氣泡輕質土在收費站拓寬項目中的應用

軒凱歌

（中國華西工程設計建設有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510600）

0 引言

氣泡輕質土是通過發泡設備將發泡劑發泡后與水泥漿均勻地混合，之后通過泵送系統送至工點進行現澆施工，經養護后形成的內部含有大量封閉氣泡孔的輕質材料。 氣泡輕質土能縮短施工工期，減少路基工后沉降，提高路基穩定性。 近年來，氣泡輕質土憑借其輕質、重度和強度可調節、施工便捷以及環保等優良性能在工程建設領域有著廣泛的應用。

1 泡沫輕質土組分結構的特性

泡沫輕質土組成材料包括聚丙烯纖維、碳纖維、水泥、細集料、發泡劑、膨脹劑及丙烯酸酯共聚乳液等。制作氣泡輕質混合土時需要將上述材料與水混合， 水泥與細集料的作用是與水混合，凝固后成混凝土。聚丙烯纖維彈性模量較低， 可有效提高混凝土的抗塑性收縮開裂能力。碳纖維彈性模量較高，可顯著提高混凝土的抗拉強度、 抗撓強度， 降低氣泡輕質混合土的干燥收縮。此兩種纖維一同使用，一方面可以抑制混凝土的早期塑性收縮變形，另一方面可減小硬化后的收縮變形。能充分發揮混合纖維的協同效應， 顯著提高輕質土的結構耐久性，減少因為輕質土收縮而導致的開裂，減少因為裂縫而導致的毛細現象， 使得混凝土具有良好的抗裂性能及抗形變性能； 膨脹劑的作用是氣泡輕質混合土的收縮進行補償，從而進一步減小其開裂，起到良好的抗滲作用， 且在約束作用下氣泡輕質混合土的強度有所提高，并且使得氣泡輕質混合土具有低透水率。

2 泡沫輕質土工程應用

2.1 工程概況

隨著交通量的增加， 廣州北二環高速公路廣場小、車道少的水瀝和北村收費站擁堵情況變得異常嚴重，對過往車輛通行帶來諸多不便，且存在較大的安全隱患。 為了提高通行能力，確保主線交通安全以及改善收費壓力，管理單位決定對北村、水瀝收費站出口進行擴建改造，設計方案為北村收費站西往東出口拓寬兩條收費車道， 水瀝收費站入口拓寬一條車道。該項目地處珠江三角洲平原地帶。 兩個工點不僅土層較復雜，而且沿線經濟發達，建設用地十分緊張，征地拆遷費土地十分昂貴。

圖1 拓寬前的北村站

因此，本項目擴建工程有兩個難點：一是征地拆遷費用高、協調難；二是新舊路基不均勻沉降引發的縱向裂縫。

兩個收費站加寬段路基全部為填方路基， 因此，決定采用氣泡輕質土作為填筑材料。

2.2 氣泡輕質土填筑方案

氣泡混合輕質設計分主體工程和附屬工程設計：

（1）主體工程設計內容主要為氣泡輕質土土體填筑設計： 一般路段按開挖臺階的梯形橫斷面進行填筑；容重設計控制為不小于5.0 kN/m3；不大于7.0 kN/m3；無側限抗壓強度設計值為路床以下120 cm 范圍內不小于1.2 MPa，其他范圍不小于0.8 MPa。

（2）為了較好地保證氣泡輕質土的耐久性、安全性和美觀性，需要增加附屬工程，具體設計內容有以下幾點：

1）輕質土內部防水、排水設計：此路段的氣泡輕質土頂部均采用防滲土工膜包裹。頂部的路面下滲水通過設置在路側的碎石盲溝經橫向軟式透水管橫向φ10 cmPVC 管排到面板外。

因氣泡輕質土與下部路基間會存在部分差異變形，需要在面板基礎施工后鋪設一層碎石墊層，碎石墊層的鋪設厚度為20cm，壓實度不小于92%，鋪設前需修整基底，在基底夯實、整平并經檢驗認可之后方可進行碎石墊層鋪設，氣泡輕質土下部地基承載力應不小于120 kPa。

填挖交界處的路面下滲水由縱向盲溝匯集后經φ15cm 軟式透水管、碎石墊層、φ10PVC 管排出至路基右側外的排水溝。 墊層外的部分采用無孔PVC 管，按5m 間距設置。 盲溝斷面尺寸為30 cm×30 cm，用透水土工布包裹。 PVC 管須伸至邊坡外，營運期間應加強養護，如水量過大造成邊坡沖刷嚴重時，應將管接長至排水溝處。

2）為了加強氣泡混合輕質土的整體性和穩定性，并抑制氣泡混合輕質土裂縫的產生， 在填筑體的底部、 頂部等局部承受集中荷載部位需設計多層φ4.2mm 鋼絲網。

3）氣泡輕質 土側面采用水泥混凝土預制面板進行防護，并采用角鋼進行加固。 沿輕質土與橋臺之間及與填土銜接端部設置橫向面板，面板與橋臺之間再設置一層聚乙烯泡沫。

4）為避免不均勻沉降導致開裂，面板的基礎及擋板應按10～15 m 間距設置寬1 cm 的沉降縫， 縫中填塞聚苯乙烯板或夾板。

2.3 氣泡輕質土施工質量管理

2.3.1 施工前準備

氣泡輕質土設備開機運行前，作業人員一定要按照氣泡輕質土拌和設備相關操作規程做好開機前的準備工作，嚴格按設計配合比的要求設定參數，試生產時， 必須調整好泡沫質量， 使氣泡群密度控制在49～52kg/m3范圍之間。

2.3.2 施工質量管理

（1）原材料。 原材料的質量是氣泡輕質土質量好壞的關鍵， 必須按相關規范嚴格控制氣泡輕質土中水泥、纖維、細集料、水、發泡劑、膨脹劑及固化劑的質量。

（2）攪拌過程。和普通混凝土類似，氣泡輕質土在攪拌時對質量管理的要求最高。攪拌時要確保氣泡輕質土的流動性和輕量性，投料需準確，且必須按照標準控制空氣量、濕潤密度、流動值。 澆筑時，應采用分層、 分塊的澆筑方式作業， 輕質土每次澆筑厚度為0.5～0.8 m，按照沉降縫分幅跳躍式澆筑，需待下部輕質土終凝后方可進行上層輕質土澆筑作業，養護時間以不小于7 d 為控制。

（3）固化后。 氣泡輕質土固化后的質量管理，是指檢測輕質土無側限抗壓強度是否達到強度標準。質量管理中，一般用控制濕潤密度和空氣含量的方法進行檢測。

氣泡輕質土的設計控制值為qu28進行，輕質土固化后測得齡期7 d 的無側限抗壓強度qu7， 之后根據qu7數值與qu28數值的線性關系判斷qu28。 因此在固化后的質量管理中，可通過檢測7 d 齡期時無側限抗壓強度來判斷輕質土是否達到要求的強度。

（4）成品管理。 輕質土成品管理是指檢驗輕質土成品的形狀、質量及確認施工數量等。 施工時必須要有準確的記錄。

圖1 施工中的北村站

3 結語

經過3 年的通車運營期，北村、水瀝收費站路基狀況良好，可見，氣泡輕質土材料應用于路基填筑，是一項改變常規填筑工藝方法的革新型技術，其強度也具有可選擇性，可根據不同性質的工程，設計不同的氣泡土強度，因此氣泡輕質土在以后的工程建設中將有更廣闊的使用空間。