□文/王永成

泡沫輕質土在道路工程中的應用

□文/王永成

文章主要介紹了新型填筑材料泡沫輕質土的原理及其優(yōu)勢并結合其在津濱高速公路改擴建工程中的具體應用，研究了泡沫輕質土路堤設計和施工工藝。

泡沫輕質土；建筑材料；土路堤

泡沫輕質土作為一種新型保溫材料，于2003年自日本引進并在高速公路工程中逐步推廣應用。所謂泡沫輕質土，是通過物理方法將發(fā)泡劑水溶液制備成泡沫，用機械方式充分發(fā)泡，按照一定比例與必須組分（水泥基膠凝材料、水、細粒砂或砂性土等）均勻混合并經物理、化學作用硬化形成的一種新型輕質材料。該材料與水泥穩(wěn)定土類似，水泥是其形成強度的主要固化劑，亦可摻入石灰、粉煤灰及早強劑等外摻料。

1 泡沫輕質土的優(yōu)勢

泡沫輕質土是一種利廢、環(huán)保、節(jié)能、低廉且具有不燃性的新型建筑節(jié)能材料。泡沫輕質土通常是用機械方法將泡沫劑水溶液制備成泡沫，再將泡沫加入到含硅質材料、鈣質材料、水及各種外加劑等組成的料漿中，經混合攪拌、澆筑成型、養(yǎng)護而成的一種多孔材料。由于其含有大量封閉的孔隙，具有整體性、環(huán)保性、重量輕、強度高、低彈減震、抗震性好、施工方便等諸多優(yōu)點，可以用于建筑物屋面找坡、保溫；泡沫混凝土砌塊在框架結構中用作隔熱填充墻體或與薄鋼板制成復合墻板；補償地基、道路、橋梁、隧道、大型構筑物的填充層；公路護坡、路基、河岸、港口的擋土墻；制成輕質假山、盆景、仿木材料等園林制品。

泡沫輕質土在道路改擴建工程中的應用優(yōu)勢主要體現在以下幾個方面。

1）輕質性。泡沫輕質土屬于氣泡狀絕熱材料，突出特點是在混凝土內部形成封閉的泡沫孔，配制泡沫輕質土時可通過增加泡沫量來實現輕質化。可以說，輕質性是泡沫輕質土最基本的特性，其重度一般較細顆粒土低20%以上，因而非常適用于在軟弱地層上填筑土工結構。幾種主要土建材料的重度比較見表1。

表1 幾種主要土建材料的重度 kN/m3

2）重度和強度可調節(jié)性。通過控制泡沫輕質土各組成成分的比例（即調整配合比），可在一定范圍內自由調節(jié)泡沫輕質土的重度和強度，以滿足工程需要。泡沫輕質土的重度一般可在5～12kN/m3調節(jié)；無側限抗壓強度可控制在0.3～13MPa。

3）良好的施工性。泡沫輕質土在強度形成前具有較高的流動性，可通過管道泵送到指定地點，對施工空間要求較低。當作為路基填筑的替代材料時，澆筑施工后不需要機械碾壓，施工便捷高效。良好施工性還體現在泡沫輕質土基本可連續(xù)澆筑施工，無須在施工過程中進行特別的養(yǎng)生處理。

4）良好的環(huán)保特性。泡沫輕質土可大量采用粉煤灰等工業(yè)廢渣做原材料，促進資源的循環(huán)利用。泡沫輕質土屬無機材料，施作路基時不會對周圍環(huán)境、水體造成污染；同時，由于其特有的輕質性，可減少路基建設用土，節(jié)省土地資源，避免過度挖掘對環(huán)境造成的破壞，對保護自然生態(tài)環(huán)境意義重大。

5）其他特性。泡沫輕質土和水泥混凝土相似，具有耐熱、耐油污、耐水損害等耐久性。

2 泡沫輕質土路堤設計

根據設計規(guī)劃，津濱高速公路改擴建工程某處將與機場鐵路下穿工程相交。為不影響機場鐵路下穿津濱高速公路盾構施工，交叉位置不允許采用預應力管樁或其他混凝土樁進行軟基處理。為確保津濱高速公路的安全運營，降低盾構隧道施工對津濱高速公路路基、橋梁結構的影響，決定在此位置將原設計在碎石褥墊層上施作的5%戧灰路基填土改為現澆泡沫輕質土，澆筑泡沫輕質土至路床頂面。

2.1 泡沫輕質土填筑高度設計

泡沫輕質土在高速公路結構中所處的位置見圖1。

根據荷載要求，重疊區(qū)路堤高度須滿足式（1）

式中：H1、H2、H3——分別為路面結構層、泡沫輕質土及常規(guī)填土厚度，m；R1、R2、R3——分別為路面結構層、泡沫輕質土及常規(guī)填土的平均重度，kN/m3。

根據高速公路設計，自原地面到路面頂面總高度為4.2m。路面結構層平均重度R1=23kN/m3，泡沫輕質土的重度R2=8kN/m3，常規(guī)填土的平均重度R3=18N/m3。

根據式（1）計算泡沫輕質土填筑高度H2≥1.91m。為確保路基路面整體荷載，最終確定減載路段統(tǒng)一按2 m高度填筑泡沫輕質土。

2.2 主要技術指標

泡沫混合輕質土是利用其輕質性來減少軟基附加應力的輕型填土技術，它的開發(fā)為公路等基礎建設的軟基處理提供一種新的技術手段，為確保泡沫輕質土的質量，其主要技術指標應滿足表2的要求。

表2 泡沫混合輕質土主要技術指標

3 工程實施

3.1 配合比強度試驗

1）采用10cm×10cm×10cm試塊?？箟簭姸仍囼灧椒ㄍ胀ɑ炷翉姸仍囼灧椒?，但要求壓力機采用小量程砂漿壓力機且強度結果不做尺寸折減。

2）試驗以6塊試塊為一組，共做2組分別測定7d和28d齡期抗壓強度。7d齡期抗壓強度≥0.3MPa時，該配合比可作為施工配合比采用。

3.2 泡沫輕質土施工

1）施工設備。應采用壓縮空氣與發(fā)泡劑水溶液混合的方式生成泡沫，嚴禁攪拌發(fā)泡生成泡沫。泡沫輕質土制作設備應具有原材料自動計量功能，在拌和制作泡沫輕質土時，應能調節(jié)水泥（砂）漿或泡沫流量。材料計量精度應滿足規(guī)范要求。設備單臺泵送能力≮50m3/h。

2）工藝流程。泡沫輕質土由水泥漿和氣泡組成，在出料系統(tǒng)中混合最終形成泡沫輕質土，見圖2。

3）施工要點

（1）防滲土工膜施工前，應在碎石墊層表面先澆筑一層30cm左右厚的泡沫輕質土。

（2）泡沫輕質土應分層澆筑，單層澆筑厚度應控制在 0.5～1.0m。

（3）單個澆筑區(qū)澆筑層的施工時間應控制在水泥(砂)漿初凝時間內；上層澆筑層僅當相鄰的下層澆筑層終凝后方能澆筑施工。

（4）應盡可能沿澆筑區(qū)長軸方向自一端向另一端澆筑；如采用一條以上澆筑管澆筑時，則可并排地從一端開始澆筑或采用對角的澆筑方式。

（5）澆筑過程中，當需要移動澆筑管時，應沿澆筑管放置的方向前后移動，而不宜左右移動；如確需左右移動，則應將澆筑管盡可能提出當前已澆筑輕質土表面后再移動。

（6）掃平表面時，應盡量使?jié)仓诒３炙讲⑹節(jié)仓陔x當前澆筑輕質土表面盡可能低。

（7）盡量減少在已澆完尚未固化的輕質土里來回走動。

（8）當遇大暴雨或持續(xù)時間較長的小雨天氣，未固化的泡沫輕質土表面應采取遮雨措施，防止雨水消泡。

（9）應在泡沫輕質土填筑體頂部0.5～1.0m的位置設置2層φ2mm不銹鋼絲網，網眼規(guī)格不得超過10 cm。

3.3 泡沫輕質土路基抽芯檢測

在津濱改擴建工程中路基完工之后，路面施工之前，對泡沫輕質土進行了鉆孔取芯試驗。鉆心取樣設置4個點，每點及附近各取3個芯樣，分別測試其重度和無側限抗壓強度，試驗結果見表3。

表3 泡沫輕質土抽芯試驗結果

試驗結果表明，泡沫輕質土成型固化后，其重度均＜8kN/m3，無側限抗壓強度均＞0.6MPa，均滿足設計要求。根據鉆取芯樣的重度檢測結果，按最大平均重度6.1計算，路堤總荷載H1R1+H2R2+H3R3=55.3kPa＜60 kPa。證明在本工程采用泡沫輕質土替換部分路基材料完全達到了減載的效果。

4 結論

由本工程的實際應用表明：泡沫輕質土在路基處理中使用具有較好地減載效果；泡沫輕質土配比設計得當時，具有較高的強度，完全可以替代上路床的施工；鑒于本工程實際應用效果，泡沫輕質土由于其重度和強度等的優(yōu)越性能，將具有良好的應用前景。

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1008-3197（2011）03-49-03

2011-04-12

王永成/男，1972年出生，高級工程師，天津市公路處，從事道橋施工管理工作。