程，全長30.862km，于2017年進行改擴建施工，工程預算15.53億元，計劃工期2年，預計2019年9月完工。其中，以南寧經欽州至防城港段高速公路的KT4+000-K14+300右幅的改擴建路基拓寬施工為例，對輕質泡沫混凝土在路基填筑中的應用效果進行綜合論證。

該段右側道路外側有居民住房，房屋無法進行拆遷。路基拼接加寬將占用該段既有村路，致使當地村民無法耕種及出行。為了減少路基填方施工對周邊房屋造成的影響，在該段采用輕質泡沫工進行填筑將填方坡腳線往路基中線收縮，不占用村路;泡沫輕質土施工不需機械碾壓震動，減少施工時對房屋造成開裂或坍塌的風險。

3.2施工工藝要點

（1）該輕質泡沫混凝土使用段落長度約為300m，頂面寬度約為6-7m，底面寬度約為4m，高度約為2.5-4.5m。（2）在最底處開挖好臺階后鋪筑一層0.4m厚的碎石，寬度約為3.5m;在碎石頂面鋪設一層防滲土工膜，寬度約為3.5m。（3）泡沫輕質混凝土長度>10m時，按10m間距分節并設置沉降縫，縫寬2cm，縫內填筑聚苯乙烯板。（4）泡沫輕質混凝土澆筑體距底部1m及距離頂部1m處各設置一層φ2.5mm@2.5×2.5cm鍍鋅鐵絲網。當填筑高度>5m時，在中部增設一層φ2.5mm@2.5×2.5cm鍍鋅鐵絲網。（5）泡沫輕質混凝土澆筑時采用分層分塊施工，單層澆筑厚度為0.5-1.0m.泡沫輕質混凝土約6452m，碎石為280m，防滲工工膜為1575m。

3.3輕質泡沫混凝土技術指標（見表3）

4 輕質泡沫混凝土材料填筑前后路基沉降對比試驗

本試驗中，通過對比普通混凝土材料與輕質泡沫混凝土材料填筑前后路基沉降比例，來證明輕質泡沫混凝土在改擴建工程路基填筑中的優勢。采集該段高速公路改擴建施工中用到的普通混凝土與輕質泡沫混凝土材料樣本，加載到該試驗儀中，通過調節試驗儀施加的壓力來真實模擬土方重力所引起的路基沉降。填筑普通混凝土和輕質泡沫混凝土前后路基沉降對比分析如表4所示。

5 結果分析

由表4試驗數據可知，路基在混凝土材料填筑之前的沉降比例為20%，在使用普通混凝土填筑后其沉降比例為15%，而使用輕質泡沫混凝土材料填筑后的路基沉降比例為10%。可見，使用普通混凝土材料和輕質泡沫混凝土材料對于減緩公路改擴建施工中路基的沉降都能起到一定作用，且輕質泡沫混凝工材料在抑制路基沉降方面的效果更為顯著。后頁圖1比較直觀地反映了輕質泡沫混凝土材料在控制公路改擴建施工中路基沉降方面的優勢。

6結語

公路工程改擴建施工中的路基沉降問題一直以來都是技術人員所研究的重點，長期以來，通過該領域相關專家及學者們的不斷探索，在控制改擴建施工路基沉降方面取得了較大的進展。輕質泡沫混凝土材料具有諸多優良的工程特性，在工程施工領域的應用比較廣泛。本文以蘭州至海口高速公路南寧經欽州至防城港段的改擴建施工為例，對輕質泡沫混凝土在控制路基沉降方面的優勢進行了論證。試驗結果表明：輕質泡沫混凝土相對于普通混凝土材料而言，在控制公路改擴建施工路基沉降方面具有一定的優勢，工程推廣意義顯著。