現澆氣泡混合輕質土在路基施工中的應用

■江永華

（福建省閩西交通工程有限公司， 龍巖 364000）

現澆氣泡混合輕質土是用發泡機械將發泡劑進行充分發泡，然后將按設計要求的配合比制好的泡沫群與水泥漿混合均勻，再用輸送泵輸送至工點澆筑，最后采用薄膜覆蓋養生的有大量封閉氣孔的新型、輕質的路基填筑材料。 氣泡混合輕質土具有以下特點。 （1）輕質：干密度為400～1 500 kg/m3，相當于普通水泥混凝土的1/6～1/2，能夠減少施工地基的荷載壓力。 （2）流動性好：氣泡輕質土具有很好的流動性，可現場澆注施工，充分填充施工面，不需留界隔縫和透氣管，與主體結合緊密，有利于減少高速公路擴建中易發生的交接處縱縫問題。 （3）承載力高：抗壓強度相對于填土，強度較高，有很高的承載性。 （4）減震好：氣泡混合輕質土因為是由水泥漿和氣泡群混合成的多孔材料，因而有比較低的彈性模量，可以對沖擊載荷產生很好的吸收和分散，提高減震功能。 （5）施工便捷：使用配套的機械進行自動化施工，采用輸送泵輸送，能在場地不足地段澆注，不用碾壓或振搗，方便施工，材料強度較快達標，輸送距離可達約600 m， 每天可完成約180～280 m3。（6）經濟節約：氣泡輕質土自利性好，可省去放坡、占用土地少、省人工和工期，整體造價低。 在公路工程領域中可應用于軟路基回填、 基坑支護回填、道路加寬回填、橋臺背回填、隧道、管道回填等項目，具有較好的經濟效益和社會效益。 （7）防水強：現澆氣泡混合輕質土因由水泥漿和氣泡群均勻混合制成，有非常好的整體性和防水作用。 （8）使用壽命長：因為是水泥漿制成的，使用壽命較長。 （9）材料環保：氣泡混合輕質土所采用的原材料主要是水泥和發泡劑，發泡劑不含苯、甲醛和其他有毒成分，不會污染環境。

1 材料設計與性能要求

現澆氣泡混合輕質土使用發泡機械制取泡沫群，與必須組分水泥、水，以及可選擇組分細集料、摻合料、外加劑等，按試驗測定的配合比進行混合均勻制成，其生產工藝如圖1 所示。

圖1 氣泡輕質土生產工藝

1.1 材料設計

1.1.1 發泡劑

發泡劑是拌制氣泡混合輕質土的最重要的原材料， 對氣泡混合輕質土的性能影響至關重要，它對氣泡混合輕質土的孔系、均勻程度、氣泡孔的封閉狀態等性能影響很大，并對氣泡輕質土的受力性能和使用性能起關鍵作用。 所以，選擇高性能的泡沫劑就成為制備高性能泡沫輕質土的關鍵。 發泡劑應對環境無影響，氣泡群質量滿足：氣泡群密度48～52 kg/m3、 標準氣泡柱靜置1 h 的沉降距不大于5 mm、標準氣泡柱靜置1 h 的泌水量不大于25 mL。

1.1.2 必須組分水泥

水泥應選用42.5 級或42.5 級以上的通用硅酸鹽水泥或硫鋁酸鹽水泥，如果因材料來源困難而選用其他品種水泥時應先進行試驗，性能指標須符合要求。

1.1.3 可選組分

可選組分包括細集料、摻合料、外加劑等，在選用摻合料時應考慮摻合料與泡沫群的相容性，選用的摻合料應符合下列要求：（1）細度要細，細集料的粒徑應不大于4.75 mm，以提高泡沫的包裹性；（2）吸水性要小，不致吸收泡沫中的水分而產生消泡；（3）選用的輕集料要考慮選擇符合堆積密度要求；應與水泥漿密度相近，才能防止集料的沉淀。

1.2 性能技術要求

材料性能技術要求如表1 所示[1]。

表1 材料設計性能指標技術要求

2 工藝流程與施工要點

2.1 施工準備

2.1.1 場地建設

（1）對輕質土拌合場地進行硬化，并立好散裝水泥灌；（2）做好20 m3蓄水池和三級沉淀、凈化、排污池；（3）本設備的生產為車載自發電，供水由水池內安裝增壓泵抽水。

2.1.2 安裝調試

開啟自帶發電機，手動按鈕開取電機，確認電機是否逆轉，如果逆轉就要調換相極接頭；驗算、測定水泥、水、減水劑等原材料流量值，確定加料時長；采用手動加負荷試運行，查看所有電機、空壓機等設備運行是否正常；全自動循環運行檢測不少于2 次，直至整個機械系統正常運行；啟動發泡機，檢測氣泡群的各項指標。 所有機械設備調試好后才能進行試加料生產，然后現場檢測氣泡混合輕質土的各檢測指標能否滿足設計要求。 如果不滿足，立即找出原因，必須所有指標都達到設計要求后再進行生產。

2.2 工藝流程控制

現澆氣泡混合輕質土路基的施工工藝流程主要分為以下7 個步驟：基槽開挖防護→澆筑無砂大孔砼底板→施工現澆砼面板→氣泡混合輕質土拌合制作→輸送與澆筑→氣泡輕質土養護→質量檢驗與驗收。

相關工藝控制要求如下：（1）氣泡輕質土制作設備應具有原材料自動化計量功能，可調節水泥漿或泡沫流量。 （2）氣泡混合輕質土的材料計量精度應滿足表2 要求[1]。 （3）拌合成型過程中，要保證各組分拌和均勻；氣泡混合輕質土在裝料倉中的留放時長不要超過120 min。 （4）如果在地下水位以下時施工，應采取降水措施，確保基底無積水方可澆筑，并養護3 d 以上方可解除降水措施。 （5）氣泡混合輕質土應分層、分段水平澆筑，盡量用泵送；單個澆筑區的施工時間宜控制在水泥漿的初凝時間內，澆筑層終凝后方可施工上層。

表2 材料的計量精度

氣泡混合輕質土強度未達到設計強度前，不宜直接進入使用狀態，養護采用表面覆蓋塑料薄膜進行保濕養護；當抗壓強度>0.5 MPa 時方可進行路面施工。

2.3 施工方法要點

為保證氣泡混合輕質土的工程實施質量，應在施工中注重以下細節要點：（1）擋板和氣泡混合輕質土按不大于15 m 間距設置沉降縫； 鋼筋網搭接位置要錯開60 cm 以上，搭接寬度>25 cm。 （2）單級配管泵送范圍應根據配合比、泵送距離及泵送高度確定水平泵送距離及垂直泵送高度， 宜按表3 執行；當超過規定時宜增加中繼泵[1]。 （3）應逐層、逐塊橫向澆注，每層的厚度約0.3～0.8 m 范圍內，夏季高溫時不大于0.6 m 厚； 宜沿澆筑區長軸方向自一段向另一端澆筑[2]。 （4）移管宜前后移，需左右移時應提出已澆段外；進行表面掃平時，應使澆注口保持水平，并放低位置。 （5）不可在尚未固化的輕質土里走動，雨天應做好遮雨措施，防止雨水消泡。 （6）嚴控濕容重等級、抗壓強度等級設計指標。 （7）施工現場要開挖臺階，用壓路機碾壓，承載力達到要求后再進行泡沫混合輕質土施工。（8）按設計要求施工其他必要工程。 （9）如果在雨季施工，需做臨時防排水；氣泡混合輕質土完成后要用塑料薄膜覆蓋保濕養護，養護時間大于7 d；氣泡混合輕質土達到抗壓強度以后才能在氣泡混合輕質土面上通行重型設備。

表3 泵送范圍

3 工程案例

3.1 工程設計

福建省某擴建高速公路路基工程某路段一高填路基處于經濟較發達的城郊區域，路線兩側基本為農保地且附近有舊厝大宅， 征地和拆遷難度較大，決定采用現澆氣泡混合輕質土方案。

涉及的現澆氣泡混合混合輕質土擋土墻長300 m，高4～6 m 的，總工程數量約20 000 m3，經研究提出工程方案如下：（1）高速邊坡采用Φ50 小導管注漿掛網錨噴，基槽采用Φ108 鋼管樁和C20 混凝土面板。 （2）根據填筑高度不同：填筑高度小于5 m 段落， 填筑體頂部50 cm 位置設置1 層Φ32 mm@10×10 cm 鋼絲網； 填筑高度大于5 m 段落， 填筑體頂部1 m 以內位置設置2 層Φ32 mm@10×10 cm 鋼絲網。（3）根據本工程技術需要，除前文提出的原材料與技術性能要求外，增加提出技術指標：發泡倍率不小于1 650；消泡試驗濕密度增加率不超過11%。

3.2 質量控制

3.2.1 現場控制指標與頻率

現澆氣泡輕質土擋墻檢測指標：濕密度、抗壓強度、氣泡群密度。 （1）濕密度：每1 層抽檢2 次，檢測值應在設計值范圍。 （2）抗壓強度：現場制取試塊，并計算測定試樣的濕容重。 試件應放標養室保濕養護， 養護溫度20℃～28℃。 檢測頻率為300 m3檢測1 組 （小于300 m3也取1 組），28 d 抗壓強度不小于設計值。 （3）氣泡群密度：按照CJJ/T 177-2012《氣泡混合輕質土填筑工程技術規程》[3]氣泡混合輕質土現場控制指標及檢測頻率見表4。

表4 現場指標及檢測頻率

3.2.2 強度檢測

氣泡混合輕質土擋墻成型后主要檢測指標為抗壓強度，試塊的制取頻率為每工作日3 組，檢測要求如下：（1）固化氣泡混合輕質土應同時檢測7 d和28 d 齡期抗壓強度；（2）抗壓強度試件在現場制取，并應測定濕容重；（3）試塊要在20℃～28℃的標養室養生，檢測方法采用《普通混凝土力學性能試驗檢測方法標準》[4]，采用砂漿壓力機檢測。

3.3 施工完成后性能

施工完成后經對留樣和鉆芯取樣測試的數據，工程填筑的氣泡輕質土濕容重為810 kg/m3，干密度685 kg/m3，強度為1.2 MPa，滿足設計要求。 與擋土墻或抗滑樁相比， 降低了路基荷載和地基附加應力，可以有效抑制地基不均勻沉降和側移，提高了路基的穩定性， 且用氣泡輕質土施工時間縮短，施工效率高。 處理后的路基平整度好， 自成整體，1 MPa 以上的抗壓強度滿足工程對路基強度的要求，整體施工效果良好。

4 結語

氣泡混合輕質土作為特殊工程條件下采用的特殊材料與工藝措施，不同施工企業之間的施工作業水平參差不齊， 工程質量控制對管理要求較高，公路現澆路基作為隱蔽工程在施工過程中的質量控制尤顯重要，經過本工程應用的觀察總結，泡沫混合輕質土在施工工藝、綜合造價、材料環保等各方面都有良好的表現，并且通過本工程施工情況和工后數據的分析， 提出了材料與工藝控制方法，經工程運營跟蹤，至今2 年多沒有發生有關不均勻沉降等相關病害，表明所提工藝措施與質控體系是可行的，可為類似工程的施工提供參照。