泡沫輕質(zhì)土在城市道路快速化改造中的應(yīng)用

閔 杰，鄒炎君

（南昌市政公用工程項(xiàng)目管理有限公司，江西 南昌 330029）

0 引言

城市道路快速化改造為原有道路改擴(kuò)建項(xiàng)目，項(xiàng)目實(shí)施中，經(jīng)常遇到道路拓寬、路橋銜接、高路堤下穿高鐵等各種工程節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)是工程處理的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)，處理不好易產(chǎn)生反復(fù)病害，影響行車舒適性，甚至影響行車安全性。泡沫輕質(zhì)土的出現(xiàn)為這些場景提供了較好的解決方案[1-3]。

1 泡沫輕質(zhì)土的性能

泡沫輕質(zhì)土是用物理方法將發(fā)泡劑水溶液制備成泡沫，與必須組分水泥基膠凝材料、水及可選組分集料、摻和料、外加劑按照一定的比例混合攪拌，并經(jīng)物理化學(xué)作用硬化形成的一種含有大量封閉氣孔的輕質(zhì)微孔材料[4]。

泡沫輕質(zhì)土具有優(yōu)越的工程性能，主要特點(diǎn)如下：（1）容重小：泡沫輕質(zhì)土在膠凝材料內(nèi)部生成具有封閉特性的泡沫孔，其重度隨著內(nèi)部泡沫孔隙的增加而不斷減小，一般低于細(xì)顆粒土20%以上。（2）強(qiáng)度高：泡沫輕質(zhì)土可以通過調(diào)整氣泡和水泥漿的配合比來改變其重度和強(qiáng)度，可調(diào)節(jié)其重度在5～13 kN/m3范圍內(nèi)，其強(qiáng)度在0.3 MPa以上。（3）耐久性好：泡沫輕質(zhì)土，耐酸、耐堿性能與普通混凝土類似，可以滿足沒有特殊要求的建設(shè)工程使用年限。（4）抗變形能力強(qiáng)：泡沫輕質(zhì)土的在試驗(yàn)中的壓縮變形曲線與混凝土的壓縮曲線基本相同，表現(xiàn)出典型的脆性破壞模式。試件的極限應(yīng)變約為0.4%，約為普通混凝土極限應(yīng)變的一倍左右，約為路基普通填土的10～20倍，彈性模量、泊松比與軟巖相當(dāng)。（5）流動性好：泡沫輕質(zhì)土具有良好的流動性和自硬性，不需震搗與碾壓作業(yè)，因此具有良好施工性。（6）環(huán)保性能好：泡沫輕質(zhì)土中可以摻入一定比例的工業(yè)廢渣粉煤灰，變廢為寶，提高泡沫輕質(zhì)土的強(qiáng)度、減少吸水率、減少水泥的用量，節(jié)約成本；同時施工在攪拌站完成攪拌后運(yùn)輸至現(xiàn)場進(jìn)行現(xiàn)澆，基本不會對環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。

2 泡沫輕質(zhì)土的應(yīng)用

2.1 道路改擴(kuò)建路基處理

道路拓寬路基若采用常規(guī)土，在新舊路基結(jié)合部位形成裂縫，原因?yàn)樾吕下坊a(chǎn)生差異沉降。

舊路基由于多年的車輛運(yùn)行及自身的荷載作用，沉降已經(jīng)趨于穩(wěn)定；新建路基由于路基自身的壓縮變形及對其下的原狀土產(chǎn)生附加應(yīng)力，會產(chǎn)生較大的工后沉降。沉降差異導(dǎo)致新舊路面在結(jié)合部位會產(chǎn)生裂縫。

泡沫輕質(zhì)土的應(yīng)用可以顯著改善新老路基的裂縫病害。主要原理是利用了泡沫輕質(zhì)土容重低、強(qiáng)度高、彈性模量大。

泡沫輕質(zhì)土容重較小，對地基的附加壓力小；強(qiáng)度高，硬化后連成整體，分散路面荷載，減小土基的變形；自身彈性模量大，自身工后沉降可以忽略。

泡沫輕質(zhì)土在城市道路快速化改造的加寬擴(kuò)建工程中的應(yīng)用優(yōu)勢還體現(xiàn)在：

（1）強(qiáng)度高，可自立，擴(kuò)建路基可垂直填筑，節(jié)省土地資源，減少建筑物的拆遷。

（2）施工便捷，施工工期短。

典型設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 道路拓寬示意圖（單位：m）

2.2 路橋銜接處理

城市道路快速化改造中，主線高架橋或者匝道橋接地，橋頭路基通常采用碎石土或石渣土等填料進(jìn)行臺背回填。由于填土自身固結(jié)沉降以及臺后填土對原狀產(chǎn)生的附加應(yīng)力的影響，臺后土?xí)a(chǎn)生較大沉降量，而橋臺往往采用樁基礎(chǔ)，沉降量很小，因此橋臺構(gòu)造物與臺后路堤會出現(xiàn)較大的沉降差，在臺背附近陡坡或錯臺。車輛快速通行時產(chǎn)生橋頭跳車，影響行車舒適性，甚至影響行車安全。軟土地區(qū)橋臺及高填土橋臺，橋頭跳車很難避免，也是道路最常見的路面病害。采用泡沫輕質(zhì)土進(jìn)行臺背回填，可大幅改善橋頭跳車，機(jī)理如下：

（1）泡沫輕質(zhì)土與一般填土相比，強(qiáng)度高、彈性模量大；作為填料，自身幾乎沒有工后固結(jié)沉降。

胼胝體梗死往往累及高級神經(jīng)功能，而導(dǎo)致高級神經(jīng)功能損害。胼胝體梗死會損害連接雙側(cè)大腦半球的完整性聯(lián)絡(luò)纖維，進(jìn)一步會出現(xiàn)雙側(cè)大腦半球失聯(lián)系現(xiàn)象進(jìn)而導(dǎo)致一系列臨床癥狀[19]。Giroud等[6]研究了282例缺血性腦卒中患者并報(bào)道了胼胝體梗死后2個經(jīng)典的臨床癥狀：(1)胼胝體離斷癥狀，包括失用、失寫、左手觸覺性命名不能和異己手綜合癥(alien hand syndrome，AHS)。(2)額葉性共濟(jì)失調(diào)，包括因胼胝體前部小梗死灶導(dǎo)致的走路基步寬、小碎步以及手臂失去擺動等癥狀。

（2）泡沫輕質(zhì)土與一般填土相比，容重可以做到減半，甚至更低；采用泡沫輕質(zhì)土回填可以大幅降低原狀土的附加應(yīng)力，進(jìn)而減少原狀土的沉降。

典型構(gòu)造設(shè)計(jì)見圖2。

圖2 臺后路橋銜接示意圖（單位：cm）

另外由于泡沫輕質(zhì)土固化后的自立性，泡沫輕質(zhì)土可以極大減少填土的土壓力，橋臺結(jié)構(gòu)及臺后的擋墻也可以進(jìn)行大幅優(yōu)化。從臺后擋墻作為泡沫輕質(zhì)土的保護(hù)壁的角度考慮，擋墻結(jié)構(gòu)尺寸可以做的很小；但要注意的是，在城市道路條件下，擋墻頂部往往作為道路擋墻的基礎(chǔ)，在汽車撞擊工況下，擋墻應(yīng)具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度。在擋墻上部設(shè)置錨拉桿可以有效減少擋墻結(jié)構(gòu)尺寸，同時滿足防撞護(hù)欄被汽車撞擊時對位移控制的要求。結(jié)構(gòu)處理示意見圖3。

圖3 擋墻及錨拉桿示意圖

2.3 高路堤下穿鐵路橋

城市道路快速化改造中，快速路一般以下穿的形式穿過鐵路橋梁，見圖4。由于凈空限制，快速路無法以橋梁的形式下穿；結(jié)合縱斷面線形設(shè)計(jì)要求，快速路往往需采用高路堤的形式。

圖4 城市道路下穿高速鐵路橋示意

為避免道路填土及車輛荷載對鐵路橋梁承臺及樁基產(chǎn)生附加荷載，滿足鐵路橋梁安全管理規(guī)定，可采用U型槽結(jié)合樁基礎(chǔ)，降低對鐵路橋的影響，總體方案見圖5。

圖5 快速路下穿高速鐵路橋處理示意

U型槽中填筑泡沫輕質(zhì)土，利用泡沫輕質(zhì)土容重低及基本不產(chǎn)生側(cè)向土壓力的特性，減少U型槽及下部樁基礎(chǔ)的荷載，形成良好的綜合效益。

3 施工及檢測

3.1 性能指標(biāo)

泡沫輕質(zhì)土路基材料性能指標(biāo)滿足表1要求。

表1 泡沫輕質(zhì)土路基施工濕密度及強(qiáng)度

3.2 施工要點(diǎn)

（1）泡沫輕質(zhì)土應(yīng)采用壓縮空氣制泡。壓縮空氣制泡具有生產(chǎn)連續(xù)、產(chǎn)量大、施工便利等優(yōu)勢，而且穩(wěn)定性好，消泡率遠(yuǎn)小于機(jī)械攪拌發(fā)泡。

（2）泡沫輕質(zhì)土制作應(yīng)采用專用設(shè)備，具備自動控制原材料配比、產(chǎn)能高、成品質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)。

（3）泡沫輕質(zhì)土施作前需要進(jìn)行必要的清表及壓實(shí)，并在底部鋪設(shè)粗骨料墊層作為排水通道；嚴(yán)禁在基底有水的情況下澆筑施工。

（4）為保證泡沫輕質(zhì)土氣泡的穩(wěn)定性，單層澆筑厚度控制在0.3～0.8m之間，且施工過程中應(yīng)避免過度振動；上一層澆筑作業(yè)應(yīng)在下一層澆筑終凝后進(jìn)行。

（5）當(dāng)泡沫輕質(zhì)土強(qiáng)度不低于0.5 MPa時，方能進(jìn)行后續(xù)路面結(jié)構(gòu)層的施工；施工過程中應(yīng)嚴(yán)格禁止大型機(jī)械在輕質(zhì)土頂面行駛。

（6）為避免泡沫輕質(zhì)土表面水分蒸發(fā)，快速干燥而產(chǎn)生裂縫，澆筑到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)在表面覆蓋塑料薄膜或無紡?fù)凉げ歼M(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)。

3.3 施工注意事項(xiàng)

（1）如遇到大雨或者持續(xù)小雨天氣時，應(yīng)對未硬化的泡沫土表層進(jìn)行覆蓋遮雨。

（2）分塊分層澆注泡沫輕質(zhì)土。模板分區(qū)、分層安裝，分區(qū)模板安裝牢固，采用塑料布進(jìn)行密封,防止泡沫輕質(zhì)土沿縫滲漏。

（3）為保證施工質(zhì)量，泡沫輕質(zhì)土的在每個區(qū)塊的澆筑時間應(yīng)控制在初凝時間以內(nèi)，并保證一定的時間冗余。另外，泡沫輕質(zhì)土不宜在設(shè)備及管道中停滯超過1 h。

（4）夏季施工時，應(yīng)避開高溫時段,盡量安排在早晚和夜間施工；冬期施工時，應(yīng)對設(shè)備、澆筑區(qū)采取保溫防凍措施。

（5）在泡沫輕質(zhì)土達(dá)到設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度后，才可在泡沫輕質(zhì)土頂面進(jìn)行機(jī)械或者車輛作業(yè)。

3.4 檢測

泡沫輕質(zhì)土質(zhì)量檢測與控制包括原材料檢驗(yàn)、過程質(zhì)量控制、固化后檢測等。

（1）開工前，應(yīng)對泡沫輕質(zhì)土所采用水泥基膠凝材料進(jìn)行強(qiáng)度及其他性能指標(biāo)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，并采用消泡試驗(yàn)檢驗(yàn)泡沫與膠凝材料的適應(yīng)性。

（2）過程質(zhì)量控制，主要對濕密度和泡沫密度進(jìn)行檢驗(yàn)，合格的標(biāo)準(zhǔn)為與設(shè)計(jì)值的偏差分別不超10%、20%。

（3）硬化后的質(zhì)量檢驗(yàn)，主控檢測指標(biāo)為抗壓強(qiáng)度。抗壓強(qiáng)度齡期取28d，抗壓強(qiáng)度試件應(yīng)在密封朔料袋中養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫度為20℃～25℃。試件應(yīng)在澆筑點(diǎn)出料口制取。

4 結(jié)語

泡沫輕質(zhì)土具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、便于施工、環(huán)保等工程特性，是一種性能優(yōu)良的填筑材料，在城市道路快速化改造過程中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)具有良好的適應(yīng)性。本文介紹了泡沫輕質(zhì)土在路基拓寬、路橋銜接、高路堤下穿鐵路橋等典型場景下的應(yīng)用,以及泡沫輕質(zhì)土的施工及檢測要點(diǎn)。可以預(yù)見，隨著工程實(shí)踐的發(fā)展，泡沫輕質(zhì)土的應(yīng)用場景將越來越廣闊。