■游華明

（平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)管廊投資管理有限公司，平潭 350400）

國(guó)家戰(zhàn)略使平潭由縣升級(jí)為綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)，隨著平潭道路建設(shè)的高速發(fā)展，特殊路基地段處理問(wèn)題日益突出，特別是橋臺(tái)路基沉陷處理問(wèn)題已成為工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。泡沫輕質(zhì)土由于其具有輕質(zhì)性、高流動(dòng)性、填充自密實(shí)、容重和強(qiáng)度可調(diào)節(jié)性、固化后的自立性、耐久性等特性已被逐步應(yīng)用于工程領(lǐng)域，并能較好解決橋臺(tái)路基沉陷處理問(wèn)題，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 材料簡(jiǎn)介及其工程特性

泡沫輕質(zhì)土是一種具有泡沫形態(tài)并較其他土體容重輕的土體，是通過(guò)發(fā)泡系統(tǒng)將發(fā)泡劑水溶液加工成泡沫，與水泥基膠凝材料及可選組分集料、摻合料、添加劑等制備成的水泥漿按一定比例均勻混合，經(jīng)泵送系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)澆施工所形成的輕質(zhì)微孔材料[8]。在工程中其又被稱為輕質(zhì)泡沫混凝土、氣泡混合輕質(zhì)土等。我國(guó)于2002年引進(jìn)并發(fā)展泡沫輕質(zhì)土技術(shù)，目前被逐步應(yīng)用于橋頭跳車現(xiàn)象防治及治理、軟土路基沉降處理、道路改擴(kuò)建及加寬、市政管線回填等工程，它具有以下特性：

（1）輕質(zhì)性。泡沫輕質(zhì)土內(nèi)均勻分布許多獨(dú)立閉合的膠質(zhì)氣泡，容重范圍在4～13kN/m3，僅為路基土質(zhì)填料的1/5～1/3，較一般土建材料輕，并可通過(guò)調(diào)整氣泡率來(lái)調(diào)整容重，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（2）高流動(dòng)性。由于泡沫輕質(zhì)土不含粗集料，其流動(dòng)性遠(yuǎn)較普通混凝土高，具有良好的流動(dòng)性，當(dāng)水灰比為0.5時(shí)，流值為180～200mm，并在施工中可采用軟管泵送，最大輸送距離可達(dá)500m。在指定區(qū)域澆筑時(shí)可實(shí)現(xiàn)自流平，不需要攪拌振搗[6]。

（3）填充自密實(shí)性。泡沫輕質(zhì)土在指定區(qū)域澆筑時(shí)可實(shí)現(xiàn)自流平，填充自密實(shí)，無(wú)須振搗碾壓，施工便捷高效。

（4）容重和強(qiáng)度可調(diào)整性。泡沫輕質(zhì)土的濕密度決定了其強(qiáng)度，通過(guò)調(diào)整泡沫輕質(zhì)土內(nèi)各種成分的比例，容重可在4～13kN/m3之間調(diào)節(jié)，強(qiáng)度可在0.3～5MPa范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。

（5）固化后的自立性。泡沫輕質(zhì)土作為水泥類材料，在水泥初凝（澆筑4h）后形成超固結(jié)狀態(tài)，具有固化自立的特性，固化后的泡沫混凝土對(duì)擋土墻等結(jié)構(gòu)物沒(méi)有側(cè)壓力，可垂直填筑。

（6）耐久性。泡沫輕質(zhì)土作為水泥類材料，使用壽命與水泥混凝土相當(dāng)，具備較好的耐久性。

2 泡沫輕質(zhì)土橋臺(tái)路基處理工程實(shí)例

2.1 路堤病害情況

平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)壇西大道瓦窯大橋于2012年建成通車，瓦窯大橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，全長(zhǎng)2856m，橋頭路基為軟基，采用水泥攪拌樁處理軟基后進(jìn)行人工填土，高度約5m，路面頂部距離軟基處理頂面約10m高。路堤兩側(cè)采用懸臂式路肩擋墻防護(hù)，墻頂護(hù)欄基礎(chǔ)內(nèi)預(yù)埋有管線，路面為74cm厚瀝青混凝土結(jié)構(gòu)。主要病害為：橋頭路面出現(xiàn)明顯沉降，跳車明顯；橋臺(tái)銜接處的擋墻沉降明顯，且向外發(fā)生移動(dòng)（最大位移為6cm），并與路面結(jié)構(gòu)有明顯脫離。病害現(xiàn)場(chǎng)情況如圖1和圖2所示。

2.2 病害治理機(jī)理

圖1 橋頭路面出現(xiàn)明顯沉降

圖2 擋墻沉降明顯，且向外發(fā)生移動(dòng)

橋臺(tái)與路基的剛?cè)嵬蛔儯浯怪弊冃螣o(wú)法協(xié)調(diào)一致形成差異沉降，是發(fā)生橋頭跳車病害的根本原因。橋臺(tái)因其結(jié)構(gòu)承重的特性要求，其垂直變形可忽略不計(jì)，橋臺(tái)與路基的差異沉降主要來(lái)源于橋臺(tái)臺(tái)背路堤的沉降變形[5]。而臺(tái)背路堤從結(jié)構(gòu)組成上看，由三部分組成，即路面結(jié)構(gòu)層、路堤填土層及地基土層。臺(tái)背路堤的組成結(jié)構(gòu)均可能產(chǎn)生與橋臺(tái)不一致的垂直變形，從而形成差異沉降導(dǎo)致橋頭跳車。但考慮到路面結(jié)構(gòu)層的剛度和強(qiáng)度要求，路面結(jié)構(gòu)層的變形基本可忽略不計(jì)。因此，橋臺(tái)與路基的差異沉降主要考慮路堤填土層和地基土層的垂直變形對(duì)差異沉降的影響[5]。選用泡沫輕質(zhì)土作為橋臺(tái)臺(tái)背路基回填填料，能較好解決橋臺(tái)路堤沉降等問(wèn)題，主要原因如下：

（1）由于泡沫輕質(zhì)土具備一定剛度，能夠緩解橋臺(tái)與路基結(jié)合部材料的剛性突變，消除填料自身的工后沉降，從而緩解橋頭跳車。

（2）泡沫輕質(zhì)土可以大幅度降低填土荷載，減小地基的附加應(yīng)力，從而減小地基的工后沉降，緩解橋頭跳車[2]。

（3）由于泡沫輕質(zhì)土固化后的自立性，其固化后對(duì)周邊構(gòu)造物無(wú)側(cè)壓力，一方面可以減小橋臺(tái)的土壓力及橋臺(tái)樁基所承受的彎矩，抑制橋臺(tái)及樁基側(cè)移；另一方面可以有效解決本項(xiàng)目擋土墻向外推移的病害情況。

（4）目前常用的地基處理方法有：CFG樁、管樁、旋噴樁和水泥攪拌樁等，與這些施工工藝對(duì)比，泡沫輕質(zhì)土施工技術(shù)更為簡(jiǎn)捷、施工周期短且造價(jià)明顯降低。

（5）與換填粉煤灰等填料對(duì)比，泡沫輕質(zhì)土容重明顯降低，且具有高流動(dòng)性和固化后的自立性，不需要較大工作面，不必進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)碾壓，對(duì)既有線路及周邊管線影響小。

2.3 治理工程方案

為治理瓦窯大橋橋臺(tái)路基病害，平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)開(kāi)展實(shí)施平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)壇西大道工程（北段）瓦窯大橋橋頭路堤病害治理工程，對(duì)壇西大道北段瓦窯大橋兩側(cè)橋頭路堤沉陷等病害進(jìn)行治理，對(duì)兩側(cè)橋頭段 （K9+965～K9+986.744、K10+267～K10+290段）路堤采用泡沫輕質(zhì)土對(duì)原路基填料進(jìn)行換填處理，從而減小填料自重，增加路堤穩(wěn)定性，并對(duì)橋頭耳墻銜接段 （K9+969.224～K9+984.544、K10+270.144～K10+285.208 段）擋墻進(jìn)行拆除重建，上部結(jié)構(gòu)按原設(shè)計(jì)進(jìn)行恢復(fù)。橋頭段泡沫輕質(zhì)土換填縱斷面、橫斷面分別如圖3和圖4所示。沿縱斷面設(shè)計(jì)成階梯型的泡沫輕質(zhì)土結(jié)構(gòu)形式，剛度從橋臺(tái)至普通路面結(jié)構(gòu)路基逐漸減小，緩解橋臺(tái)與路基結(jié)合部材料的剛性突變，解決跳車問(wèn)題。

圖3 橋頭段泡沫輕質(zhì)土換填縱斷面

圖4 橋頭段泡沫輕質(zhì)土換填橫斷面

2.4 配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，泡沫輕質(zhì)土配合比強(qiáng)度應(yīng)滿足：28d抗壓強(qiáng)度≥1.0MPa，7d抗壓強(qiáng)度≥0.5MPa；7.5kN/m3≤濕容重≤8.0kN/m3;160mm≤流動(dòng)值≤200mm。為了選取最優(yōu)配合比，分別設(shè)計(jì)FC-1、FC-2、FC-3三種不同濕密度的配合比進(jìn)行試驗(yàn)，以期選擇出符合設(shè)計(jì)要求的泡沫輕質(zhì)土，三組配合比參數(shù)和質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。由試驗(yàn)結(jié)果可得，F(xiàn)C-1、FC-2、FC-3泡沫輕質(zhì)土流值、7d抗壓強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求，但僅FC-3泡沫輕質(zhì)土28d抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，因此本項(xiàng)目選擇的施工配合比為FC-3。

表1 三組泡沫輕質(zhì)土設(shè)計(jì)配合比參數(shù)和試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

3 泡沫輕質(zhì)土施工工藝流程

泡沫輕質(zhì)土的施工工藝流程主要包括：水泥漿或水泥砂漿制備、泡沫制備、漿泡混合成泡沫輕質(zhì)土、泵送、澆注成型，可用圖5來(lái)表示。

圖5 泡沫輕質(zhì)土工藝流程

4 泡沫輕質(zhì)土質(zhì)量控制要點(diǎn)

4.1 施工設(shè)備要求及原材料質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）發(fā)泡劑和水的計(jì)量應(yīng)準(zhǔn)確，計(jì)量偏差控制在1%以內(nèi)；發(fā)泡液、空氣的壓力和動(dòng)態(tài)流量應(yīng)連續(xù)穩(wěn)定；應(yīng)按照每5000l一次的頻率對(duì)氣泡群的泌水量、密度、沉降距進(jìn)行檢驗(yàn)，每批次應(yīng)至少檢驗(yàn)一次，要求泌水量≥25mL、密度在40～60kg/m3之間，標(biāo)準(zhǔn)氣泡柱靜置1h的沉降距≤5mm[7]。

（2）水泥一般采用普通硅酸鹽水泥，集料粒徑宜≤4.75mm，材料相關(guān)指標(biāo)應(yīng)符合JG-T 266-2011《泡沫混凝土》規(guī)范要求。

4.2 地基處理質(zhì)量控制要點(diǎn)

泡沫輕質(zhì)土遇雨水會(huì)引起消泡，嚴(yán)重影響其工程質(zhì)量，因此，施工前應(yīng)保證澆筑面內(nèi)無(wú)雜物、無(wú)積水，在底層澆筑前應(yīng)先在基地表面鋪設(shè)一層道渣墊層或碎石墊層，并在上面鋪設(shè)透水土工布，避免基坑積水，確保施工質(zhì)量。

4.3 澆筑質(zhì)量控制要點(diǎn)

為了提高泡沫輕質(zhì)土澆筑質(zhì)量，保證輕質(zhì)土路基的強(qiáng)度，澆筑前應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)及邊界條件先進(jìn)行澆筑區(qū)、澆筑層劃分，檢查基底確保無(wú)雜物、無(wú)積水、基地高層滿足設(shè)計(jì)要求[4]，且應(yīng)符合如下要求：

（1）對(duì)澆筑場(chǎng)地進(jìn)行分塊處理，單個(gè)澆筑區(qū)頂面面積最大不超過(guò)400m2，單個(gè)澆筑區(qū)長(zhǎng)軸方向宜為10～20m。

（2）沿縱向每隔10～15m設(shè)置一道沉降縫，可使用20mm厚的夾板或20mm厚的聚苯乙烯板（泡沫板）。

（3）單層澆筑高度宜控制在0.5～1.0m，并應(yīng)結(jié)合施工期氣候確定，夏季高溫時(shí)不應(yīng)超過(guò)0.6m；上層澆筑層澆筑應(yīng)在下層澆筑層終凝后方能進(jìn)行，當(dāng)氣溫不低于15℃時(shí)，同一區(qū)段上下層澆筑間隔時(shí)間最短可按8h控制，氣溫低于15℃時(shí)，同一區(qū)段上下層澆筑間隔時(shí)間應(yīng)不低于12h。

（4）每個(gè)澆筑層輕質(zhì)土應(yīng)沿澆筑區(qū)長(zhǎng)軸方向自一端向另一端開(kāi)始澆筑，采用兩條及其以上澆筑管澆筑時(shí)，可并排從一端自另一端澆筑或采用對(duì)角澆筑方式，一次性澆筑完畢，并控制在2h內(nèi)。

（5）澆筑中需要移動(dòng)澆筑管時(shí)，應(yīng)沿澆筑管放置方向前后移動(dòng)，不宜左右移動(dòng)，如確需左右移動(dòng)，應(yīng)將澆筑管提至已澆筑輕質(zhì)土表面以上再移動(dòng)[4]。

（6）澆筑中澆筑管出料口應(yīng)盡量置于當(dāng)前澆筑面以下，掃平表面時(shí)澆筑管出料口距離當(dāng)前澆筑面高度不宜高于1.5m。

（7）澆筑過(guò)程應(yīng)避開(kāi)高溫時(shí)段，遇到雨天應(yīng)及時(shí)對(duì)未硬化的填筑體表面進(jìn)行覆蓋，防止雨水消泡。

（8）澆筑完成后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行保濕養(yǎng)生，時(shí)間不少于7d，當(dāng)泡沫輕質(zhì)土抗壓強(qiáng)度大于0.5MPa時(shí)，方能進(jìn)行上層路面施工。

4.4 質(zhì)量檢測(cè)控制要點(diǎn)

（1）施工現(xiàn)場(chǎng)需對(duì)泡沫輕質(zhì)土相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，每班檢測(cè)濕密度自檢4次、抽檢2次，流值自檢4次、抽檢2次。濕密度采用1000ml量杯進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣稱量，流值采用流值筒、平板和游標(biāo)卡尺進(jìn)行檢測(cè)，將流值筒固定在平板中間部位，取試樣導(dǎo)入筒中，并沿筒口刮平，提起筒靜置1min，用游標(biāo)卡尺沿平板上的圓餅最大直徑和垂直直徑兩個(gè)方向進(jìn)行測(cè)量，取其平均值作為流值檢測(cè)結(jié)果。要求7.5kN/m3≤濕容重≤8.0kN/m3;160mm≤流動(dòng)值≤200mm。

（2）泡沫輕質(zhì)土固化后應(yīng)對(duì)其抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，抗壓強(qiáng)度試塊應(yīng)在澆筑出料口進(jìn)行取料，應(yīng)制作2組試塊，每組3個(gè)試塊，試塊大小為邊長(zhǎng)100mm的立方體。試塊制取后，置于20℃以上的環(huán)境中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，分別將兩組試塊養(yǎng)護(hù)7d、28d，按《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB50081-2002）要求進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)，取平均值。要求7d抗壓強(qiáng)度≥0.5MPa，28d抗壓強(qiáng)度≥1.0MPa。

5 結(jié)語(yǔ)

泡沫輕質(zhì)土作為工程領(lǐng)域的一種新型材料，在橋臺(tái)路基填筑中可以減輕路基填筑荷載、減小地基工后沉降和路堤側(cè)移，緩解橋臺(tái)路堤剛度突變問(wèn)題，解決橋臺(tái)路基跳車問(wèn)題，并能縮短施工工期，保證工程質(zhì)量，值得推廣使用。