泡沫輕質土材料在高等級公路擴建施工中的應用

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

一、泡沫輕質土材料概述

（一）泡沫輕質土材料制備

以黏土或者沙性土為基礎材料，添加一定比重的固化劑、發泡劑及水，充分攪拌后生成泡沫輕質土材料。為滿足發泡條件，基礎材料粒徑應不大于5mm。固化劑常用材料為熟石灰，由硅酸鹽水泥、爐渣水泥等水泥材料與水混合后生成。熟石灰能與基礎材料通過離子交換生成固化物，固化物可以發揮骨架支持的作用。為加快固化劑的反應速率，需適量添加硅粉、石膏等速凝材料。發泡劑是泡沫輕質土制備的關鍵，將起泡劑與水充分混合后，與空壓機中的空氣同時泵入發泡設備中，發泡裝置內持續產生大量的泡沫群，泡沫與固化后的基礎材料充分混合后制備出泡沫輕質土。泡沫輕質土制備工藝流程簡圖，如圖1所示。

圖1 泡沫輕質土制備工藝流程簡圖

（二）泡沫輕質土材料特性及路基拓寬形式

泡沫輕質土路基填筑材料的制備過程涉及一系列理化反應。首先，將固化的基料充分發泡，凝結硬化后得到具有力學強度的填方路基填筑材料。與傳統填筑材料相比，其具有容重小、質量輕、施工和易性好、強度范圍廣及耐久性高等特點。由于容量小，材料內部被大量的膠質泡沫填充，而泡沫本身的抗拉壓性能強，在混合和澆筑過程中一方面空間填充性能更好，另一方面泡沫可以阻擋游離水，使其容重顯著低于其他填筑材料。此外，泡沫輕質土通過微調各個組分比重，能夠在一定限度內調整土體容重值，增強工程適應性。常見路基填方材料容重范圍，如圖2所示。

圖2 常見路基填方材料容重范圍

泡沫輕質土強度可調范圍廣。通過調整不同組分比重，泡沫輕質土抗壓強度能夠覆蓋0.5MPa～5MPa，具有工程適用性高、施工和易性好等特點。由于泡沫輕質土基礎材料粒徑低于5mm，可以借助泵送系統滿足長距離施工，且不會在泵送過程中出現泌水或者離析病害；材料流動性良好，現場澆筑階段對振搗夯實要求較低，且能夠在狹小空間內完成一次性澆筑，澆筑施工效率較高。泡沫輕質土通常采用水泥實現固化，因此泡沫輕質土具有水泥材料耐久性強的特點，材料中泡沫占比超過50%，熱傳遞系數較低，具體表現為抗高溫、抗凍融能力較高。

目前，泡沫輕質土材料廣泛應用于填方路基拓寬改造施工中，新舊路基銜接位置采用臺階型，以增加原有路基與泡沫輕質土填筑路基之間的摩阻力?？紤]到泡沫輕質土的穩定性較高，為節省拓寬改造施工占地面積，背向原路基一側應與基礎垂直。填方路基泡沫輕質土拓寬改造截面示意圖，如圖3所示。

圖3 填方路基泡沫輕質土拓寬改造截面示意圖

二、泡沫輕質土在高等級公路拓寬施工中的方案分析

（一）泡沫輕質土拓寬填方路基原理分析

由傳統施工技術拓寬的填方路基，在軟土或者路基承載力不足的位置容易發生不均勻沉陷、縱向開裂等病害。除車輛荷載影響外，新路基填料對地基附加應力大、填方不密實、固結性能弱等問題，也容易引發上述病害。采用泡沫輕質土作為拓寬路基填料，既可以借助材料輕質特點降低路基填料對地基的附加應力水平，又可以借助其固結性能提高拓寬路基結構的整體剛度。泡沫輕質土在初凝前的施工和易性好，借助外部振搗能充分密實拓寬路段，避免了傳統路基填筑過程中出現的脫空、空洞等問題，提高了拓寬路基部分的密實性。此外，完全凝固后的泡沫輕質土材料處于超固結狀態，路基在沖擊荷載作用下的抗變形剛度、抗壓縮性較高。

（二）泡沫輕質土拓寬填方路基施工方案分析

泡沫輕質土拓寬填方路基施工方案核心環節包括：原有路基邊坡開挖、路基底處理、泡沫輕質土澆筑及養生等。

首先，為保證新舊路基交界位置的可靠連接性、增加摩阻力作用面積，應將原路基邊坡修整為階梯型。通過階梯搭接增加泡沫輕質土與原路基表面的接觸面積，舊路基開挖臺階高寬比為1：1，臺階面向路基中線傾斜2%～2.5%，提高新舊路基面的相互嵌鎖能力。此外，臺階開挖應以機械作業方式為主，并配合人工修整，保證每個臺階面壓實度滿足設計要求。

其次，拓寬部分的路基底部應先完成整平壓實處理。選用厚度介于200mm～300mm的連續級配碎石作為基底層，并覆蓋防滲土工膜，防止地下水產生的消極影響。同時，土工膜需重疊、壓緊，且有效長度不小于50mm。此外，在泡沫輕質土垂向澆筑面（非階梯面）布置擋板，擋板砌筑作業與泡沫輕質土澆筑作業同步進行，且擋板標高應高于對應層輕質土澆筑標高，擋板基礎位置應布設沉降縫，并應與泡沫輕質土沉降縫位置相同。

最后，泡沫輕質土澆筑宜選用泵送方式。根據現場澆筑情況確定泵送壓力，在正式澆筑前適當浸潤基底，但不宜拋灑過量水分，防止過量水分影響泡沫輕質土配合比。為最大程度避免泡沫輕質土澆筑過程中引起的“消泡”問題，泵送管與澆筑面應保持較小角度，并將泵送管插入泡沫輕質土內。當澆筑近尾聲時，通過人工整平澆筑面，待該澆筑層達到終凝狀態后，方可開始下一層澆筑施工。在泡沫輕質土澆筑面尚未完全凝結硬化前，禁止在澆筑面上開始其他作業，應在澆筑面覆蓋塑料薄膜并灑水養生，且單層養護時間不能少于3天。

三、結語

經過大量的工程實踐驗證，將泡沫輕質土應用于拓寬路基施工中，能顯著提升工程的承載能力、抗變形剛度及耐久性能。