泡沫輕質土在鐵路軟土路基施工中的應用

曹祥

（中鐵十七局集團第三工程有限公司，河北 石家莊 050081）

1 鐵路軟土路基處理形式概述

在鐵路軟土路基處理中，較常見的處理形式是水泥攪拌樁處理。水泥攪拌樁因其施工環境及土質性質影響可分為單向、雙向、水泥砂漿、釘形和旋噴等類型。就施工技術考慮，前幾種分類因設備本身原因存在一定缺陷。打樁施工地下處理較深，對各種地下管線、電纜等造成威脅，對施工安全、營業線安全及既有設備安全均具有隱患。旋噴樁每延米水泥用量為150 kg，相比單向、雙向水泥攪拌樁每延米水泥用量65 kg 成本大大提高。旋噴樁機小、移動靈活，不會危及營業線安全。鉆桿可分段拆卸，多適用于施工條件苛刻、工作面不足的情況，但因其成本較高不能廣泛使用。

袋裝砂井的設備配有灌砂袋架等設備，可以將中粗砂打進軟土路基，再利用堆載預壓將軟土里的水進行有效排擠后進行軟土地基的加固。

CFG 樁是將預先拌合好的混合料利用1∶1 水泥砂漿通過鉆桿打入軟土地基中，達到加固目的。施工時易造成斷樁、縮頸、混合料離析等質量事故，且工藝復雜施工進度緩慢。現已基本被水泥攪拌樁替代。

碎石換填通常是用在橋涵過渡填筑或土質較好地面進行軟土路基處理。碎石材料成本高且后期沉降量較大，增加了后期線路養護成本。

軟土路基處理中仍需解決的難題如下：

（1）軟土路基深層處理計算理論與實際差異問題。由于需要軟土路基處理的地質情況復雜，各土層厚度、承載力不均勻導致其理論計算與實際情況存在很大出入。

（2）橋涵過渡段沉降量較大引起的橋頭跳車問題。橋頭跳車是工程行業公認的難以解決的難點，原因是橋涵結構物剛度大，過渡段路基剛度小，沉降速率不同造成高度差異。

（3）地下管線位置不明確處軟土路基處理問題。新增復線工程中經常遇到路基下穿石油、燃氣等深埋管線，由于管線埋設時間久遠有些無法確認其具體深度和位置，對軟土路基處理造成困難。管線業主擔心打樁處理會損壞管線，換填處理擔心后期沉降太大壓壞管線。

（4）征地拆遷制約工程進度及增加成本問題。根據營業線填加復線要求路基升高5 m，因此路基會加寬到4.15 m，而既有排水溝廢棄重新改移至新建坡腳，不考慮護道，征地界也要隨之增加至少8～10 m。導致一系列征地拆遷制約工程進度問題，因征地拆遷補償款造成了成本增加。

2 泡沫輕質土應用情況及特性

20 世紀70、80 年代，日本開始將泡沫輕質土大規模應用于替代填土的工程領域，1987 年橫濱市內的公路橋維修工程中首次把泡沫輕質土作為填充材料使用，1988 年作為道路工程的填土材料使用。此后隨著施工設備及技術標準不斷完善，應用范圍迅速擴大，我國于2002 年從日本引進并發展了泡沫輕質土技術，在廣東、北京、河北等省市重點工程中應用，取得了良好效果［1-5］。

泡沫輕質土是用物理方法將發泡劑水溶液制備成泡沫，與必需組分水泥基膠凝材料、水及可選組分集料、摻和料、外加劑按照一定比例混合攪拌，并經物理化學作用硬化形成的一種輕質材料［6-7］。其中必需組分可分為主劑和輔劑2種，主劑主要是起固結、加強土體骨架作用，輔劑是以催化、早凝為目的的固化材料。

泡沫輕質土的特性較為輕盈，具備極高的流動性、抗壓縮性、高強密度及可塑性（見圖1—圖3）。

泡沫輕質土在橋涵過渡段回填工程中具有如下優勢：

（1）有效減少填土載荷，降低地基應力，防止地基下降和偏移，將路基進行穩固；

（2）可通過橋臺與臺背路基的剛性不同造成過渡；

圖1 輕質性

圖2 高流動性

圖3 固態性及高強性

（3）有效消除填料自身的工后沉降問題；

（4）填料結構整體性好，不會對橋臺結構物產生推擠。

輕質泡沫土在既有路基加寬、擴建工程中具有如下優勢：

（1）適用于垂直填筑，降低成本、占地面積小；

（2）可采用泵送也可采用管道澆筑，不需設置臨時便道，對交通無影響；

（3）施工工期短，對環境無污染，社會經濟效益好。

3 泡沫輕質土施工技術

3.1 泡沫輕質土施工

泡沫輕質土應用前需做施工配合比檢測，標準如下：

（1）濕容重≤6.0 kN/m3；200 mm≥流動值≥160 mm。

（2）配合比強度試驗試塊采用邊長10 cm 立方體試塊。

（3）強度要求：7 d 齡期強度≥0.3 MPa；28 d 齡期強度≥0.6 MPa。

（4）施工配合比強度試驗以3塊為1組，共做3組，分別測定7、14、28 d齡期強度。當7 d齡期抗壓強度≥0.3 MPa時可判定為適用。

泡沫輕質土澆筑施工注意事項：

（1）泡沫輕質土分層澆筑，每層厚度控制在0.2～1.0 m；基坑深3 m，做4次施工，單次厚度設定0.75 m。澆筑時間設定為上層初凝后再進行下層施工。

（2）沿結構物縱向澆筑。

（3）保持澆筑口水平，且使澆筑口低于澆筑輕質土表面。

（4）澆筑現場應確保基底干燥無積水，當地下水位較高時，采用水泵進行降水，并在泡沫輕質土養護齡期不少于3 d 且滿足抗浮要求的條件下才能撤除降水措施。

3.2 過程質量監控

（1）施工場地應平整，不得有積水。

（2）施工過程要嚴格控制流動值和濕密度，建立規范的制度并有效執行，且保證達到輕質土設計標準。

（3）要對施工過程進行實時記錄，且進行簽認及整理，預防并及時處理發生偏差的問題。

泡沫輕質土施工過程質量控制指標見表1。

表1 泡沫輕質土施工過程質量控制指標

3.3 強度檢測

（1）泡沫輕質土固化后常規試驗檢測指標為抗壓強度。

（2）泡沫輕質土路基澆筑至最后1層時，每日按照7 d齡期和28 d齡期分別取2組試件進行強度檢測。

（3）泡沫輕質土強度檢測試塊取樣要求及強度評定標準為：在施工現場做試塊；規格為邊長10 cm立方體，每組3 個；制取后存放于20～25 ℃恒溫環境，拆模后使用密封塑料袋包裝。

3.4 效果分析

（1）施工簡便、安全。泡沫輕質土運輸便利、施工簡單、用料少、方便管理，具有極高的安全性。

（2）降低工程造價。泡沫輕質土換填軟土路基，可降低施工成本并提升施工質量，極大降低工程維護管理資金投入，且施工期短，降低時間成本。

4 結束語

泡沫輕質土技術在施工中得到廣泛運用，如國家體育場（鳥巢）、北京地鐵奧運支線、京珠高速公路、廣州亞運主干道等工程，均取得很好的效果。在鐵路施工中，利用泡沫輕質土技術同樣可起到重要作用。泡沫輕質土的應用成功，提高了軟土路基路堤填筑效果，可為類似工程提供參考借鑒。