高速公路橋臺路基中泡沫輕質土施工質量控制技術研究

王云麗

（中交二航局第三工程有限公司，江蘇 鎮江 212000）

0 引言

高速公路的路堤填料是剛度較小的土體，橋臺材料則是剛度較大的混凝土，兩者抗變形能力不同，在車輛荷載反復作用下，路堤填料變形小于橋臺材料變形，兩者之間形成沉降差，導致高速公路橋頭跳車問題。對此，采用復合地基、堆載預壓、強夯等傳統處理措施的施工工期較長，無法從根本上解決不均勻沉降問題[1]。因此，需深入研究高速公路橋臺路基泡沫輕質土施工質量控制技術。

1 泡沫輕質土的材料組成和物理力學性能

1.1 材料組成

泡沫輕質土是指在原料土中按設計比例加入固化劑、發泡劑、水等材料，均勻拌和而成的微孔混凝土。原料土為細砂、黏性土、砂質土等，最大粒徑宜不大于5mm。當原材料不符合要求時，應在拌和前進行篩分處理。固化劑有主固化劑（水泥）和輔助固化劑（石膏粉、硅粉等）兩類。泡沫輕質土拌和宜使用飲用水，不可使用污染水源[2]。

1.2 物理力學性能

大量工程實踐表明，泡沫輕質土的優勢主要體現在重度、流動性、抗壓強度三個方面，具體闡述如下。

1.2.1 重度

泡沫輕質土的重度在5～12kN/m3，其值在粉煤灰和泡沫塑料塊輕質土（EPS）之間，但EPS 價格昂貴，抗浮性能差，一般不用作路基填料。影響泡沫輕質土重度的因素如下：一是單層澆筑高度。泡沫輕質土澆筑時的重力會壓縮土體內氣泡，使下部重度大于上部。單層澆筑高度越大，上、下部重度差異越大，故單層澆筑高度不宜大于1.0m。二是水固比。本文測定了不同水固比下泡沫輕質土的重度，試驗結果如圖1 所示。

圖1 不同水固比下泡沫輕質土重度

圖1 表明：當水固比小于1∶1.6 時，泡沫輕質土的重度增加速率較快；反之，泡沫輕質土重度增加速率變緩。主要原因在于：水固比越大，水泥固化劑的含量越高。同時，水泥的重度大于水的重度。

1.2.2 流動性

新拌和的泡沫輕質土流動性強，但隨拌和時間的增加，泡沫輕質土會產生硬化現象。為了保證泡沫輕質土的施工質量，其流值宜取160～200mm，最大泵送距離和泵送高度不宜超過500m 和30m。如果泡沫輕質土在泵送過程中有中繼泵，可適當增大泵送距離。

1.2.3 抗壓強度

泡沫輕質土的抗壓強度高于普通路堤填料，但遠小于混凝土。相關研究成果顯示，泡沫輕質土的抗壓強度受以下因素影響較大[3]：第一，固化劑。固化劑摻量越高，泡沫輕質土強度越大。第二，氣泡含量。氣泡含量較低時，泡沫輕質土強度高；氣泡含量過高時，會在土體內產生大量裂縫，使土體強度衰減。第三，養護齡期。泡沫輕質土的強度和養護齡期呈正相關趨勢；但養護28d 后，其強度基本不再增加。

2 泡沫輕質土在高速公路橋臺路基中的應用

2.1 工程概況

2.1.1 路線走向

工程案例為鹽城至洛陽國家高速公路江蘇省宿城至泗洪段SS-1 施工標段。該標段工程起點位于與淮徐高速公路交叉的倉集樞紐（樁號為K0+000），向西南跨越規劃S268，設置屠園互通，向南穿越洪澤湖（宿城區）重要濕地，跨越古山河后與SS-2 施工標段起點相接（樁號為K8+100），路線長為8.1km。

2.1.2 地質條件

SS-1 施工標段路線位于洪澤湖西北側，傍依成子湖，穿越洪澤湖滯洪區，沿線多為農田，局部地段穿過村莊、河流及已建道路。路線所在區域屬于徐淮黃泛沖積平原，區內崗洼間布，地勢略有起伏。

2.2 泡沫輕質土處理方案

2.2.1 處理思路

泡沫輕質土的重量輕、抗壓強度大、直立性強，能有效減小路堤填料的附加荷載、減小路基變形，且無須機械碾壓，對橋臺產生的水平壓力小，可取消橋頭搭板，將U 形橋臺或肋板式橋臺優化成樁柱式，以降低橋梁建設成本。

2.2.2 處理方案

SS-1 施工標段的S268 主線上跨橋大樁號橋頭側（24#橋臺）、苗鄭引河大橋（0#、6#橋臺）、屠園互通C匝道橋兩側橋臺、洪澤湖濕地特大橋兩側橋臺全部采用泡沫輕質土處理，具體處理方案如表1 所示。

表1 橋臺處理方案

3 橋臺路基泡沫輕質土施工質量控制要點

3.1 施工準備工作

3.1.1 配合比設計

泡沫輕質土中水泥為P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，經檢測，標準稠度用水量為28%，密度為3.09g/cm3，三氧化硫含量為0.78%，氧化鎂含量為1.86%，燒失量為3.82%，初凝時間為193min，終凝時間為255min，28d 抗折強度和抗壓強度分別為8.5MPa、50.5MPa，各項指標均符合規范要求。發泡劑型號為FP-188型，經檢測，發泡劑1h 沉降距為2mm，1h 泌水率為23mL，氣泡群用量為50kg/m3，密度為1.023g/mL，pH 值為7.62，各項指標均符合規范要求。泡沫輕質土設計強度等級為0.6MPa，經試驗選擇配合比設計為：水泥∶水∶氣泡群=353kg∶205kg∶680.8L，經檢測，流動度為173mm，濕容重為5.7kN/m3，7d、28d 平均強度分別為0.62MPa、0.84MPa。

3.1.2 測量放樣

施工前，測量部門應按照施工圖紙對里程樁號、距離路基位置等開展復核作業。復核無誤后，使用全站儀放樣坐標控制點，實測原地面標高，并填寫放樣記錄表。施工人員進場后應及時找到埋設板位置，同時，應在一側掛設標識牌，防止機械或人工破壞埋設板。

3.1.3 模板安裝

在施工期間，模板按“分層分塊”的原則進行安裝。為了防止外力使模板傾倒，可采取以下措施：第一，模板兩側打入直徑為20mm 的鋼筋進行固定；第二，次梁方木按間距400mm 橫向布置，斜向采用方木支撐在次梁方木下緣（與地面夾角呈30～45°），斜向方木端頭處打入鋼筋支擋；第三，相鄰模板的拼縫位置可使用止漿條填塞。

3.1.4 泡沫輕質土配合比檢驗

泡沫輕質土的生產工藝如圖2 所示。

圖2 泡沫輕質土生產工藝

在橋臺路基填筑之前，試驗室應先檢驗泡沫輕質土的施工配合比，檢測方法依據《氣泡混合輕質土填筑工程技術規程》（CJJ/T 177—2012），制備10cm×10cm×10cm 的立方體2 組（每組6 塊）分別測定泡沫輕質土在第7d、28d 的強度，強度值滿足設計要求后才能開展澆筑作業[4]。

3.2 泡沫輕質土澆筑施工控制

3.2.1 澆筑區和澆筑層劃分

施工單位應結合施工現場情況繪制泡沫輕質土澆筑區劃分、施工順序平面圖。泡沫輕質土單層澆筑厚度控制在0.5m 左右，單個澆筑區的面積應根據設備產能劃分，且最大澆筑面積不大于400m2。

3.2.2 澆筑參數

澆筑時間：橋臺路基的每一澆筑層應在水泥漿初凝時間內澆筑完成，且澆筑時間不大于3h。上下相鄰澆筑層的澆筑間隔時間應以下層澆筑層硬化為標準，不宜小于8h。

澆筑順序：泡沫輕質土在澆筑時應沿澆筑區長軸方向從一端向另一端澆筑。需注意，泡沫輕質土在澆筑期間，不宜左右移動澆筑管。確實需要移動時，應沿澆筑管的前后方向移動。

3.2.3 檢測指標

泡沫輕質土在澆筑期間，要檢測每一澆筑層的質量，檢測指標可取濕密度、流動性、泡沫密度等，具體檢測方法如表2 所示[5]。

表2 泡沫輕質土檢測指標

3.2.4 加強施工管理

橋臺路基泡沫輕質土填筑時不僅要采取經濟、合理的技術方案，還應加強施工管理，具體措施如下。第一，加強培訓。項目經理部應定期組織職業培訓，增強工程師和工人的技術水平和責任意識。第二，建立施工方案審查制度。技術人員編制好泡沫輕質土澆筑方案后，應提交部門負責人復核，并提交總工程師審核。第三，建立嚴格的考核制度。項目經理部應建立嚴格的獎罰制度，以便約束施工人員的行為。

3.3 泡沫輕質土澆筑質量評價

為了驗證泡沫輕質土在橋臺路基中的應用效果，利用理正巖土軟件計算泡沫輕質土澆筑高度為2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m、4.5m 時，橋臺路基的工后沉降，具體如圖3 所示。

圖3 不同泡沫輕質土澆筑高度下橋臺路基工后沉降

橋臺路基的工后沉降隨泡沫輕質土澆筑高度的增大而增加，且兩者之間基本呈線性正相關關系。泡沫輕質土澆筑高度為2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m、4.5m 時，橋臺路基工后沉降分別是0.9cm、1.3cm、1.8cm、2.3cm、2.7cm、3.2cm，均滿足現行設計和施工規范要求。由此可知，泡沫輕質土澆筑高度每增加0.5m，橋臺路基工后沉降平均增加0.46cm。

4 結論

本文分析了泡沫輕質土的材料組成、物理力學性能及其在鹽洛高速SS-1 施工標段中的具體應用，得到以下研究成果：一是泡沫輕質土由原料土、固化劑、發泡劑、水等材料組成，具有重度小、流動性好、無側限抗壓強度高等特點。二是橋臺路基泡沫輕質土在澆筑之前要開展測量放樣、模板安裝、配合比檢驗等作業。三是泡沫輕質土澆筑過程中應合理劃分澆筑區和澆筑層，沿澆筑區長軸方向從一端向另一端澆筑，且澆筑管不宜左右移動。四是建議以濕密度、流動性、泡沫密度等為評價指標，檢測泡沫輕質土路基的施工質量。