復(fù)雜地質(zhì)條件下泡沫輕質(zhì)土路基技術(shù)研究

◎王貴

在復(fù)雜地質(zhì)條件下，路基容易產(chǎn)生差異沉降問題，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)被破壞，嚴(yán)重影響正常和安全行車。為從根本上解決這一問題，在保證路基強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，降低路基土體重量是一項(xiàng)重要措施，即在路基施工中使用泡沫輕質(zhì)土，而為保證泡沫輕質(zhì)土路基施工質(zhì)量，有必要對(duì)其施工技術(shù)加以分析和探討，明確施工中需要注意的各項(xiàng)要點(diǎn)。

一、泡沫輕質(zhì)土主要特點(diǎn)

如今，泡沫輕質(zhì)土已經(jīng)工程土建領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，泡沫輕質(zhì)土主要具有以下幾方面特點(diǎn)：

1.泡沫輕質(zhì)土的干體積密度只有300-1600kg/m3，是普通水泥混凝土1/8～1/5，能大幅減小整體荷載。

2.可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行澆注施工，施工方便，可縮短工期，進(jìn)而降低工程造價(jià)。

3.泡沫輕質(zhì)土具有良好的多孔性，彈性模量較低，可吸收并分散受到的沖擊載荷。

4.有良好的抗壓性，一般使用條件下抗壓強(qiáng)度保持在0.6-25.0MPa 范圍內(nèi)。

5.現(xiàn)澆氣泡混合輕質(zhì)土的吸水性相對(duì)較小，與獨(dú)立的封閉氣泡相比表現(xiàn)出良好整體性，進(jìn)而有較強(qiáng)防水性能。

6.耐久性良好。

7.僅需簡(jiǎn)單機(jī)械設(shè)備即可完成自動(dòng)化作業(yè)，傳輸距離可達(dá)800m，通常情況下每日的工作量可以達(dá)到150-300m3。

8.泡沫輕質(zhì)土的原料以水泥與起泡劑為主，其中，起泡劑是中性材料，沒有有毒有害物質(zhì)，能減輕對(duì)環(huán)境造成的污染。

9.綜合造價(jià)水平較低。

二、材料要求

對(duì)于路基施工用泡沫輕質(zhì)土，其標(biāo)準(zhǔn)密度應(yīng)保持在30-50kg/m3范圍內(nèi)，發(fā)泡倍率應(yīng)控制在800-1200 范圍內(nèi)，其施工濕密度應(yīng)達(dá)到如表1 所示的要求，而路基抗壓強(qiáng)度需滿足如表2 所示的要求。

表1 泡沫輕質(zhì)土路基施工濕密度

表2 泡沫輕質(zhì)土路基抗壓強(qiáng)度

不同地層與工況條件下的巖土物理力學(xué)參數(shù)有所不同，在施工開始前必須予以明確。各地層物理力學(xué)參數(shù)如表3 所示。

表3 各地層物理力學(xué)參數(shù)

三、施工技術(shù)要求

1.按照施工配合比生產(chǎn)拌制的混合料，其7d 抗壓強(qiáng)度不能低于0.4MPa，同時(shí)28d 抗壓強(qiáng)度不能低于0.6MPa。

2.利用壓縮空氣和發(fā)泡劑水溶液借助發(fā)泡裝置進(jìn)行發(fā)泡，不可采用攪拌發(fā)泡的方式產(chǎn)生泡沫。

3.泡沫輕質(zhì)土生產(chǎn)裝置應(yīng)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量，在實(shí)際拌制過程中，應(yīng)能對(duì)水泥漿與氣泡流量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

4.泡沫輕質(zhì)土澆筑過程中，單層厚度按0.5-1.0m 控制，每個(gè)澆筑區(qū)的澆筑施工需在水泥漿達(dá)到終凝之前完成，而且上一個(gè)澆筑層要在下層達(dá)到終凝之后開始施工。

5.施工人員應(yīng)盡可能避免在澆筑完成但還沒有硬化的土層表面走動(dòng)。

6.在泡沫輕質(zhì)土的實(shí)際強(qiáng)度達(dá)到0.4MPa 以上后才能開始后續(xù)施工。

7.在每天施工完成后都要在路基表面覆蓋一層針刺土工布，同時(shí)通過適量灑水進(jìn)行保濕。

四、施工工藝方法

1.場(chǎng)地驗(yàn)收。

（1）澆筑施工開始前，應(yīng)對(duì)基底進(jìn)行驗(yàn)收，要求基底不能存在積水。

（2）當(dāng)設(shè)計(jì)有墊層結(jié)構(gòu)時(shí)，墊層結(jié)構(gòu)施工應(yīng)能滿足所有規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

（3）澆筑區(qū)域的平面尺寸應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)基底高程和設(shè)計(jì)要求之間的偏差不能超出±10cm。

（4）澆筑施工開始前，需要以區(qū)為單位對(duì)澆筑場(chǎng)地實(shí)施嚴(yán)格的檢查驗(yàn)收。

2.施工工藝流程。

泡沫輕質(zhì)土路基施工需按照以下工藝流程進(jìn)行：采用發(fā)泡劑和稀釋水制成發(fā)泡液，然后與壓縮空氣混合形成泡沫；將水泥和水混合攪拌形成水泥漿；將泡沫和水泥漿混合攪拌形成泡沫輕質(zhì)土；通過澆筑泡沫輕質(zhì)土形成泡沫輕質(zhì)土路基，如圖1 所示。

圖1 泡沫輕質(zhì)土生產(chǎn)流程

3.泡沫生成。

泡沫采用稀釋后的發(fā)泡劑與壓縮空氣生成，在生產(chǎn)過程中，拌和使用的水中不能含有對(duì)泡沫穩(wěn)定性有影響的成分；發(fā)泡劑稀釋與氣泡都應(yīng)借助設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制，保證生成的泡沫達(dá)到穩(wěn)定和細(xì)密。

4.水泥漿（水泥砂漿）制備。

水泥漿（水泥砂漿）在施工現(xiàn)場(chǎng)拌制，注意應(yīng)保持連續(xù)，并在出料口的位置設(shè)好過濾網(wǎng)。

5.混合泡沫和水泥漿（水泥砂漿）。

輕質(zhì)土是由泡沫與加壓后的水泥漿（水泥砂漿）構(gòu)成的，在施工中要對(duì)其各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

6.模板施工。

以施工圖紙為依據(jù)，結(jié)合輕質(zhì)土各項(xiàng)特性，該工程所用模板為厚度為1.5cm 的竹膠板，在竹膠板的背后需設(shè)置方木，并借助鋼管頂托進(jìn)行支撐。輕質(zhì)土的澆筑需分塊與分層進(jìn)行，分層厚度一般為0.5m。為滿足分層施工要求，模板施工也應(yīng)分層進(jìn)行，每次模板安裝數(shù)量都要以當(dāng)日工作面及工作量為依據(jù)確定。模板的分區(qū)域安裝都應(yīng)達(dá)到穩(wěn)固，相鄰澆筑區(qū)之間需使用塑料布做好密封，以免輕質(zhì)土通過縫隙向外滲漏。模板施工必須按照設(shè)計(jì)斷面圖，結(jié)合路基設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，模板的具體尺寸要根據(jù)臺(tái)階高度和施工圍擋確定與控制。輕質(zhì)土配管泵送距離主要受到配合比與落差因素影響，無落差水平單級(jí)泵送距離應(yīng)按照表4 嚴(yán)格控制。

表4 無落差水平單級(jí)泵送距離

7.澆筑施工。

輕質(zhì)土所用普硅水泥初凝時(shí)間應(yīng)達(dá)到120min 以上，為保證輕質(zhì)土施工質(zhì)量，需充分考慮各項(xiàng)施工要素，各分區(qū)分塊實(shí)際澆筑時(shí)間不能超過90min，以保證澆筑施工在初凝之前完成。在實(shí)際的澆筑施工中，應(yīng)注意以下幾方面要點(diǎn)：

（1）澆筑開始前，將基底范圍內(nèi)存在的積水與松軟土均清理干凈，并在必要的情況下對(duì)基底土層實(shí)施碾壓，使壓實(shí)度達(dá)到80%以上。

（2）一般情況下單層澆筑厚度按照0.5m 嚴(yán)格控制，處于同一澆筑區(qū)段內(nèi)的上下兩個(gè)相鄰的澆筑層，如果施工過程中氣溫在15℃以下，則澆筑時(shí)間間隔不能短于8-12h，而當(dāng)施工時(shí)氣溫在15℃以上時(shí)，澆筑時(shí)間間隔需達(dá)到2d 以上。

（3）在澆筑施工中，若遇到降雨，應(yīng)立即停止?jié)仓瑫r(shí)對(duì)澆筑完成的輕質(zhì)土進(jìn)行覆蓋。

（4）澆筑需按照從其中一端到另外一端的順序進(jìn)行，若采用多個(gè)澆筑管進(jìn)行澆筑，則可并排進(jìn)行澆筑，必要是也可按照對(duì)角方式澆筑。

（5）澆筑時(shí)，若需要對(duì)澆筑管進(jìn)行移動(dòng)，則要按照其放置方向前后進(jìn)行，不建議左右移動(dòng)，若必須左右移動(dòng)，則要將澆筑管從完成澆筑的輕質(zhì)土中提出。

（6）將輕質(zhì)土澆筑結(jié)束后，需將其表面清掃干凈，在清高表面的過程中，應(yīng)確保澆筑口達(dá)到水平，同時(shí)盡可能減小澆筑口和輕質(zhì)土表面之間的距離。

（7）施工人員不可在已經(jīng)澆筑完成但還沒有達(dá)到固化的輕質(zhì)土表面行走。

（8）路床部位的輕質(zhì)土要在澆筑完成后及時(shí)覆蓋一層塑料布，將最后一層輕質(zhì)土澆筑完成后，需連續(xù)養(yǎng)護(hù)7d 以上的時(shí)間。

8.金屬網(wǎng)與土工膜鋪設(shè)。

（1）對(duì)于路床頂部的金屬網(wǎng)，要鋪設(shè)在土工膜以下。

（2）在鋪設(shè)金屬網(wǎng)的過程中，要用U 形釘加以錨固，橫、縱向的錨固間距分別按照1.0m 和2.0m 控制，相鄰金屬網(wǎng)之間要有一定重疊搭接，搭接的寬度需達(dá)到5cm 以上，在搭接部位需使用鐵絲進(jìn)行綁扎。

（3）在鋪設(shè)土工布的過程中，應(yīng)盡可能與下承層貼緊，在路床頂部借助U 形釘加以錨固，橫、縱向間隔距離分別按照2m 和5m 嚴(yán)格控制。

（4）土工膜與金屬網(wǎng)都應(yīng)沿橫向進(jìn)行鋪設(shè)。

9.施工注意事項(xiàng)。

（1）泡沫輕質(zhì)土路基施工所用水泥要滿足以下要求：水泥的強(qiáng)度、細(xì)度、凝結(jié)時(shí)間與安定性都應(yīng)滿足國家相關(guān)規(guī)范提出的要求；水泥密度應(yīng)達(dá)到2700kg/m3以上。

（2）泡沫輕質(zhì)土路基施工所用發(fā)泡劑應(yīng)做好性能檢驗(yàn)，要求消泡試驗(yàn)得出的濕密度增加率在10%以內(nèi)、標(biāo)準(zhǔn)沉陷距離在5mm 以內(nèi)，具體的檢驗(yàn)方法根據(jù)相關(guān)規(guī)程確定。

（3）泡沫輕質(zhì)土路基施工所用原材料都要在進(jìn)場(chǎng)之前進(jìn)行嚴(yán)格檢查。

（4）將輕質(zhì)土路基澆筑完成后，需在最后一層澆筑同條件養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度不低于0.4MPa 后才能開始路面結(jié)構(gòu)層施工。應(yīng)注意，在路面結(jié)構(gòu)層施工過程中，應(yīng)注意防止大型機(jī)械直接碾壓，建議以推平和卸料同步的方式施工，即將卸料車安排在推平機(jī)械后端。

（5）本項(xiàng)目區(qū)域暴雨頻發(fā)，路基經(jīng)常存在浸水的情況，對(duì)此需在泡沫輕質(zhì)土澆筑施工前進(jìn)行逐橋抗浮驗(yàn)算，并根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果確定適宜的抗浮措施，保證泡沫輕質(zhì)土不會(huì)發(fā)生上浮。原地面壓實(shí)度需達(dá)到90%以上，如果橋臺(tái)處在低洼濕軟段落，無法進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)，則要采用清淤換填的方法進(jìn)行處理，使原狀土承載力達(dá)到180kPa 以上。

（6）泡沫輕質(zhì)土路基填土相接部位需使用防滲土工膜進(jìn)行包裹，防滲土工膜為M1/PE，橫、縱向拉伸斷裂伸長率需達(dá)到500%以上，橫、縱向拉伸強(qiáng)度需達(dá)到18kN/m 以上，橫、縱向直角撕裂強(qiáng)度需達(dá)到100N/m 以上，CBR 頂破強(qiáng)度不能超過3kN，垂直滲透系數(shù)不能超過5×10cm/s，土工膜搭接方式為上膜在上、下膜在下，搭接寬度按20cm 控制。

（7）在與泡沫輕質(zhì)土頂、底部相距50cm 的位置，并按照1m的間隔距離設(shè)置單層鐵絲網(wǎng)，鐵絲網(wǎng)的規(guī)格為10cm×10cm，單位重1.26kg/m2，嚴(yán)格按照要求的位置及寬度沿水平方向鋪設(shè)，保證鋪設(shè)達(dá)到牢靠。若需要進(jìn)行接長，則要有30cm 的接長寬度。

10.質(zhì)量檢測(cè)。

施工過程中與完成后都要嚴(yán)格做好質(zhì)量檢測(cè)工作，質(zhì)量控制指標(biāo)、檢測(cè)頻率、設(shè)計(jì)值與允許誤差為：

（1）濕容重：每工作日自檢4 次，抽檢2 次，允許誤差為±0.1設(shè)計(jì)值；

（2）流動(dòng)值：每工作日自檢4 次，抽檢2 次，允許誤差為設(shè)計(jì)值±20mm；

（3）氣泡密度：每工作日自檢2 次，抽檢1 次，允許偏差為±0.05 設(shè)計(jì)值。

（4）試件抗壓強(qiáng)度：將試件制取完成后放到不低于20℃的環(huán)境條件下養(yǎng)生，然后采用標(biāo)準(zhǔn)方法檢測(cè)其抗壓強(qiáng)度，注意需采用砂漿壓力機(jī)進(jìn)行，同時(shí)最終強(qiáng)度檢測(cè)取值不進(jìn)行尺寸折減。

五、結(jié)論

1.泡沫輕質(zhì)土路基能有效解決因軟基段預(yù)壓不到位產(chǎn)生的工程沉降，在橋臺(tái)背路基換填中使用還能解決工后沉降造成的橋頭跳車，當(dāng)在道路擴(kuò)建擴(kuò)建中用于路基加寬填筑時(shí)，可從根本上解決路基差異沉降和變形問題。

2.輕質(zhì)土路基施工開始前，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行材料選取，保證所選的材料滿足質(zhì)量要求。

3.泡沫輕質(zhì)土路基施工應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求的順序進(jìn)行，保證各環(huán)節(jié)施工質(zhì)量。